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 泵的變頻應(yīng)用
泵的應(yīng)用背景
泵的重要性
從泵的性能范圍看，巨型泵的流量每小時(shí)可達(dá)幾十萬(wàn)立方米以上，而微型泵的流量每小時(shí)則在幾十毫升以下。泵的壓力可從常壓到高達(dá)19.61MPa（200kgf/cm2）以上，被輸送液體的溫度最低達(dá)-200℃以下，最高可達(dá)800℃以上。泵輸送液體的種類繁多，諸如輸送水（清水、污水等）、油液、酸堿液、懸浮液、和液態(tài)金屬等。 在化工和石油部門的生產(chǎn)中，原料、半成品和成品大多是液體，而將原料制成半成品和成品，需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的工藝過(guò)程，泵在這些過(guò)程中起到了輸送液體和提供化學(xué)反應(yīng)的壓力流量的作用，此外，在很多裝置中還用泵來(lái)調(diào)節(jié)溫度。 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，泵是主要的排灌機(jī)械。我國(guó)農(nóng)村幅原廣闊，每年農(nóng)村都需要大量的泵，一般來(lái)說(shuō)農(nóng)用泵占泵總產(chǎn)量一半以上。 在礦業(yè)和冶金工業(yè)中，泵也是使用最多的設(shè)備。礦井需要用泵排水，在選礦、冶煉和軋制過(guò)程中，需用泵來(lái)供水等。 在電力部門，核電站需要核主泵、二級(jí)泵、三級(jí)泵、熱電廠需要大量的鍋爐給水泵、冷凝水泵、循環(huán)水泵和灰渣泵等。 在國(guó)防建設(shè)中，飛機(jī)襟翼、尾舵和起落架的調(diào)節(jié)、軍艦和坦克炮塔的轉(zhuǎn)動(dòng)、潛艇的沉浮等都需要用泵。高壓和有放射性的液體，有的還要求泵無(wú)任何泄漏等。 在船舶制造工業(yè)中，每艘遠(yuǎn)洋輪上所用的泵一般在百臺(tái)以上，其類型也是各式各樣的。 其它如城市的給排水、蒸汽機(jī)車的用水、機(jī)床中的潤(rùn)滑和冷卻、紡織工業(yè)中輸送漂液和染料、造紙工業(yè)中輸送紙漿，以及食品工業(yè)中輸送牛奶和糖類食品等，都需要有大量的泵。 總之，無(wú)論是飛機(jī)、火箭、坦克、潛艇、還是鉆井、采礦、火車、船舶，或者是日常的生活，到處都需要用泵，到處都有泵在運(yùn)行。正是這樣，所以把泵列為通用機(jī)械，它是機(jī)械工業(yè)中的一類主要產(chǎn)品。 幾種常見的泵，
下面列舉了幾種常見的泵： （1）離心泵
離心泵是非容積式泵，其流量隨著壓力的變動(dòng)有大幅度的變化。離心泵特性曲線和性能參數(shù)是泵內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)參數(shù)的外部表現(xiàn)形式，泵內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)狀況由泵的轉(zhuǎn)速和泵的幾何參數(shù)所決定，其效率隨轉(zhuǎn)速、流量、揚(yáng)程變動(dòng)而變化。工業(yè)生產(chǎn)中，離心泵約占泵總數(shù)的80%。 離心水泵主要用于輸送類似清水的介質(zhì)。按介質(zhì)的不同，離心水泵可分為清水泵、鍋爐給水泵及熱水泵等。如果按結(jié)構(gòu)分，也可分為臥式離心泵、液下泵、管道泵等。非金屬材料，尤其是新型工程塑料，與金屬材料相比有較好的耐腐蝕性能，而單位體積的價(jià)格比高級(jí)金屬低得多，制造也容易，因此隨著非金屬材料的飛速發(fā)展，非金屬離心泵在化工、醫(yī)藥等行業(yè)應(yīng)用也越來(lái)越廣。 （2）轉(zhuǎn)子泵
轉(zhuǎn)子泵是容積式泵的一種形式，其通過(guò)轉(zhuǎn)子與泵體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變工作容積，進(jìn)而使液體的能量增加。工業(yè)生產(chǎn)中，除離心泵外，轉(zhuǎn)子泵約占泵總量的10%。由于使用者一般對(duì)離心泵都比較熟悉，也比較偏愛，因此常會(huì)造成在一些適合使用轉(zhuǎn)子泵的場(chǎng)合中選用了離心泵。 轉(zhuǎn)子泵按其結(jié)構(gòu)和原理，可分為齒輪泵、螺桿泵、凸輪泵（羅茨泵）、撓性葉輪泵、滑片泵、軟管泵等。轉(zhuǎn)子泵是一種旋轉(zhuǎn)的容積式泵，具有正排量性質(zhì)，其流量不隨背壓變化而變化。優(yōu)先選用轉(zhuǎn)子泵的場(chǎng)合有：粘性液體、需要計(jì)量的場(chǎng)合、需要自吸的場(chǎng)合、含有氣體的場(chǎng)合、小流量場(chǎng)合、高壓力場(chǎng)合、以及要求對(duì)介質(zhì)柔和的泵、需要反轉(zhuǎn)的泵等。 （3）往復(fù)泵
往復(fù)泵是容積式泵的另外一種形式，通過(guò)活塞或柱塞在缸體內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變工作容積，進(jìn)而使液體的能量增加。往復(fù)泵包括活塞泵和柱塞泵，適用于輸送流量較小、壓力較高的介質(zhì)。當(dāng)流量小于100m3/h/排出壓力大于10MPa時(shí)，往復(fù)泵有較高的效率和良好的運(yùn)行性能。 （4）齒輪泵
齒輪泵也稱齒輪油泵。齒輪泵也屬于容積式泵，只是用于輸送介質(zhì)，通常要求齒輪泵的穩(wěn)定性精度誤差不超過(guò)±5%。齒輪泵可以輸送易燃、易爆、腐蝕、資料等各種液體，在化工和石油化工裝置中經(jīng)常使用。 （5）潛水泵
潛水泵是電動(dòng)機(jī)和水泵組裝為一體的電力排灌設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，機(jī)組潛入水中工作無(wú)須建筑泵房，使用方便，在民用生產(chǎn)中應(yīng)用尤其廣泛。 變頻器在泵上的節(jié)能應(yīng)用
通過(guò)流體力學(xué)的基本定律可知：離心泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P有如下關(guān)系：Q∝n、H∝n2、P∝n3，即流量與轉(zhuǎn)速成正比、壓力與轉(zhuǎn)速的二次方成正比、軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。 以一臺(tái)水泵為例，它的出口壓頭為H0（出口壓頭即泵入口和管路出口的靜壓力差），額定轉(zhuǎn)速為n0，閥門全開時(shí)的管阻特性為r0，額定工況下與之對(duì)應(yīng)的壓力為H1，出口流量為Q1。
在現(xiàn)場(chǎng)控制中，要求管網(wǎng)壓力不得低于H3，在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水流量，通常采用水泵定速運(yùn)行，調(diào)節(jié)出口閥門開度控制流量。當(dāng)流量從Q1減小50%至Q2時(shí)，閥門開度減小使管網(wǎng)阻力特性由r0變?yōu)閞1，系統(tǒng)工作點(diǎn)沿方向I由原來(lái)的A點(diǎn)移至B點(diǎn)。受其節(jié)流作用使得泵口壓力由H1變?yōu)镠2，管網(wǎng)壓力則因?yàn)楣?jié)流原因降至H3。 水泵軸功率實(shí)際值（KW）可由公式P=QH/(ηcηb)×10-3得出。其中，P、Q、H、ηc、ηb分別表示功率、流量、壓力、水泵效率、傳動(dòng)裝置效率（如直接傳動(dòng)為1）。假設(shè)總效率（ηcηb）為1，則水泵由A點(diǎn)移至B點(diǎn)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)節(jié)省的功耗為AQ1OH1和BQ2OH2的面積差。如果采用調(diào)速手段改變水泵的轉(zhuǎn)速n，當(dāng)流量從Q1減小50%至Q2時(shí)，那么管網(wǎng)阻特性為同一曲線r0，系統(tǒng)工作點(diǎn)沿方向Ⅱ由原來(lái)的A點(diǎn)移至C點(diǎn)，水泵的運(yùn)行也更趨合理。在閥門全開，只有管網(wǎng)阻力的情況下，系統(tǒng)滿足現(xiàn)場(chǎng)的流量要求，能耗勢(shì)必降低。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)節(jié)省的功耗為AQ1OH1和CQ2OH3的面積差。比較采用閥門開度調(diào)節(jié)和水泵轉(zhuǎn)速控制，顯然使用水泵轉(zhuǎn)速控制更為有效合理，具有顯著的節(jié)能效果。 另外，從1中還可以看出：閥門調(diào)節(jié)時(shí)使系統(tǒng)壓力H升高，這將對(duì)泵體和閥門的密封性能形成威脅和破壞。而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)壓力H隨泵轉(zhuǎn)速n的降低而降低，因此不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。 從上面的比較不難得出：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水泵流量的需求從100%降至50%時(shí)，采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)將比原來(lái)的閥門調(diào)節(jié)節(jié)省BCH3H2所對(duì)應(yīng)的功率，理論節(jié)能率在75%以上。 與此相類似的，如果采用變頻調(diào)速技術(shù)改變泵類轉(zhuǎn)速來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)壓力、溫度、水位等其他過(guò)程控制參數(shù)，同樣可以依據(jù)系統(tǒng)控制特性繪制出關(guān)系曲線得出上述的比較結(jié)果。因此，采用變頻調(diào)速技術(shù)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，要比采用閥門、擋板調(diào)節(jié)更為節(jié)能經(jīng)濟(jì)，設(shè)備運(yùn)行工況也將得到明顯改善。 變頻器在泵上的控制特點(diǎn)
變頻器控制泵具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）電動(dòng)機(jī)的再起動(dòng)
一些要求高效率運(yùn)行的泵，通常要求工頻電源供電與變頻器供電隨時(shí)可以相互切換。例如，某小區(qū)采用深井地?zé)崴┡?臺(tái)45KW電動(dòng)機(jī)——水泵機(jī)組供暖，由1臺(tái)變頻器控制，最高頻率為50Hz，供水量最大時(shí)為3臺(tái)機(jī)組均以工頻電源供電運(yùn)行。該系統(tǒng)隨氣溫變化和晝夜對(duì)供暖要求的不同，3臺(tái)機(jī)組可以分別以：2臺(tái)工頻運(yùn)行，1臺(tái)變頻（50Hz以下）運(yùn)行；1臺(tái)停運(yùn)，1臺(tái)工頻運(yùn)行，1臺(tái)變頻運(yùn)行；2臺(tái)停運(yùn)，1臺(tái)變頻運(yùn)行。這樣幾種運(yùn)行方式既滿足了供熱需要，又提高了運(yùn)行效率，并能起到節(jié)能的目的。但是在這樣的運(yùn)行過(guò)程中，特別是從工頻電源切換到變頻器運(yùn)行時(shí)，要求變頻器必須具有轉(zhuǎn)速跟蹤功能。這樣電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)切離后，在滑行情況下平滑切換，實(shí)現(xiàn)空轉(zhuǎn)再起動(dòng)功能，從而提高了連續(xù)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。 （2）自診斷連續(xù)運(yùn)行
用于生產(chǎn)設(shè)備中的泵經(jīng)常會(huì)由于電源干擾發(fā)生跳閘事故，且原因難以查找。當(dāng)發(fā)生異常工況時(shí)，變頻器可首先進(jìn)行自診斷，如果系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題則自動(dòng)復(fù)位后再起動(dòng)，而且在這段時(shí)間內(nèi)應(yīng)利用速度檢測(cè)功能找出自診斷過(guò)程中電動(dòng)機(jī)降速的原因，并使其達(dá)到原速度，即要求系統(tǒng)應(yīng)該肯異常停機(jī)恢復(fù)功能。 （3）免跳閘運(yùn)行功能
泵傳動(dòng)具有下降轉(zhuǎn)矩特性，有效的過(guò)載保護(hù)功能是使其運(yùn)行在過(guò)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)方式下。此時(shí)，一旦達(dá)到設(shè)定的過(guò)載電流值，變頻器的輸出頻率就降低，即在運(yùn)行中失速。對(duì)于這種具有下降轉(zhuǎn)矩特性的負(fù)載，變頻器可在平衡點(diǎn)作短時(shí)間運(yùn)行，待負(fù)載下降后再自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)所設(shè)定的頻率。 （4）電磁噪聲
把變頻器應(yīng)用于泵負(fù)載時(shí)，還應(yīng)該注意電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁噪聲。利用正弦波PWM變頻器控制通用電動(dòng)機(jī)時(shí)，會(huì)因諧波的影響產(chǎn)生噪聲。為此，可在變頻器與電動(dòng)機(jī)之間裝設(shè)電抗器（約為阻抗的3%～4%），也可將U/f降低到負(fù)載相適應(yīng)的程度，便可使噪聲降低5～10dB。另外，目前已有面向中、小容量電動(dòng)機(jī)的低噪聲PWM變頻器產(chǎn)品，其低速區(qū)域噪聲約降低20dB，效果良好。 （5）電動(dòng)機(jī)的溫升
利用正弦波PWM變頻器對(duì)通用電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流比應(yīng)用工頻電源時(shí)的電流約大5%，特別是低速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的冷卻能力下降，此時(shí)必須降低負(fù)載轉(zhuǎn)矩或限定運(yùn)行時(shí)間。然而，當(dāng)?shù)退贂r(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的二次方或三次方成正比下降時(shí)，則沒(méi)有溫升問(wèn)題。為了起到有效的保護(hù)作用，可在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝設(shè)熱敏電阻元件，但此方式使電動(dòng)機(jī)造價(jià)高、結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。如果利用變頻器系統(tǒng)軟件進(jìn)行保護(hù)，即根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電流、輸出頻率、運(yùn)行時(shí)間以及電動(dòng)機(jī)冷卻能力等對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組溫度進(jìn)行仿真與控制，則是一種有效的保護(hù)方式，這種保護(hù)方式隨運(yùn)行頻率變化，由于可以自動(dòng)改變保護(hù)特性，故可以在整個(gè)控制范圍內(nèi)保護(hù)電動(dòng)機(jī)。 變頻器在離心水泵上的應(yīng)用
離心水泵的調(diào)速方式
離心泵所以能把水送出去是由于離心力的作用。水泵在工作前，泵體和進(jìn)水管必須灌滿水以形成真空狀態(tài)，當(dāng)葉輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片促使水很快旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)著的水在離心力的作用下從葉輪中拋出去，泵內(nèi)的水被拋出后，葉輪的中心部分形成真空區(qū)域。水源的水在大氣壓力（或水壓）的作用下通過(guò)管網(wǎng)壓到了進(jìn)水管內(nèi)，這樣循環(huán)不已，就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)抽水。在此值得一提的是：離心泵起動(dòng)前一定要向泵殼內(nèi)充滿水，否則將造成泵體發(fā)熱、振動(dòng)、出水量減少，對(duì)水泵造成損壞（簡(jiǎn)稱汽蝕），造成設(shè)備事故。 目前離心泵的兩種主要流量調(diào)節(jié)方式分別是出口閥門調(diào)節(jié)和泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)節(jié)約的能耗比出口閥門調(diào)節(jié)大得多，這點(diǎn)可以從兩者的功耗對(duì)比分析中看出，通過(guò)離心泵的流量與揚(yáng)程的關(guān)系，可以更為直觀地反映出兩種調(diào)節(jié)方式下的能耗關(guān)系。通過(guò)泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)來(lái)減小流量還有利于降低離心泵發(fā)生汽蝕的可能性。當(dāng)流量減小越多時(shí)，變速調(diào)節(jié)的節(jié)能效率也越高，但是，泵變轉(zhuǎn)速過(guò)大時(shí)又會(huì)造成泵效率降低，越出泵比例定律范圍。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)從多方面考慮，在兩者之間綜合出最佳的流量調(diào)節(jié)方法。 鍋爐給水泵的變頻調(diào)速改造
在鍋爐調(diào)和中，給水泵系統(tǒng)通過(guò)向鍋爐不間斷供水，以保證鍋爐的正常運(yùn)行。某廠現(xiàn)有鍋爐5臺(tái)，其中SHL35-16-P型2臺(tái)，SHL20-13-P型1臺(tái)，T-18A-13型2臺(tái)，總蒸發(fā)量為126t/h，供給本廠及相鄰各廠的生產(chǎn)和生活用蒸汽。實(shí)際運(yùn)行中爐前蒸汽壓力較低，夏季一般為0.4～0.6MPa，冬季一般為0.5～0.7MPa，蒸發(fā)量變化較大，夏季為20～35t/h，冬季為90～110t/h。與鍋爐相配套的給水泵型號(hào)為4GC-8X5，共6臺(tái)，分為2組，每組3臺(tái)，通過(guò)母管向各臺(tái)鍋爐供水。每臺(tái)泵的額定流量為55m3/h，揚(yáng)程為19m，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)額定功率為55KW。運(yùn)行方式是夏季開1～2臺(tái)，冬季開2～3臺(tái)，其余備用。運(yùn)行時(shí)，由于鍋爐給水泵的供水能力大于鍋爐的蒸發(fā)量，尤其是當(dāng)鍋爐負(fù)載越輕時(shí)，兩者的差值越大，因此必須實(shí)行流量調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的給水泵是連續(xù)恒速運(yùn)行的，流量調(diào)節(jié)通過(guò)控制閥和回流支路來(lái)實(shí)現(xiàn).
（1）變頻改造的可行性
通過(guò)控制閥和回流支路這兩種方法都存在明顯的缺陷：采用控制閥時(shí)，隨著閥門開度的減小，水泵出口壓力上升，達(dá)到2MPa以上，閥門兩側(cè)的壓差將增大，達(dá)到1.3MPa以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原設(shè)計(jì)的水泵出口壓力高于鍋爐鍋筒壓力0.5MPa（包括給水垂直落差及管路壓降）的要求，不但造成能量的浪費(fèi)，而且使得水泵的振動(dòng)和磨損加大，壽命縮短。采用回流支路調(diào)節(jié)時(shí)，大量水的回流同樣造成能量的無(wú)謂消耗。 因此，對(duì)給水系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)改造，降低水泵的出口壓力，消除回流，減少能源消耗和設(shè)備磨損，已成大勢(shì)所趨。 眾所周知，離心水泵的運(yùn)行遵循如下規(guī)律：流量Q與轉(zhuǎn)速n與正比，揚(yáng)程（壓力）H與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比，軸功率P與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源的頻率f成正比，因此改變電源可改變電動(dòng)機(jī)即給水泵的轉(zhuǎn)速。 這里，4GC-8X5型鍋爐給水泵是通用的多級(jí)離心泵，供輸送110℃以下清水及物理化學(xué)性質(zhì)類似于水的其它液體，適用于工業(yè)鍋爐給水、工廠或城市給排水等。該型號(hào)泵比轉(zhuǎn)速為80，為5級(jí)離心泵。 變頻調(diào)速技術(shù)是電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，以其優(yōu)異的調(diào)速特性和顯著的節(jié)能效果，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)今，變頻調(diào)速已成為交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的最佳方法。水泵采用變頻調(diào)速后，給水流量的調(diào)節(jié)就可通過(guò)改變轉(zhuǎn)速的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)控制閥可開到最大開度，回流支路可切除，既能夠方便地調(diào)節(jié)流量，又可降低能量消耗，使這一問(wèn)題圓滿的解決。 （2）變頻改造方案
在本鍋爐給水泵系統(tǒng)的改造方案中，可以實(shí)施以下兩種方案： 一是恒壓供水，通過(guò)變頻調(diào)速，使水泵的出口壓力略高于鍋爐鍋筒壓力，且為一個(gè)恒定值，可使水泵出口壓力得以降低。但其出口壓力必須大于鍋筒的最大壓力，否則當(dāng)鍋爐鍋筒壓力大于水泵出口壓力時(shí)，將無(wú)法保證鍋爐正常上水。當(dāng)鍋筒壓力較低時(shí)，與水泵出口壓力的差值仍然較大，上述現(xiàn)象仍不能有效改善。 二是差壓供水，分別取鍋爐鍋筒及水泵出口的壓力，送入差壓變送器，其壓差信號(hào)經(jīng)PID調(diào)節(jié)器與設(shè)定值（給定）進(jìn)行比較后，送到變頻器，控制電動(dòng)機(jī)（水泵）的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng). 運(yùn)行中隨著鍋爐鍋筒壓力的變化，變頻器的輸出頻率將自動(dòng)改變，水泵的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)改變，始終使水泵的出口壓力跟蹤且大于鍋爐鍋筒壓力，其差值保持在設(shè)定值。這樣在絕大部分時(shí)間里，水泵的運(yùn)行速度將低于額定轉(zhuǎn)速，因此不但水泵的功率消耗將大幅度降低，而且水泵的磨損也大為減輕。顯然，第二種方案在節(jié)能效果、安全性、頻繁操作程度的等各個(gè)方面皆優(yōu)于第一種方案。 于是，在本系統(tǒng)中選擇了第二種方案。每組泵（3臺(tái)）安裝1臺(tái)變頻器（東芝55KW變頻器），為提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，設(shè)置了工頻旁路，這樣同組3臺(tái)泵中的任意1臺(tái)都可選擇工頻或變頻運(yùn)行，并且可方便快速地進(jìn)行切換。這樣一來(lái)，既可1臺(tái)變頻運(yùn)行，又可2臺(tái)變頻并聯(lián)運(yùn)行，也可變頻和工頻并聯(lián)運(yùn)行。 （3）變頻運(yùn)行效果
該項(xiàng)目自調(diào)試完畢正式投入運(yùn)行后，設(shè)定差壓值為0.45MPa，關(guān)閉回流支路，打開控制閥。運(yùn)行時(shí)隨著鍋爐鍋筒壓力的變化，變頻器輸出頻率（即水泵轉(zhuǎn)速）也隨之改變，一般在30～40Hz之間，水泵出口壓力保持在1MPa左右，壓差始終穩(wěn)定在0.45MPa。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行觀察來(lái)看，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，操作方便，效果非常顯著。 為了對(duì)比改造前后的效果，用DTYC-92A型三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行測(cè)試儀分別對(duì)給水泵的3種運(yùn)行方式進(jìn)行了測(cè)試，即：工頻運(yùn)行、工頻運(yùn)行打開回流支路和變頻運(yùn)行。每種方式均測(cè)15min，4組數(shù)據(jù)。測(cè)試記錄見. 根據(jù)統(tǒng)計(jì)，改造后運(yùn)行半年來(lái)的耗電量與上年同期的對(duì)比得出6個(gè)月的平均節(jié)電率為78.67%，累計(jì)節(jié)電22萬(wàn)KW?h。改造前，由于水泵運(yùn)行壓力很高，水泵的磨損非常嚴(yán)重，通常每?jī)芍芗错殭z修一次。改造后，檢修周期大大延長(zhǎng)，因此節(jié)約了大量的維修費(fèi)用。由此可見，全部投資不到一年即可收回，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。 變頻器在計(jì)量泵上的應(yīng)用
（一）泵的流量計(jì)量和計(jì)量泵的變頻控制
離心泵是泵中最常見的類型，它通過(guò)葉輪放置帶動(dòng)流體。離心泵的輸出流量很大程度上信賴于泵的出口壓頭和液體特性（比重、黏度、懸浮率），如其流量曲線如圖4-4所示。這種特性使得離心泵不適合對(duì)自身流量進(jìn)行計(jì)量，必須對(duì)其增加控制裝置，最常見的是增加一個(gè)控制閥。離心泵流量測(cè)的精度不可能達(dá)到很高水平，因?yàn)殡x心泵參數(shù)的任何烴化都可能改變流量。例如，流體溫度的變化會(huì)改變黏度并影響泵的出口壓頭，如果沒(méi)有矯正性裝置最終會(huì)使被測(cè)流量發(fā)生變化。所以一般情況下，離心泵的流量測(cè)量只能在給下工況附近進(jìn)行。
而容積式泵的流量測(cè)量則可以更精確。無(wú)論這種泵采用的是回轉(zhuǎn)式或往復(fù)式設(shè)計(jì)，每一轉(zhuǎn)或一沖程都會(huì)吸入一定容積的流體。和離心泵不同，容積式泵沒(méi)有流量曲線。輸出流量如果隨出口壓力變化，這種現(xiàn)象和泵的設(shè)計(jì)特性（死區(qū)容積比，內(nèi)部和外部泄漏）、密封裝置彈性和輸送流體的可壓縮性有關(guān)。圖4-4所示為離心泵和容積式泵的流量曲線，從圖中可看出容積式泵流量與壓力基本無(wú)關(guān)。容積式泵是靠容積變化來(lái)輸送流體的，因此它不能和控制閥相連�？刂崎y的逐級(jí)閉合不會(huì)明顯改變泵的吸入率和流量，反而會(huì)造成超壓的可能性。在不需要高精度測(cè)量的情況下，容積式泵可以連接一個(gè)旁路閥，但現(xiàn)在這種設(shè)計(jì)方式已不太常見。現(xiàn)在更常見的是使用調(diào)速技術(shù)，很大程度上是因?yàn)檫@種技術(shù)具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)和不斷增強(qiáng)的可靠性。容積式泵的輸出速率取決于泵腔的幾何設(shè)計(jì)特性，輸出速率在回轉(zhuǎn)式泵中是轉(zhuǎn)速的函數(shù)，在往復(fù)式泵中則是沖程頻率的函數(shù)。窖式泵轉(zhuǎn)速越大，單位時(shí)間泵吸入流體的容積就越大。容積式泵轉(zhuǎn)速和輸出流量之間線性相關(guān)，僅在一定程度上受泵窖效率的影響。
在測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合需要使用計(jì)量泵。計(jì)量泵是一種往復(fù)式窖泵，它具有排量調(diào)節(jié)功能。輸出流量泵流量調(diào)節(jié)量也是泵轉(zhuǎn)速的函數(shù)。計(jì)量泵的排 量調(diào)節(jié)可通過(guò)以下兩種設(shè)計(jì)方案達(dá)到。
第一種方案是采用一種機(jī)械子系統(tǒng)使泵沖程長(zhǎng)度在0～100%之間變動(dòng)。這種方案有多種設(shè)計(jì)方式，包括可調(diào)偏心軸式（最常用）、轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄式、樞軸傳動(dòng)式，上述所有類型在加工行業(yè)中都經(jīng)常使用。更簡(jiǎn)單的活塞空動(dòng)式也可使用，但如果活塞是凸輪和彈力回復(fù)式，就只能用于工作量較小的場(chǎng)合。
第二種設(shè)計(jì)方式是液力空動(dòng)式，此類計(jì)量泵采用液壓式隔膜。液壓式隔膜同活塞安裝在一起，液壓旁路安裝在油回路上，位于活塞和隔膜之間�；钊M(jìn)行連續(xù)的機(jī)械式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)旁路閉合時(shí)和隔膜連接。隔膜輸出的排量是活塞排量調(diào)節(jié)量的一部分。這種設(shè)計(jì)方式中泵的流量也可通過(guò)改變旁路的位置在0～100%之間調(diào)節(jié)。流量調(diào)節(jié)量為0時(shí)，泵的整個(gè)徨過(guò)程中液壓旁路都是打開的，流量調(diào)節(jié)量為100%時(shí)，泵的整個(gè)徨過(guò)程中液壓旁路都是關(guān)閉的，這里提供了一系列液壓旁路打開和關(guān)閉之間的位置。這種設(shè)計(jì)方式在旁路關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生整個(gè)泵系統(tǒng)中流量流量和壓力的峰值，因此它只限使用于公稱流量較低的場(chǎng)合，一般低于2m3/h。此類泵加壓側(cè)的設(shè)計(jì)形式非常簡(jiǎn)單，易于保養(yǎng)和維修，只需要很小的安裝面積。
有時(shí)需要進(jìn)行在線和連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)可以使用變頻器，其作用到計(jì)量泵的沖程調(diào)節(jié)裝置上，以達(dá)到計(jì)量要求。在線和連續(xù)調(diào)節(jié)有兩種基本的調(diào)節(jié)方式。其中，開環(huán)控制系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的，它的初始數(shù)據(jù)由流量傳感器或指令器給出。這類數(shù)據(jù)會(huì)扣除要求達(dá)到的流量值，同時(shí)對(duì)流量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。開環(huán)控制系統(tǒng)控制效果較好并且安裝便宜。需要進(jìn)行非線性流量調(diào)節(jié)和精度要求較高時(shí)可以使用更復(fù)雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)完成。例如pH值調(diào)節(jié)，它使用傳感器來(lái)測(cè)量相應(yīng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成輸入信號(hào)，即最常見的4～20mA的電流信號(hào)或0～10V的電壓信號(hào)。輸入信號(hào)同設(shè)定值進(jìn)行比較后，由比例積分微分控制(PID)輸出信號(hào)（4～20mA，0～10V）并作用于流量調(diào)節(jié)裝置（這里指變頻器）。在pH值調(diào)節(jié)的例子中，酸或堿的投入比例由原始pH值和期望達(dá)到的pH值之間的偏差來(lái)決定。
綜合來(lái)看，計(jì)量泵配以調(diào)速控制系統(tǒng)，可以提供更高的測(cè)量精度。它們的流量和泵轉(zhuǎn)速成正比，在開環(huán)工作方式下測(cè)量的精確度可達(dá)±5%以內(nèi)。
技術(shù)支持
齒輪泵技術(shù)支持(一)
齒輪泵技術(shù)支持(二)
螺桿泵技術(shù)支持(一)
螺桿泵技術(shù)支持(二)
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