水位、水泵的控制方式与节能的关系

2021-10-19 03:28:29    5628次浏览

水位(水压)控制的目的是为了保持水泵供水流量的稳定，实质是个保持物料的平衡问题。不管采用什么调节、控制手段，**终结果反映的仍然是水泵的耗电。

为什么连续控制比断续控制效果好，可从以下几方面来看:

一.从控制的质量要求

双位控制的过渡过程是断续控制作用下的等幅振荡过程。被控量水位总在上、下限之间振荡，如果设定的水位上、下限范围越小，或者用水量越大，其振荡频率越高，则水泵的启、停越频繁，对电网和机械的冲击越大;这样的控制系统水泵是断续运转的，对水位也是断续控制的。

如果采用连续控制，则被控量水位是可以连续地被控制，由于反馈控制是按水位的偏差进行控制，偏差是控制的依据，只要水位偏离给定值，系统就会产生控制作用，力图消除偏差的存在，所以其能将水位稳定在我们所要求的设定值上。也就是说变频调速供水系统能够通过PI控制功能，自动地保持供水与用水之间的平衡。其控制精度高，水位波动小。这样的控制系统水泵是连续运转的, 对水位也是连续控制的。

二.从水泵的节能效果看

用得**普遍的是离心式水泵，离心式水泵属于平方律负载。水泵**主要的参数是流量和扬程，供水功率与流量和扬程的乘积成正比。我们先了解下扬程特性和管阻特性。扬程特性反应了用水流量的大小对扬程的影响，即用水量越大，则供水系统的扬程将越小;水泵的转速下降，其供水能力也会下降，扬程特性将下移。而管阻特性就是为了在管路内得到一定的流量所需要的扬程;管阻特性与管道粗细、长短，阀门开度有关。

通常对水泵的流量调节有阀门调节和调速调节两种方式，我们来看看其是怎样运行的。

1.变阀门调节:

启动水泵后，观察水泵出口的压力，根据压力表指示来开大或关小水泵出口阀门来调节流量，而水泵的转速则是保持不变的(即大多为电机的额定转速)。其实质就是水泵本身的供水能力不变，而是通过改变水路中的管阻大小来改变流量，以满足用水量，这时管阻特性会变化，但扬程特性是不变的。启、停控制就是属于阀门控制的形式，只不过固定阀门开度后，而不常去调节阀">调节阀门开度而已。

2.变速度调节:

用变频器对水泵进行调速，则是通过改变水泵的转速来调节流量，而水泵出口阀门是全开的。转速调节是通过改变水泵的供水能力来适应生产对流量的需求，当水泵的转速改变时，扬程特性将会改变，而管阻特性是不变的。

比较以上两种方式，在所需流量小于额定流量的情况下，转速调节时的扬程将减小，而阀门调节时的扬程将增大。转速调节所需要的供水功率比阀门调节方式小得多，`因为此时水泵的效率几乎不变，流量随转速按一次方规律变化，而轴功率按三次方规律变化。即电动机的负载功率为:

这就是变频调速供水有节能效果的原因。但这只是个理想公式，其并不能代表变频调速的节能效果有如此之好，原因是异步电动机在轻载时的效率与功率因数都较低。再者供水系统是由多个环节组成的;还有就是变频器的参数如果调整得不佳，仍会出现“大马拉小车”的情况，这些问题对节能效果都是有影响的。再者阀门调节和变频调节时的空载功率也不可能完全一样，只是其属于共有的, 所以我们可以将其忽略不进行比较而已。

三.常规计算法的节电对比

dlr设:水泵的轴功率 P1=10KW

带水泵电机的效率 η1=0.95

变频器的效率 ηb=0.98

1.变阀门调节的电耗估算:

按网友说水泵的起、停5-10分钟一个周期，我们假设水泵**累计运行8小时，则一年的运行时间为2920小时。变阀门调节时，轴功率不变，则电机消耗的功率为:

P=P1/η1=10/0.95=10.526KW

则变阀门调节一年的运行电耗为:

2920×10.526=30735.92KW

2.变速调节的电耗估算:

使用变频调速，由于是连续运行，所以其工作时间为8760小时，由于系连续供水，其供水流量只需要原来的1/3就可满足使用要求，故水泵转速在33%以下的时间居多，考虑到各因素影响，计算时采用供水流量为35%。在起泵初期及运行中突遇大量用水，水泵全速供水仍会占一定比例，我们这样来估算，**流量供水占总运行时间的20%, 35%流量供水占总运行时间的80%。则可以这样估算:

则变速调节一年的运行电耗为:

8760×1×(10.741×0.2+0.460×0.8)=22041.9KW

因此10KW的电机，变速调节方式比变阀门调节方式可节约的年运行电耗为:

30735.92-22041.9=8694KW

有文献介绍，在节能计算比较时，建议采用曲线拟合的计算方法，这样比常规计算法，更能得到符合实际的结果。

水泵大多在20Hz状态下运行能供出水吗?答案是肯定可以的。因为dlr在实施10T/h锅炉项目中，为了曾将给水泵变频器的下限频率设为10Hz，但在用汽负荷很小时，水位投自控时，当调节器">调节器已无输出，但水泵由于有10Hz的频率，仍在慢慢转动向锅炉供水，严重时可使水位达到**以上。

四.从机械性能来比较

变阀门调节，电机的起动是全压起动，这样对电网的影响就大。起动时水泵由于加速过快，会产生“水锤效应”;而在停机时由于停机过快会产生“空化现象”。这样将造成供水系统及管路振动大、噪音也大，由于水泵是全速运转，故机械磨损也大。

而采用变速调节时，则可对水泵进行软起动和软停车，可做到起动平稳，起动电流可控制在电机的额定电流以内，减少了起动时对电网的冲击，同时调节水量容易，还节约电能;停机时还可减少水锤效应的冲击，以减少冲击力对管道及水泵的损害，提高了供水系统的性。由于调速运行还可以降低水泵的机械磨损及噪音，可延长设备的使用寿命，减少了维修工作量和费用。