水泵节能范文1
关键词：给水泵；变频调速；变频节能控制；节能改造方案；变频调速节能优化性能曲线
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）03-0127-02
常规给水泵电动机采用定速继电器控制模式，给水泵出口流量、水压等技术指标只能依靠调节水泵出口阀门开度角来实现静态调节，节流损失量较大，输水管路损耗非常严重，其在运行过程中不仅会造成供水管网压力发生较大波动影响生产，同时还会造成巨大的电能、水能等资源浪费。另外，水泵电动机长期处于负载波动环境中，大大影响水泵电机综合使用寿命。从大量实际工作经验可知，水泵电机系统的节能降耗技术措施较多，但如何根据工程实际情况采取技术、经济等指标均比较优越的节能改造方案就值得我们共同研究探讨。变频调速节能降耗优化方案是给水泵电机节能改造最常用的技术措施，为此，对给水泵电机拖动系统采取变频调速节能升级改造方案的可行性和实用性进行分析研究就显得十分必要。
一、水泵电机变频节能控制原理
按照电机学基本理论可知，水泵电动机的输出转速与输入电源频率、转差率、以及电机极对数等技术指标有关。对于交流电动机而言，要实现其在实际运行过程中具有较高的动态稳定节能经济调节性能，可以采取变极数（调整电动机极对数P）、内部转子串电阻等（调整转差率S）、以及变频调速（调整电动机输入电源频率f）三种主要节能调速方案。从技术经济角度来看，调整电动机输入电源频率f较其它方案要更加优越，也就是给水泵电机变频调速控制系统从配电网中获得50Hz交流电源后，经过内部整流、滤波等电路转换成对应的直流电，再经直流逆变成频率f和电压U均可调的交流电源，作用在电动机上，实现对电动机的变频调节控制。给水泵电机变频调速控制系统可以根据用户需水量要求，动态调节优化给水泵电机经济运行曲线，确保整个给水泵电机拖动系统始终处于最优运行工况，达到节能降耗的目的。给水泵电机变频调速节能优化调节工况曲线如图1所示：
图1 水泵电机变频调速节能优化性能曲线
从图1可知，水泵电机正常额定工况点为A，当用水用户需求水量从降低到过程中，如果采用常规阀门调节，则供水管网所具有的管阻特性将由（阀门全开）变化到，对应其工况点将会由A点跳跃到B点。给水泵电机运行工况的突然跃变将会给整个供水管网带来巨大冲击，影响用户的正常高效生产。而采用变频调速控制后，可以根据用户用水量需求动态调节给水泵电机转速，即通过改变电机拖动系统的性能曲线，达到节能降耗稳定运行的目的。在变频调速控制系统中，随需水量的变化，电机运行性能从额定转速降低到工况曲线上，对应其工况点也由A点平滑调至C点，实现节能降耗平衡动态调节。按照面积估算法原则，从理论分析角度来看，给水泵电机采用变频调速节能控制技术升级改造后，其比常规采用阀门变流量静态调节系统可以节约能耗如图1中阴影部分所示，其节能效果十分明显。
二、水泵电机变频调速节能控制优势
对水泵电机采取变频调速节能技术升级改造，不仅可以取得较为优越的节能效果，同时还可以大大提高给水泵电机拖动系统的运行性能和综合使用寿命，具体表现在以下多个方面：
1．变频调速速度控制范围较宽，理论上可以实现在1%～100%范围内的动态调节。
2．调节精度较高，通常可以达到±0.5%（额定转速工况下）。
3．给水泵电机拖动系统工作效率大大增加，其基本可以达到97%的电能转换效果，且功率因数也可以达到0.95以上。
4．能够保证电机安全运行。一般交流电动机的起动电流为其额定电流的6倍以上，而采用变频调速控制后，其可以起到明显软起动功能，起动电流不超过电机的额定电流。另外电机转速降低后，运行噪声降低，可以大大延长水泵电机综合使用寿命。
5．节电效果较为明显，与常规继电器直接起动系统相比，其节电效率可以达到30%以上。
三、给水泵电机变频改造节能效果分析
（一）技术升级节能改造方案
某企业供水系统配备2台给水泵（同时启动），其型号为2DG-10J，额定流量为270m3/h，扬程为1515m，转速为2980r/min，配置异步电动机型号为YK1600-2/990，功率为1600kW。初始由于受到投资资金等因素的制约，给水泵电机系统采用阀门调节。根据供水系统近3年的运行数据来看，由于该企业用水负荷波动较大，水泵电机的能源转换效率仅为31%，也就是说采用阀门变流量静态控制方式，整个给水泵电机拖动系统大约有50%以上的电能资源浪费在阀门变流量调节过程中。因此，为了提高供水系统运行经济可靠性，结合供水系统实际情况，遵循“最小改动、最大可靠性、最优经济性”等技术升级改造原则，决定采用变频调速控制对给水泵电机控制系统进行技术升级改造。
（二）节能经济效益分析
为了分析采用变频调速技术升级改造后，给水泵电机系统所取得的节能经济效益，将2台给水泵中的1#给水泵采用变频调速控制进行技术升级改造，并与工频运行的2#给水泵运行数据相比。2台给水泵实际运行数据如表1所示：
表1 2台给水泵不同控制方式实际运行数据
从表1可知，在各项技术指标均满足供水系统使用功能要求的前提下，1#给水泵相比2#给水泵其工作性能更加稳定，平均运行电流为93.83A，比工频运行电流164.70A，直接降低约71A，节能效果十分明显，节电效率高达34.5%。
相比工频控制下的2#给水泵，1#给水泵再经过变频技术升级改造后其节电经济效益十分明显，每月大约可以节约49.30-32.29=17.01（万kW.h），如果按照0.7元/kW.h计算，一台给水泵进技术升级改造后，每年大约可以节约电费约：17.01×12×0.7=142.9（万元）。
四、结语
通过上述节能技术与节能经济效益计算分析，可知在给水泵电机节能技术升级改造方案中，采用变频技术，不仅可以节约电能、水能等资源，同时还可以有效提高整个供水系统的综合自动化调节调控性能，减轻工作人员的劳动强度，降低了日常维修费用，减轻了电动机起动电流对电网、电机等得冲击作用，有效延长了水泵、电机等设备的使用寿命，是给水泵电机节能技术升级改造的有效途径。
参考文献
水泵节能范文2
关键词:注水泵 变频器 功率 电压
中图分类号:TE934 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(a)-0119-01
随着注水开发时间的推移,地层的产出和注入量也发生变化,因此单井的配注量要不断的调整。目前镇泾油田注水站都存在额定流量与实际流量不相匹配的问题。由于油田注水压力高、水量大,注水泵动力系统大多采用大功率电动机,且电压、功率恒定,因此电动机长期处于高耗能状态运行,造成电力的大量消耗,增加采油成本给镇泾油田造成了大量的经济损失[1～2]。
1 变频控制的节能效果和技术先进性
三相异步电动机的转速公式为:
n=60f(1-s)/p (1)
式中:n为电动机转速;f为供电频率;s为电机的转差率;p为电机的极对数。
在该式中,若保持p(极对数)、s(转差率)不变,平滑的改变电机的供电频率,则电机转速n=kf(k为比例系数),即可得到平滑的改变,这就是变频调速的原理。
风机、泵类设备均属平方转矩负载,其转速n与流量Q,压力H以及轴功率P具有如下关系:Q∝n,H∝n2,P∝n3;即,流量与转速成正比,压力与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比。通过上述分析可以知道,通过改变电动机转速可方便地改变水的流量,保证水压恒定;通过改变电动机转速,在降低水流量的同时,可有效降低系统的电能损耗。节能效果明显。对于泵类负载,用变频控制可以实现大量的节能。根据轴功率P与转速n的关系P∝n3,即功率与转速的三次方成正比。可得
P1/P2=(n1/n2)3 (2)
由于电机的转差率和极对数是恒定的,则
由公式(1)和(2)可得
P1/P2=(f1/f2)3 (3)
若将目前的频率50Hz降低至44Hz,由公式(3)即得
P1/P2=(f1/f2)3=(44/50)3=68%
理论节电率为:p=(p1-p2)/p1=(1-68%)=32%。
2 变频柜具有的功能
(1)注水泵超压报警,超高压停机功能(其值可设定);(2)入口低压报警,超低压停机功能(其值可设定);(3)油高温报警停机(其值可设定);(4)故障停机报警(声音有时间设定,光有复位按钮);(5)具有数据储存功能:电压,电流,输出功率,故障记录;(6)具有完善的电气保护功能:过压,低压,过流,欠载,输入输出缺相,保护值及时限可设定;(7)具有rs-485数据通讯接口;(8)柜体冷却风扇温控设定功能;(9)变频柜面板显示:电压,电流,运行频率,注水压力;(10)设现场主控操作转换开关;(11)配压力变送器4只(具有数值显示)0～25mpa:2只;0～2.5mpa:2只;(12)设工频启动;(13)设现场控制箱,显示频率,注水压力,具有:启动,停止,频率调节按钮。
3 变频器系统与原有控制系统的比较
(1)采用变频控制方式,其操作方便,无须手动调节进水阀门,极大的减轻了工人的劳动强度,提高了工作效率;(2)启动噪音低,在启动过程中电机从低频开始缓慢加速,经20s后达到设定频率,由于启动电流很小,减小了对电网的冲击,保护了用电设备,延长了电动机的使用寿命,提高了电机的效率,节约维修成本;(3)系统采用一拖二控制方式,采用压力变送器反馈电流信号(4mA～20mA)至变频器中央处理器(CPU),经PID控制组成闭环控制系统。其输出频率的大小由作用处理器控制,使电机的转速自动增加或降低;当压力超过设定的目标值时即(＞5％)其中第一台电机转为工频运行,变频器启动第二台电机变频运行,保持水压恒定。这样不但减小了电动机的无功功率,而且提高了水泵的工作效率,节约了能源。
4 现状调查
镇泾油田注水现状调查如表1。
5 结语
根据以上统计分析,镇泾油田注水系统节电空间巨大,考虑实际电机功率消耗和注水泵实际泵效等问题;剩余的节能空间还是很大。因此采用变频调速可以获得实际需要的水流量,不但节约了电能,提高系统自动化运行程度;变频器自动根据需求量调节转速,而且平滑稳定,减少了人员的劳动强度;注水泵的运行参数得以改进,系统效率大为提高。
参考文献
水泵节能范文3
关键词：学校供水；变频节能
1变频调速恒压供水系统的组成及工作原理
变频调速恒压供水系统主要包括：控制器（PID，PLC）、变频器、微机控制、电气控制和水泵机组等部分组成（见图1）。由此构成一个压力负反馈闭环控制系统（见图2）。该系统通过安装在水泵出水管上的压力传感器，把出口压力变成0- 5v的模拟信号，经前置放大、多路切换、A/ D变换成数字信号，送入单片机，经单片机运算与给定参量进行比较，得出一调节参量，经由D/ A变换把这一调节参量送给变频器，控制其输出频率变化[1-2]。用户需水量与频率的变化有关：用水多时，频率提高，水泵电机转速加快。
2变频调速恒压供水系统的节能原理
2.1调速原理
水泵电机绝大部分是二相交流异步电动机，根据交流电机的转速特性，电动机的转速n的大小与电压、、电源频率f、电机的极对数P及转差率、的大小有关，由下式表示：
n= 60f（1-s）/p
式中 n一电机转速，r/ min；
f一电流频率，Hz；
s一转差率，一般取0.2；
P一电机极对数。
当水泵电机选定后，p、s都为定值，也就是说电机转速的大小与电源的频率高低成正比，频率越高，转速越高，频率越低，转速也就越低。变频调速就是根据这一原理应用微机和压力传感器，将供水管网所需压力选定，管网内流量的变化引起压力变化，由传感器将变化的压力信号传给微机，经微机处理后，变频器改变水泵电机供电频率，从而改变电机的转
速，达到管网测压点的压力恒定。以满足管网最不利点的用水要求。
2.2变频调速泵节能原理
供水系统的水泵在变速运行时通过改变水泵的转速，从而调节输出流量以适应用水量的变化，并可保证管网压力的恒定，水泵始终在高效率的工作状况下运行。用水量减少时，水泵转速降低。由于水泵的轴功率与转速的二次方成正比，转速下降时，轴功率急剧下降。故变速调节流量在提高机械效率和减少能源损耗方而，是最为经济合理。
轴功率与转速的关系式：
式中 N一额定轴功率，kW；
N1一变速运行时轴功率，kW；
n1一变速后的转速，r/ min；
n一额定转速，r/ min。
当水泵转速降低10%时，轴功率降低27%。当水泵转速降低20%时，轴功率降低49%。恒速泵与变速泵（变频调速）的轴功率相比，当水泵运行的平均流量为额定流量的80%以下时，恒压变频调速供水系统节能近50%，节能效果特别显著。
3变频调速恒压供水系统的循环变频控制原理
变频调速恒压供水系统可控制多台（2～6）性能相同的水泵，其中总有一台（任意一台）水泵处于变频调速状态，其他为恒速或停机等待状态。
以3台水泵为例，采用可编程控制器（PLC）及变频器（带PID），循环变频控制原理[3-4]。如下：首先规定各参数的代表符号：P0（压力设定值），P1（压力检测信号值），f（变频器输出频率），f0（变频设定最高频率），f1（变频器设定最小频率）。加上启动信号后，变频启动1号泵，比较P0与P1的值，如果P0>P1，则f上升；反之，则下降。
当f f0时，将1号泵切换为工频运行，2号泵变频启动。此时若f仍大于f0，将2号泵切换为工频运行，3号泵变频启动，1号泵继续工频运行。当f f1时，则停止1号泵，2号泵工频运行，3号泵继续变频运行；若f仍小于f1，则停止2号泵，3号泵继续变频运行。当f再次大于f0时，将3号泵切换为工频运行，1号泵变频启动，2号泵停止；此时若f仍大于f0，将1号泵切换为工频运行，2号泵变频启动，3号泵继续工频运行。
当f f1时，2号泵继续变频运行，1号泵继续工频运行，停止3号泵；若f仍小于f1，则停止1号泵，2号泵继续变频运行。当f f0时，将2号泵切换为工频运行，3号泵变频启动；此时若f仍大于f0，将3号泵切换为工频运行，1号泵变频启动，2号泵继续工频运行。当f f1时，则停止2号泵，3号泵继续工频运行，1号泵继续变频运行；若f仍小于f'1，则停止3号泵，1号泵继续变频运行。
这样，使每台水泵在工频和变频之间切换，水泵之间做到先开先停，后开后停，即所谓循环调频，合理利用资源。
4变频调速恒压供水系统的特点
4.1系统安全可靠
采用变频调速技术实现交流电机平滑调速，启动电流小，减小了启动时对电网的冲击和对管路、阀门的机械冲击，延长了管路和阀门的使用寿命，使交流调速系统的性能指标能与直流调速系统媲美。
4.2控制精确
自动环节采用了PLC与变频器控制，多台电机均能可靠地实现软启动，避免了启动电流过大对电网的影响，大大延长了设备的使用寿命。
4.3高效节能
节能效果显著，控制器依据测量压力自动调节管网压力，实现恒压变量或变压变量控制，在高用水期内多台泵工作，在低用水期内自动减少工作水泵的台数，使水泵一直在高效率下运行，既满足了供水需要，又节约了电能。
5结语
高校校园供水系统采用变频调速恒压供水装置可节约电能，压力传感器最好装于最不利用水点。变频范围在40- 50Hz，电动机及水泵木身的效率均工作于高效区，节能效果明显。
参考文献：
[1]许振茂.变频调速装置及调试、运行与维修.北京：兵器工业出版社
[2]郭立君.泵与机.北京：水利电力出版
水泵节能范文4
【关键词】 水厂泵站节能
随着水厂的逐渐繁荣和发展,目前水厂泵站技术也正在完善,节能方面的技术也得到了提升,但从目前水厂泵站技术节能的现状来看,主要存在以下问题:(1)节能不明显:从当前水厂泵站的使用现状来看,在满足用户基本需求及供水压力的情况下,开并联泵组的时候,一般来说水泵节电的可能性很小,甚至不会节电。当只使用一台调速泵时,节电的可能性也很少或是不节电,因此总体上来看,水厂泵站运行过程中节能效果不明显。(2)无法保持最低单位的电耗值:当工况点、管网参数等情况发生变化后,在泵站系统满足基本工况的条件下,调速系统时常会出现运行不稳定的现象,从而造成了节能效果不能保持最低的单位电耗值。
1 泵站节能技术现状
在泵站系统的工艺参数、设备参数等确定的情况下,通过利用最小二乘法理论找出H-Q之间的函数关系,运用并联泵特性曲线拟合法,从中设计出一个最能减少能耗的运行方式和调速方式。优化泵组合方案不能够使得每台水泵都实现最优,是水泵优化组合的整体效果。从目前水厂泵站的技术现状来看,对泵站的参数进行控制,其目的在于满足基本的生产工艺要求和尽可能减少能量的浪费。就目前的应用现状来看,主要采用的方法是:(1)调节水泵的转速,主要通过调速装置来实现,从而满足基本的工艺生产要求;(2)通过大小泵的搭配,实现不同工况下对水泵的不同程度需求;(3)通过控制阀门来调整泵站的节能;(4)采用调节水泵叶一片角度的调整方式对水泵进行调节;(5)采用回流或泻放的方式对水泵进行条件。
就上述方法来看,虽然这些方法都可以实现在满足基本工作条件下对水泵耗能进行调节,但是不同的控制方式,所带来的控制效果也存在较大的差异,有的耗电多,有的耗电少,因此在要实现水泵最优的水泵节能现状,就需要对水厂泵站的电耗因素进行定量研究。
2 节能技术设计
2.1 工艺流程
泵站的工艺流程主要首先将水经过混合、沉淀以及过滤等工序处理后送入4个清水池,再由送水泵站送往市区不同的管网中去。水泵开停的台数需要根据清水池的水位、服务压力以及流量等参数进行优化组合,并且使用PLC的I/O接口及时传送给力控组态软件的实时数据库,从而能够实时对各个机泵的运行情况进行监督;排水泵的开停应该根据集水坑的具体水位来确定,真空泵的开停则需要根据真空吊水的具体情况来确定。在电气回路过程中,高低压开关柜倒闸需要由人工来进行操作,电量和仪表数据来记录自动传输,从而便于值班人员对整个水泵的运作情况进行监督和管理,值班人员可以从显示屏上及时地看到每台虚拟水泵的单位流量电耗值和其他参数。
2.2 控制流程
控制流程的设计来看,要实现水厂泵站的节能,则可以采用现场手动控制、半自动控制方式以及全自动控制方式,当运行机泵出现故障时,能够通过备用机泵的自动开启。通过设置“虚拟水泵”的参数,同时在显示屏上显示“虚拟水泵”的理论Q-H特性曲线和管网特征曲线。基于“虚拟水泵”对应的理论单位流量电耗值,选择”虚拟水泵“方案,并且输出所选的方案。在机泵正式启动之前,对清水池的水位情况进行自动化监测,并且对泵的停止状态、运行状态以及故障和非故障状态、变频器状态以及阀门位置状态等进行统一的自动检验。一旦发现不正常和故障,停止开泵,当信号正常时,则依次启动调速泵、定速泵,并且自动打开对应的水阀门。当“虚拟水泵”运行正常后,从显示屏上监控“虚拟水泵”理论特性曲线与“虚拟水泵”实际叠加后动态特征曲线的拟合情况,从而能够帮助值班人员及时了解“虚拟水泵”的工况点是否能够运行正常,当“虚拟水泵”的实时单位流量电耗值超过理论单位流量电耗值,系统则会发出预警,及时通知值班人员,从而能够保证“虚拟水泵”的工况点能够在高效范围中运作。一旦出现信号不准确的情况,管网压力及流量即使能够满足要求也不能开泵,并且要发出预警信号。此外,每一台机泵运行的实际电流量也需要严格检测,当实时电流超过了本身正常情况,并且延时8秒时,发出故障报警信号并且紧急停泵。泵站如果未按照程序进行操作或是出现故障则发出报警。每台泵站电机发生故障,都可以自动关闭相应的阀门,并且发出故障报警信号,同时备用泵自行投入运行。PLC接到关泵指令时则优先关闭对应出水阀门,水泵再停止运转。排水泵的控制逻辑和高、低压配电的监控参数则由PLC单独进行控制。
3 实际应用
从节能技术的实际应用情况来看,在对原有水泵设备进行改造以前,应该首先使用“泵站目标电耗测算软件”对水厂泵站系统进行分析和测算,通过最优的泵站组合和技术应用,使得水厂泵站在节能发面获得提升。关于水厂泵站的量化节能研究,国内已经率先取得了许多实质性的紧张,其主要标志在于作为国家科技部的重点成果在实际应用中得到了较广的推广。泵站目标节能系统由上位机、目标电耗控制拒、在线节能控制软件、组态软件等组成。上位机和目标电耗控制柜主要是通过MPI总线来连接,目标电耗控制柜则由PLC以及继电器等共同构成。模拟量输人如流量、压力、液位、电流等为1-5V电压信号,模拟量输出如变频器转速控制信号为4-20mA电流信号。目标电耗控制系统采用手动和机动两种组合的控制方式,从而能够方便用户的选择和使用。系统通过软件信息系统能够对泵站系统起到综合的调节和稳定作用,从而为延长泵站的使用寿命,减少能耗具有重要意义。
综上所述,通过使用泵站目标电耗测算系统对泵站运行情况进行分析和监测,一旦发现故障和异常能够及时发出预警,并且能够对节能效果进行预测,从而使得水厂泵站能够实现最优的节能效果。总的来说,运用水厂泵站节能技术对于降低能耗,提高系统运行的稳定性具有重要意义。
参考文献:
[1]姚福来等.泵站节电潜力的量化计算[J].变频器世界,2002(6).
[2]姚福来等.水泵变频调速的节电量计算及系统设计[J].北京:科学出版社,1998.
水泵节能范文5
关键词泵站 节能 流量 效率
Abstract this paper introduces the characteristics of city drainage pumping station, analyzes the relationship between the pump efficiency and energy saving, in theory and put forward a new method of energy saving, has certain practical value to design and modification of the drainage pumping station.
Keywords pumping flow efficiency
中图分类号：S276文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1.前言
泵站应用的领域和行业十分广泛，泵站的能耗问题在能源匮乏的今天尤为突出。水泵是泵站中最主要的机械设备，据统计，在世界范围内，仅水泵的用电量就占全社会总用电量的20％－25％，水泵用电占全国总用电量的21％。
泵站按照其功能划分为：供水泵站、排水泵站、调水泵站、加压泵站、蓄能泵站。不同的泵站使用的水泵及工作原理各不相同，因此节能方法也不尽相同。本文着重对排水泵站系统的节能机理进行分析。排水泵站系统中具体电耗分布情况因工艺设计和管理水平的不同而差别很大，存在着较大的节能潜力。因此，深入分析排水泵站系统中能耗产生的原因，并据此提出节能的方法对泵站系统的工艺设计及其改造有着十分重要的意义。
2.城市排水泵站特点
随着经济社会的发展，城市的数量与规模都在不断扩大，雨水、污水量也随之增加。对雨水而言，目前很多城市主城区的设计暴雨重现期已达3年频率；对污水而言，随着城市人口增多、工商业的不断发达，污水量相应增大。城市雨、污水水量的增加，对城市排水设施提出了很高的要求。城市排水设施由排水管网与排水泵站组成，是城市重要的基础设施之一。当前我国城市排水泵站的规模呈不断扩大趋势，作为重要的城市基础设施，其安全可靠经济运行日益受到重视。
城市排水体制分雨、污水合流制和雨、污水分流制，因而城市排水泵站根据所排水体的特征可分为排污泵站、雨水泵站、雨污合流泵站等三种。有如下特点：
(1)城市排水泵站的建设要考虑环境的问题。随着城市建设的发展，城市用地日益紧张，因此在许多泵站附近已建有不少建筑物，处理不当，泵站的噪音、有害气体等将严重影响周围的环境，特别是会影响周边居民的正常生活，因此城市排水泵站必须考虑泵站的消音和除味问题，而城市排水泵站进水建筑物常常是封闭的，盖板上仅设一些通气孔。
(2)城市排水泵站进水系统应设置清污防污装置。雨污水泵站由于进水水质差，水中杂较多，不进行处理将会被吸进泵体，缠绕或卡住叶轮，造成水泵损坏，将会影响城市污水排放，后果严重。由于雨水的冲刷，不可避免地将城市路面的泥沙带入泵站，前池必须采取减淤防淤措施。由于前池常常是封闭的，应尽可能地减少前池的淤积量，减小清淤工作量。
(3)城市排水泵站通常要采取改善水力条件的工程措施。城市排水泵站大多采用沉井结构型式，前池面积一般较小，扩散角较大，扩散段较短，水流从进水管进入前池后突然扩散，易形成回流、旋涡等不良水流流态，也易造成泥沙淤积，降低水泵运行效率，因此，一般要对前池水流流态进行整流。
3.城市排水泵站节能机理
3.1 泵的效率与节能之间的关系
泵站工程的效率反映了设计、制造、选型、配套、施工、安装、使用和管理水平的综合技术经济指标。提高效率一直是广大科技人员追求的目的。《泵站技术规范》对轴流泵抽水装置在泵站设计工况下的效率提出了具体的要求:轴流泵抽水装置的效率不宜低于70%；然而，排水泵站的工作条件多变，水泵长期不能在设计工况运行，带来一系列问题。提高效率，节约能源、减少运行费用，是值得进行探讨的问题。
排水泵站大多采用扬程低，流量大的轴流泵，高效区通常比较窄，经常使用的工况点，一般偏离设计点较远，造成效率下降较多。这是因为对于城市排污泵站而言，设计扬程是按污水高峰期来确定的，但实际上城市排水泵站设计扬程是以抗御某一频率下可能出现的涝灾来确定的，因此在扬程设计上都留有较大的裕度，因而水泵大部分时间就要在远低于该水位的工况下运行。即使把设计点的效率提高很多，而节能却不显著。
根据以上分析，排涝泵站一般要与自排闸联合使用，在外江水位尚未来临或退潮之时靠开启自排闸自行排水，水位升高无法利用闸门排水时再靠水泵抽排，以节省能耗。闸门自排是最经济的运行方式，每排出一方水的耗能为零。
另外，在实际使用中常有在不必要的高扬程下运行而浪费能源的情况。如暴雨到来之前，由于担心泵站装机不足，无法及时排干水，就盲目开机预降水位，以腾空前池库容，这样，不仅增加了扬程，而且水泵在淹没深度很低时运行容易出现汽蚀。在暴雨季节，外江水位涨得很高，甚至超设计水位，此时若不停机，在这种高扬程工况下运行，所耗的电能比低扬程时要大很多。正确的做法是：暴雨季节，为减少洪涝损害，尽早排干水，通常要在电机不超载的前提下，按最大可能的出水量运行，这时泵站效率可能不高，但经济效益良好。
3.2扬程对节能的影响[3]
水泵泵水耗能跟扬程大小密切相关，扬程越高，泵机提升等量污水做功越多，耗能也越大。因此，在工况允许条件下要设法减小运行扬程。减小运行扬程的方法有如下几种：
（1）提高泵站前池运行水位
在所辖区域不渍水前提下，提高泵站前池起排水位。扬程将减小，单位时间内泵水耗能可减少。
（2）协调控制围堰闸高度
当泵站流量较大或后级泵站排水不畅时，出水管处会出现来不及排放从而形成污水倒流的现象，此时就需要提升围堰闸高度以防污水倒流。目前大多数城市排水泵站为人工看守，通常根据经验将围堰闸固定在某个高度，当流量较小且出水管处不会出现污水回流时，围堰闸仍继续保持该高度，势必产生无效扬程从而导致耗能增多。因此，在出水管处不形成污水回流的前提下，围堰闸的高度应根据实际流量大小及后级泵站水位状况协调控制。
（3）避免附加扬程
目前大多数排水泵站泵机仍采用恒速排水方式，这种方式下往往会出现过量排流的情况，即当流入水流量减小时继续大流量排水，导致排水池出现污水滞留现象，使得排水池水位升高，形成附加扬程，若采用调速均流排水方式，可减少或避免附加扬程的存在。
3.3 进（出）水池的设计对节能的影响
进水池设计不合理，不仅会增大进水池水损，改变水泵工作点，影响水泵效率，而且易在池内产生漩涡和回流，将空气带入水泵，使水泵产生振动和噪声。进水池节能改造的目的主要是减少水头损失，并使池中具有良好流态。进水池的形式较多，一般单机组泵站进水池宜选用半圆形或蜗壳形，其次为多边形。在多机组泵站中宜选用半椭圆形或多边形，且宜在各取水管之间设计隔墙。禁止选用圆形或矩形的进水池形式。
参考文献
[1]姚福来.泵站节能标准建立的必要性和可行性. 排灌机械.2004,22(6)：37－40
水泵节能范文6
关键词：海水泵 高压变频 改造 节能
一、引言
海水泵是福建LNG接收站生产装置的重要设备之一，它为开架式汽化器（ORV）提供海水作为热源与LNG（液化天然气）进行热交换，将LNG汽化为天然气（图1）。福建LNG接收站一期设计有四台海水泵（海水泵的设计参数见表1），与四台高压泵、四台ORV（ORV的设计参数见表2）配套使用。接收站的海水温度范围为9.2℃~29.5℃，海水全年无冰冻期、热容量大，能为热交换提供充足热量。
LNG接收站采用LNG与海水换热的生产工艺，充分利用了海水的热量，海水的出口温度在0℃以上，且海水进出口的温度差不允许超过5℃。在设计时，充分考虑能源的综合利用，将海水的排水口设在电厂冷却循环水的吸入口，将海水中的冷量充分利用，所以此生产工艺是一种节能环保的设计。在生产过程中，海水泵做功将海水升压，通过管道输送到ORV进行热交换，海水泵消耗了大量的电能。从接收站目前的运行方式来看，在下游用气量大时海水泵最多运行三台，在下游用气量小时海水泵运行一台，若ORV的高压外输量与海水泵运行不匹配，比如当高压外输量小于195t/h时，用于热交换的海水将过剩，会造成大量海水浪费，海水泵将做大量无用功，造成单位产值能耗和生产成本增加。因此，降低海水泵的用电消耗，是实现接收站节能降耗的重要措施之一。
二、海水泵节能措施
1.提高海水泵的运行效率
海水系统主要由海水池、海水泵和管网组成。海水系统的运行效率主要由海水泵的运行效率和管网效率决定。两种效率之间关系密切，反映了海水泵与管网之间的匹配合理程度。当匹配合理程度较高时，系统能耗较低；反之系统能耗较高。一般情况下，海水泵的高效率区域在85%~110%的额定流量范围内，如果海水泵的运行流量超出此范围其运行效率将降低。对于海水系统的管网效率，由于海水管网结构已经确定，管网的阻力基本保持不变，其效率也基本不变。因此，在生产过程中通过优化操作使海水泵运行效率与海水管网的效率匹配，以降低能耗。
2.调节海水泵出口阀，降低海水流量
在生产操作过程中，可调节海水泵出口管道上的调节阀，可降低海水泵的流量，但会引起海水泵工作压力升高而增加能耗。
3.改变运行方式，提高海水利用率
根据设计，海水泵与ORV运行时一一对应，但在满足热交换和外输量足够大的情况下，可改变海水泵的运行方式进行外输，比如运行两台海水泵对应三台ORV，运行三台海水泵对应四台ORV。
4.切削海水泵叶轮，降低海水泵的功率
目前，单台海水泵运行时产能过剩，出口流量和压力较高。在保证海水泵的流量和扬程的前提下，可采用切削叶轮的方法，将海水泵的功率降低到合理水平，达到节能降耗的目的。但海水冬季与夏季的水温有一定差别以及考虑到极端天气等因素的影响，故无法确定切削海水泵叶轮的尺寸。
5.对海水泵进行高压变频改造，使海水泵自动调速
可将高压变频装置应用于海水泵，通过改变海水泵电机的运行频率实现海水泵的自动调速。改造后，海水泵可根据ORV对海水流量和压力的需求适时地改变运行功率，使海水泵的做功与换热量相匹配，从而达到节能的目的。
以上是福建LNG接收站实现海水泵节能降耗目标的几个措施，实际上只有对海水泵进行高压变频改造能从根本上解决海水泵的能耗问题，其他方法的效果不是很好，并且操作范围较小。海水泵高压变频改造不会改变海水泵的结构，改造后海水泵可实现自动调速并在满负荷状态长期运行，不仅降低了海水泵的能耗，而且增加了操作范围，在此仅推荐海水泵高压变频改造方案。
三、海水泵高压变频改造可行性分析
高压变频技术在近几年有较大的发展，已成功应用于炼钢厂、发电厂、化工厂的大型风机、加压机、循环水泵等设备，节能效果明显，设备的节电率保持在10%以上[1]，为企业带来了可观的经济效益。
1.高压变频装置的优点
1.1调速范围宽，高压大容量变频器调速范围可以做到0~100%。
1.2调节精度高，效率高，在正常变速范围内，变频装置的总效率在93%以上，功率因数提高到0.95以上，降低线损[2]。
1.3可实现真正的软启动，对电机和电网无冲击。
1.4改变运行方式容易，当变频器故障时，可以通过旁路柜切换到工频状态运行[3]。
2.海水泵高压变频改造方案
海水泵正常运行时的平均流量为7800m3/h，ORV出口天然气的温度在20℃左右。实践表明，运行两台海水泵和三台ORV进行外输时，三台ORV的外输总量达到540t/h，每台ORV分布的海水平均流量为5500m3/h，每台ORV出口天然气的温度均在10℃以上，满足工艺指标和合同要求。根据海水泵的性能曲线可知（图2），海水泵运行的最小流量为6300m3/h。海水泵运行时，只有出口流量达到6300m3/h才能保证泵不会因为流量过低而发生汽蚀现象损坏泵。
因海水系统使用的超声波流量计的波动范围约为150m3/h，海水泵进行高压变频改造时，为了保证高压泵的安全运行，以6800m3/h作为流量控制参数，此流量远大于5500 m3/h，可保证LNG汽化所需的热量，满足生产要求。
为了保证海水泵运行的可靠性和流量的稳定性，进行高压变频改造时，DCS操作画面具有两种控制模式：自动模式可以将海水管网的压力作为控制参数，根据管网的设定的压力作为调节海水泵运行频率的依据；手动模式时可根据超声波流量计的参数作为调节海水泵变频器运行频率的依据，从而调节海水管网的流量。同时将变频器的运行参数及状态接入DCS系统，以便监控。
3.经济效益分析
从海水泵的性能曲线和实际运行情况可知，海水泵流量为7800m3/h时轴功率为1070KW。海水泵高压变频改造后，若以6800m3/h的海水量进行供水，将减少海水泵的做功。
由流体力学可知水泵的轴功率 P=（ρ×g×H×Q）/η，式中：
P为水泵的轴功率；
Q为流量；
H为扬程；
η为泵的效率。
假定海水泵运行的效率和扬程不变，可得
P1/P2=Q1/Q2
在外输量相同的工况下，单台海水泵高压变频改造后运行时的用电消耗为（以1h计）
P2= P1×Q2/ Q1=1070×6800/7800×1=933 (KWh)
每小时节电：1070－933=137 KWh
每天节电：137×24=3288 KWh
每年节电：3288×365=1200120 KWh
平均节电率：1200120/（1070×24×365）×100%=12.8%
节约电费：平均电费以0.5704元/ KWh计算，
每年节约电费：1200120 kWh × 0.5704元/kWh = 684548.5元
通过分析可知，海水泵进行高压变频改造后，平均节电率达12.8%，每年单台海水泵节约电费约684548元，该项目投资约为170万，可在3～4年内收回成本,而高压变频器的使用寿命为8～10年，经济效益可观。
4.海水泵高压变频改造后对系统的影响
4.1改善海水系统的运行条件。投入高压变频器后海水泵的出口流量和压力比较平稳，运行人员可以自如地调控，使海水泵的运行条件得到改善，同时减少对海水出口管道和回流管道以及ORV翅片管的水力冲击。
4.2延长电机和海水泵的使用寿命。海水泵在工频状态启动时，电机的启动电流大（约5～8倍额定电流），机械冲击力很大，进行高压变频改造后，可以实现软启动和软制动，对电机几乎不产生冲击，可延长机械的使用寿命。
4.3减小对调节阀的机械磨损，延长调节阀的使用寿命。海水泵正常运行时，通过高压变频器调节其转速，从而实现出口流量和压力的自动调节，避免了完全通过调节阀对流量和压力进行控制，减小了调节阀的机械磨损。
4.4当海水泵变频器故障时，系统可将变频器切除，自动通过旁路柜切换到工频状态，保证接收站海水系统的安全运行。
4.5可降低海水管网压力，减少ORV冲刷。
5.高压变频改造缺点
5.1变频器运行的可靠性比开关控制较差，但可以通过旁路柜切换到工频状态运行以解决该缺点。
5.2与高压开关相比，目前高压变频器价格比较昂贵（每台价格约140万元人民币），一次性投资较大，使用寿命较短(约8~10年)。
四、结论
通过上述分析可看出，海水泵进行高压变频改造后，不仅节约了大量电能，而且使电机实现了真正的软启动，减小了对海水管道、调节阀、ORV的水力冲击和磨损，使系统的运行更安全可靠，并且可大幅度节省这些设备的维护费用，降低接收站的生产成本。因此，海水泵实施高压变频技术改造，可优化接收站的生产操作模式，降低能耗。
参考文献
[1]张选正，张金远．变频器应用技术与实践[M]．中国电力出版社， 2009．
[2]王惠君，贾伟．高压变频器在给水泵电机上的应用及节能分析[C]．《有色冶金节能》，2006年，06期．
