乳化液泵电机变频改造技术研究.doc

文章编号： 乳化液泵电机变频改造技术研究 吴继标，胡恒振 （徐州矿务集团有限公司 机械厂，江苏 徐州 221006） 摘 要：分析机械厂乳化液泵应用的现状及变频改造的前景，介绍了交流电机变频调速技术应用于乳化液泵流体负载时，可使流体的流量、压力根据实际需要自动恒压或恒流量调节，以达到高效节能的目的。 关键词：乳化液泵；拖动电机；交流变频调速；自动控制 中图分类号： 文献标识码： 1 改造的原因及采用的方法 矿务集团机械厂综机分厂现使用三台乳化液泵，配套电机总容量为164kW，年总耗电量达7.0848万kW·h，具有很大的节电潜能。乳化液泵每天工作12小时以上，但正常压力工作时间每天只有4～5个小时，由于电机功率大，一次性启动，全速运行，启动电流大，耗电量高，冲击力强，是事故多发的主要原因之一，直接影响着设备的安全运行和正常的生产。因此，设想对其进行变频节能改造。 改造采用交流电机变频调速节能技术。这是一项集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术，自80年代世界各国将其投入工业应用以来，显示出了强劲的竞争力，其应用领域也在迅速扩展。 据有关资料报道，我国风机、水泵、空气压缩机总量约4200万台，装机容量达1.1亿kW，但系统实际运行效率仅为30％～40％，其损耗电能占总发电量的38％以上。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中的风、水量要求处于变工况运行。交流电机变频调速技术应用于水泵流体负载时，可使流体的流量、压力根据实际需要自动恒压或恒流量调节，以达到高效的节能的目的。 2 主要研究内容 2.1 乳化液泵调速运行节能的原理 乳化液泵出口处阀门的开启角度与管网压力、流量的关系见图1。当电机以额定转速n0运行，阀门角度按g0（全开），g，g1变化时，管道压力与流量沿A，B，C点变化，即要想减小管道流量到Q1，可减小阀门开度到g1，但这使得乳化液泵扬程由原 图1 阀门开启角度与管网压力、流量的关系 来的HA上升到HC，使电机功耗增加；而如果让阀门全开（开度为g0），采用变频调速，使电机转速至n1，且乳化液泵流量等于Q1，则乳化液泵扬程由原来的HA降到HA’，电机的功耗大大降低。用阀门节流使乳化液泵流量为Q1，电动机功率为KHCQ1；用变频调速使流量为Q1，电动机功率为KHA’Q1，节省电能：KHCQ1－KHA’Q1＝KQ1(HC-HA’)。 由图1可见，在乳化液泵流量小、转速低时，变频调速节能的效果十分明显。 2.2 乳化液泵变频调速控制系统的设计 ①变频调速器：选用DZB100P0930L4型，适配电动机功率93kW，输出频率1.0Hz～400Hz。 ②测量变送器（PT）：选用DLK100-OA/0Mpa～35Mpa的压力测量变送器，用于控制水管出口压力，并将压力信号变换为4mA～20mA的标准电信号，再输入调节器。 ③调节器（PID）：选用WP-D905型，输入信号4mA～20mA，输出为PID控制信号4mA～20mA。 系统的控制过程为：由压力测量变送器出水管出口压力，并转换成与之相对应的4mA～20mA的标准电信号，送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较，得出偏差；调节器按预先规定的调节规律对偏差值进行运算得出调节信号，该信号直接送到变频调速器，使变频器将输入为380V/50Hz的交流电变成为0V～380V/0Hz～400Hz的电压与频率连续可调的交流电，直接供给乳化液泵电机。 3 节能分析 根据流体力学的基本定律可知：乳化液泵的流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。只要在满足生产需求的情况下，降低电动机的转速，那么轴功率将大大降低，节能效果显著。 由图1可知，采用变频调速，当流量从Q0减少50％至Q1时，系统工作点由原来的A点移至A’点，水泵出口压力变为HA’，电机实际功率为P=Q1×HA’，电机节省的功耗为Q1×HC与Q1×HA’的面积差，当流量从100％降至50％时，节能率在75％以上。 4 实际运行效果分析 ①节能效果十分显著。采用变频调速技术后，提高了电机的功率因数，减少了无功功率消耗，以一台装机容量90kW的乳化液泵为例，月平均节电8100kW·h，月平均节电率为25％，按目前工业电价0.50元/ kW·h计，每月可以产生直接经济效益4050元，10个月可收回全部设备投资，具有极其显著的经济效益。 ②采用变频调速技术后，乳化液泵电机定子电流下降了20％。由于电机的转速普遍下降，运行状态明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费用；由于变频器启动和调速平稳，减少了对电网的冲击。 ③采用变频调速技术后，由于乳化液泵出口阀全开，消除了因阀门节流而产生的噪音，改善了工人的工作环境，消除了阀门调节故障给生产带来的影响，具有