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[導讀]一.概述在我國的制糖行業(yè)中,很多重要的生產(chǎn)設備均為高能耗設備,設備的電力拖動離不開調(diào)速,受設計時的技術條件的限制,很多設備的拖動調(diào)速在設計時大都采用能耗調(diào)節(jié),交流

一.概述

在我國的制糖行業(yè)中,很多重要的生產(chǎn)設備均為高能耗設備,設備的電力拖動離不開調(diào)速,受設計時的技術條件的限制,很多設備的拖動調(diào)速在設計時大都采用能耗調(diào)節(jié),交流電動機變頻調(diào)速是在現(xiàn)代微電子技術基礎上發(fā)展起來的新技術,它不但比傳統(tǒng)的直流電機調(diào)速優(yōu)越,而且也比調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級調(diào)速等調(diào)速方式優(yōu)越。它的特點是調(diào)速平滑、調(diào)速范圍寬、效率高特性好、結構簡單、機械特性硬、保護功能齊全,運行平穩(wěn)安全可靠,在生產(chǎn)過程中能獲得最佳速度參數(shù),是理想的調(diào)速方式。 應用實踐證明,交流電機變頻調(diào)速一般能節(jié)電 30%左右,目前工業(yè)發(fā)達國家已廣泛采用變頻調(diào)速技術,在我國也是國家重點推廣的節(jié)電新技術。變頻器應用在制糖工業(yè)的風機、水泵、壓榨機、離心機等負載,能取得了顯著的節(jié)能效果。 二.工作原理 1原供水系統(tǒng)工況 原供水系統(tǒng)由二路管網(wǎng)系統(tǒng)組成,第一路管網(wǎng)供水水泵六臺,水泵電機分別為:110KW五臺、75KW一臺;第二路管網(wǎng)水泵六臺,水泵電機分別為:155KW五臺、220KW一臺。水泵投切依靠值班人員根據(jù)壓力進行投切,水壓隨用生產(chǎn)用水量的變化及泵組的投切變化較大,泵組投切對電網(wǎng)的沖擊影響很大,根據(jù)生產(chǎn)工藝對水壓及流量的要求,需要開回流閥進行調(diào)節(jié)。 2變頻節(jié)能改造方案 由以上系統(tǒng)工況可知,該系統(tǒng)適于作變頻節(jié)能改造,改造方案如下: 系統(tǒng)部分采用變頻控制,在每一管網(wǎng)上按裝壓力傳感器,即時檢測管網(wǎng)水壓,根據(jù)生產(chǎn)用水量的變化變頻控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉速從而控制系統(tǒng)供水量,保證管網(wǎng)水壓的恒定。第一路管網(wǎng)由110KW變頻節(jié)能系統(tǒng)控制兩臺水泵電機,一用一備,其余四臺工頻控制;第二路管網(wǎng)由220KW節(jié)能變頻系統(tǒng)控制一臺220KW水泵電機及一臺155KW水泵電機,一用一備,其余四臺工頻控制。改造后節(jié)電效果顯劇,恒壓供水,極大地改善了生產(chǎn)工藝。改造系統(tǒng)控制圖如下:

3變頻改造節(jié)能原理 a泵類的特性和參數(shù):

純粹用于抽水的功率叫有效功率

有效功率=(1000QH)/(75×60/0.736)=QH/6.11(kW)

式中,Q為流量(m3/min);H為總揚程(m)。 設在揚程內(nèi)1m3的水的重量為1000kg,因此:

泵的軸功率=(有效功率)/ 泵的效率(kW)

電動機輸出功率=(1.05~1.2)×軸功率(kW)

因泵的揚程大小、泵的型號不同,泵的效率不能一概而定,一般標準泵的大致效率曲線如圖2所示。 鑒于泵的設計與制造方面會有誤差,故電機的輸出功率應較軸功率計算值有5~20%的裕量,而后根據(jù)流量和揚程求出電動機的功率,圖3為流量和揚程特性曲線。

 

圖2 一般標準泵的效率 圖3 流量和揚程特性曲線 b管網(wǎng)的水阻特性

 

當管網(wǎng)的水阻R保持不變時,水量與過水阻力之間的關系是不確定的, 即水量Q與過水阻力h按阻力定律變化,其表達式為:

 

 

式中,H—過水阻力 R—水阻系數(shù)。 H=f(Q)關系曲線為水阻特性曲線,呈拋物線形狀,如圖4所示。由圖4可知,水阻系數(shù)R越大,曲線越陡,即過水阻力越大。

c 泵類調(diào)速控制節(jié)能原理

由流體力學可知,水量Q與轉速的一次方成正比,壓力H與轉速的平方 成正比,功率P與轉速的立方成正比。

 

 

式中: Qe—風機、泵類的額定風(流)量;

He—風機、泵類的額定壓力;

Pe—風機、泵類的額定功率;

ne—風機、泵類的額定轉速。

由上面的公式可知,如果泵類的效率一定,當要求調(diào)節(jié)水量下降時,轉速可成比例下降,此時水泵的軸功率是成立方關系下降。

另根據(jù)水泵類的特性曲線與水阻特性的關系曲線也可明顯的看出風機、水泵的節(jié)能效果。圖5為風機、水泵調(diào)速節(jié)能原理示意圖,圖中曲線H為恒速下的H-f(Q)曲線,其水阻、風阻特性曲線R1相交與A點。對應的風量為Q1。 此時風機、水泵的軸功率Q1AH1Q圍成的矩形面積成正比。當欲使風量由Q1減少到Q2使用擋板或閥門時,則新的風阻、水阻特性曲線H相交于B點,此時風機軸功率與Q2BH2Q圍成的矩形面積成正比。如果采用調(diào)速方法將風機、水泵的轉速降到n2使對應的風機特性曲線H與風阻特性曲線R2相交于C點。此時與風機軸功率成正比的Q2CH3Q圍成的矩形面積顯著減少,說明軸功率下降很多,節(jié)能效果明顯。

 

 

圖4 水阻特性圖 圖5 水泵調(diào)速節(jié)能示意圖 三、系統(tǒng)配置 1恒壓供水功能 ALPHA6000變頻系統(tǒng)內(nèi)置PID 調(diào)節(jié)器,管網(wǎng)遠程壓力表即時檢測管網(wǎng)壓力并轉化為0~10V電壓信號,直接送入變頻器模擬電壓輸入口,設定給定壓力值,PID參數(shù)值,變頻器內(nèi)置PID運算后控制輸出頻率。系統(tǒng)參數(shù)可在實際運行中調(diào)整,使系統(tǒng)控制響應快速。管網(wǎng)壓力可根據(jù)生產(chǎn)工藝任意給定,變頻系統(tǒng)自動跟隨控制,保持管網(wǎng)設定的壓力恒定,既節(jié)能足制糖生產(chǎn)對水壓的要求。接線圖如下:

 

2泵組投切指示 系統(tǒng)能即時檢測供水管網(wǎng)水壓,當現(xiàn)有泵組不能滿足生產(chǎn)用水需要或超過生產(chǎn)用水需要時,系統(tǒng)能自動發(fā)出投入或切除泵組指示,給出聲光投切泵組報警,指示值班人員投切泵組,從而保證生產(chǎn)用水的需要。 3工變頻切換功能 制糖工業(yè)供水系統(tǒng)可靠性要求高,一旦故障會影響對整個生產(chǎn)帶來嚴重的影響,因此該系統(tǒng)設置了工變頻切換功能。系統(tǒng)在一般情況下運行在變頻恒壓供水狀態(tài),當變頻器萬一出現(xiàn)故障或例行檢修時,可立即切換到工頻運行,用原有備用自耦降壓啟動系統(tǒng)啟動水泵,從而保證供水的連續(xù)性,整個系統(tǒng)的可靠性能很好地滿足生產(chǎn)的要求。兩套啟動系統(tǒng)電氣聯(lián)鎖,可防止誤操作,確保系統(tǒng)的安全運行。 四、改造后收益 1延長設備及管網(wǎng)使用壽命,減少系統(tǒng)維修工作量。 由于采用變頻恒壓控制,水泵的啟動為軟啟動,消除了大電機啟動時沖擊力矩對電機的影響,水泵在啟動時的沖擊大為減少,同時由于軟啟動且水壓為恒壓控制,消除了啟動時對管網(wǎng)的水錘效應,爆管現(xiàn)象不再發(fā)生。因此延長了原有設備的使用壽命,故障率大為降低,減少系統(tǒng)維修的工作量。

 

2 改善供水質(zhì)量,提高了整個系統(tǒng)的可靠性。 采用變頻恒壓控制系統(tǒng)后,可以非常平滑地調(diào)節(jié)供水壓力,值班人員對系統(tǒng)的調(diào)整控制更加穩(wěn)定自如。隨著生產(chǎn)工藝的變化,可以很方便地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的供水壓力。由于采用新系統(tǒng)后,故障率大為降低,且兩套啟動系統(tǒng)可以互為備用,保證了系統(tǒng)供水的連續(xù)性,為系統(tǒng)經(jīng)濟優(yōu)化運行提供了可靠保證。 3改善工廠的用電狀況。 采用變頻軟啟動后,消除了原啟動系統(tǒng)啟動時對電網(wǎng)的沖擊,新系統(tǒng)的功率因數(shù)可達0.95,效率可達0.98,系統(tǒng)工作電流大為減小,線路損耗也大為減少,改善了工廠用電的狀況。

4 節(jié)能效果顯著,經(jīng)濟效益可觀。 原系統(tǒng)運行時為維持水壓的基本恒定,除需要不斷反復投切泵組外,還需利用回流閥進行小范圍調(diào)節(jié),水泵的投切除對電網(wǎng)有沖擊外還需消耗電能,回流閥調(diào)節(jié)基本不會減少水泵功率的消耗。采用變頻后,變頻泵組能自動根據(jù)生產(chǎn)所需的水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉速,保持管網(wǎng)壓力的恒定,變頻泵組調(diào)節(jié)即時范圍寬,泵組投切次數(shù)大大減少,系統(tǒng)節(jié)能效果顯著,平均下來整個系統(tǒng)的節(jié)電率在30%左右,經(jīng)濟效益可觀。

5 減輕值班人員的工作強度 原系統(tǒng)經(jīng)過改造后,管網(wǎng)水壓自動檢測控制,回流閥無需調(diào)節(jié),泵組投切有聲光告警指示,值班人員不會擔心因沒有及時地投切補給泵組、開啟回流閥而導致的水壓過低或過高影響生產(chǎn)事故3002

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