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我的论文 泵与风机泵与风机调节方式选择摘要：泵与风机运行时，由于外界负荷的变化需要改变其工况，即工况点的调节。工况点的调节就是改变工作点的位置。改变工作点有多种方法，也对应着多种调节方式。在火力发电厂中，泵与风机是用电大户，其调节方式的选择及改造变速调节装置对节能有重大意义，也是泵与风机节能的关键。关键词：变速调节；非变速调节；调节方式；选择；中图分类号：tk123文献标识码：a pump and fan regulating mode choice zhou chun-li(hebei engineering university,hebei 056001,china)abstract：pump and fan operation,due to the change of external load conditions,namely,to change their operating point.the point is to change adjust working point position.there are different ways to change point,but also corresponding adjustment methods of.in thermal power plant,the pump and fan is large,the electricity and the choice of the ways of adjusting speed adjusting device for energy has significant meaning,but also the key and fan energy pump.key words：variable-speed adjustment；unvariable-speed adjustment control；regulating mode；choice 0引言在火电厂中，泵与风机是用电大户。据有关部门统计，泵与风机的耗电量约占全国电力消耗总量的40%。泵与风机运行时，多种调节方式如何选择是至关重要的。1概述在火电厂中，泵与风机是用电大户。据有关部门统计，泵与风机的耗电量约占全国电力消耗总量的40%。泵与风机运行时，多种调节方式如何选择是至关重要的。以使用最广泛的离心式泵与风机为例说明。过去离心式泵与风机普遍采用截流调节方式，即离心泵采用阀门调节，离心风机采取风机或挡板调节，这些调节方式虽然简单易行，但在调节过程中将产生大量能量损失。如200 mw机组配两台半容量的dg400-180型锅炉给水泵，过去采用泵出口阀门节流调节流量，当主机在200 mw额定负荷下运行时，在出口节流调节阀上的压力损失打2920 kpa。这时这两台泵每小时阀门节流损失的功率达610 kw。当主机在180 mw负荷下运行时，泵出口调节阀上的压力损失达3700 kpa这时两台给水泵每小时阀门节流损失的功率达820 kw。大量调查统计资料表明：一些在运行中需要进行调节的泵与风机，若采用节流调节或分流调节等能量损失大的调节方式时，其调节装置常是浪费能量的主要原因。因此选用何种调节方式时泵与风机节能的关键。泵与风机运行时，其运行工况点需要随着主机负荷的变化而改变，即运行工况调节。由于运行工况点是由泵与风机的性能曲线和管路特性曲线的检点所决定的。因此改变工况点即工作点的方法有三种：一是改变管路特性曲线二是改变泵与风机的性能曲线三是两条曲线同时改变。也就是只要设法改变这两条曲线之一的形状或位置，则均可改变其运行工况点，从而达到调节的目的。叶片式泵与风机的运行工况调节方式可分为非变速调节和变速调节两大类。其主要调节方式有以下几种：叶片式泵与风机调节方式包括非变速调节方式和变速调节方式。非变速中有分流调节、节流调节离心式和轴流风机的前导叶调节、混流式、轴流式泵与风机的动叶调节、改变泵与风机运行台数调节等。变速调节包括液力耦合器的变速调节、油膜转差离合器的变速调节、电磁转差离合器的变速调节、调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速、鼠笼式异步电动机的变极调速、鼠笼式异步电动机的变频调节等。首先是非变速调节中的几种比较重要的调节方式2非变速调节2.1节流调节节流调节是指：在维持泵与风机转速不变的情况下，通过改变装在管路上的阀门或挡板等节流部件的开度来改变管路系统的流量，从而改变运行工况点而达到调节目的的调节方式。节流调节又可分为出口端节流调节和进口端节流调节两种方式。2.1.1.出口端节流调节用装在泵或风机出口管路上的节流部件调节流量的调节方式称为出口端节流调节。阀门全打开时工作点为m,当流量减少时，出口阀门关小，损失增加，管路特性曲线由变为，工作点移到a点。若流量再减少，出口阀门关的更小，损失增加就更大，管路特性曲线更趋向陡直。工作点为m时，流量为qvm扬程为hm。减小流量后的工作点为m/,流量为qva，扬程为h。由图看出，减小流量后附加的节流损失h图1.泵出口端节流调节原理泵与风机出口端节流调节具有简单、可靠、方便、调节装置的初投资很低等优点，过去各种离心式泵与风机普遍采用这一调节方式。但由于该调节方式存在着下述一些缺点：节流时能量损失很大，并且随着调节量的增加而愈加严重，同时它只能向小于额定流量的方向进行调节。因此，出于节能目的，目前节流调节已逐渐为其他调节方式所代替。但对于调节量较小的小容量离心泵，仍可采用这一调节方式。轴流式泵与风机的psh-qv曲线的特点是随着流量qv的减小，其轴功率psh反而增大，故轴流式泵与风机若采用出口端节流调节，不但很不经济，还有导致电动机过载的危险性，因而不能采用这种调节方式。加而导致泵进口压强的降低，有引起泵汽蚀的危险，故进口端节流调节仅在风机上使用。2.1.2.入口端节流调节改变安装在进口管路上的阀门的开度来改变输出流量，称为入口端节流调节。它不仅改变管路的特性曲线，同时也改变了泵与风机本身的性能曲线。因为流体在进入泵与风机前，液体压力已下降或产生预旋，使性能曲线相应发生变化。如下图所示，原有工作点为m，流量为qvw,当关小进口阀门时，泵与风机的性能曲线由移到，管路特性曲线由1移到2，这时的工作点急事泵与风机性能曲线与管路特性曲线2的交点b，此时流量为qvb,附加阻力损失为h1,如果在满足同一流量qvb下,将入口端调节改为出口端调节、调节管路特性曲线3与性能曲线1相交的工作点为c，则附加阻力损失为h2。由图看出h20时，入口导叶将使气流进口的绝对速度v1沿圆周速度u方向偏转角，使v1有一定的圆周分量，入口导叶对进口气流的这种作用称为预旋。由叶片式泵与风机的基本方程式：p=(u2 v2-u1v1)知：正预旋产生的v1将使减小，即正预旋将导致泵与风机性能曲线的下降。实际上，增大入口导叶的安装角时，性能曲线p-qv下降的另一个不可忽略的因素是：入口导叶对气流速度v1有一定的节流作用，并使v1方向改变，导致泵与风机内部局部阻力损失和冲击损失的增加，结果使p-qv下降。入口导叶调节比出口节流调节要节省功率。如下图4中p-qv为节流调节时的轴功率-流量关系曲线，入口导叶调节时的轴功率-流量关系曲线为p-qv。如图所示，当入口导叶的安装角由0增加到2和3事，运行工况点由a1移至a2或a3时，流量由qv1减少至qv2或qv3，轴功率亦减少，把不同安装角下的轴功率用线连起来，可得入口导叶调节时的轴功率与流量关系曲线p-qv.图中用断面线表示的面积，即为入口导叶调节比节流调节可节省的功率。图4入口导叶调节时风机性能曲线的变化离心式泵与风机采用入口导叶调节方式的优点是：在调节流量较少时，其节电效果并不比变速调节差。此外它还有结构简单，初投资少，运行可靠，维护管理简便，装置尺寸较小等。因此，入口导叶调节方式在泵与风机中广泛应用，如火电厂中锅炉的送引风机，以及工业锅炉中的送引风机，都采用入口导叶调节。3、变速调节变速调节是在管路特性曲线不变时，用改变转速来改变泵与风机的性能曲线，从而改变它们的工作点。由相似定律可知，当改变泵或风机转数n时其效率基本不变，但流量、压头及功率都按下式改变：变速调节的主要优点是转速改变时，效率保持不变，其经济性比前面提到的几种方法高。目前，高参数、大容量电站中，泵与风机多采用变速调节。变速调节的方式有：汽轮机驱动，定速电动机加液力耦合器驱动、定子定压调速，变频调节等。3.1液力耦合器液力耦合器是一种利用液体(多数为油)的动能来传递能量的叶片式传动机械。安装在定速电动机与风机水泵之间，达到平滑调节转速的目的。液力耦合器的调速效率等于输出功率p2与输入功率p1之比。在忽略各种阻力扭矩时可以近似认为：mb=-mt式中：mb-稳定流动时，泵轮叶片作用于液体的扭矩；mt-稳定流动时，液体作用于涡轮的扭矩。则有：=p2/p1pt/pb=-mtt/mbb=-mtnt/mbnb=nt/nb=i(7)式中：pb-稳定流动时，泵轮叶片作用于液体的功pt-稳定流动时，液体作用于涡轮的功率；b-对应于mb的转动角速度；t-对应于mt的转动角速度；nb-对应于b的转速；nt-对应于t的转速。即在忽略液力耦合器的机械损失和容积损失等损失时，液力耦合器的调速效率等于转速比。转速比越小，其调速效率也越低，这是液力耦合器的一个重要工作特性。当液力耦合器带泵或风机进行调速传动时，泵或风机的转速n等于液力耦合器涡轮的转速nt，即n=nt，而其轴功率p等于涡轮传递的轴功率pt，即p=pt。根据叶片式泵与风机的比例定律，泵与风机的轴功率与其转速n的三次方成正比：pt/p tn=(nt/ntmax)3通常，液力耦合器的in=0.970.98，则：pmax=(0.1570.162)p tn=(0.1540.157)pbn由此证明，液力耦合器带泵或风机进行调速传动时，其最大转差功率损耗pmax发生在转速比i=2/3处，并不是转速越低，耗损越大。虽然液力耦合器工作在低速时其调速效率很低(等于转速比)，但在带泵与风机调速时，与节流调节相比较，仍具有显著的节能效果。例如某离心风机，当流量q=190103m3/h时，风机的轴功率为158kw，当通过节流调节使流量q=95103m3/h时，风机的轴功率为115kw。当用液力耦合器调速时，由于流量为原流量的一半，则风机的轴功率应为其1/8。158kw(1/2)3=19.75kw再考虑到i=1/2时的液力耦合器的效率=i=0.5。原动机的输出功率应为19.75kw2=39.5kw，较之节流调节仍有75.5kw(=115kw-39.5kw)的节电效果，仍是相当可观的。液力耦合器的优点是：无级调速，调速范围大，较之节流调节有显著节能效果；可空载起动电动机和逐步起动大惯量负荷，降低了起动电流，使起动更为安全可靠；隔离振动，能减轻负荷冲击，再加之起动电流小，延长了电动机及泵与风机的寿命；过载保护，保护电动机及风机水泵；除轴承外无其他摩损部件，因滑差损耗产生的热量均匀地分散到油中，不会引起局部过热，故工作可靠，能长期无检修工作，寿命长；工作平稳，可以平缓地起动、加速、减速和停车；便于控制，液力耦合器是无级调速，便于实现自动控制，适合于各种伺服控制系统；能用于大容量泵与风机的变速调节，目前单台液力耦合器传递的功率已达20mw以上。其缺点是：和节流调节相比，增加了初投资，增加了安装空间，大功率的液力耦合器除本体设备外，还要一套附加的冷油器等辅助设备与管路系统；由于液力耦合器的最大转速比in=0.970.98，因此液力耦合器的输出最大转速要比输入转速低；调节延迟时间较长，不适应紧急事故的处理，适合于较高转速的泵与风机调速的场合；调速精度不高，不适宜要求精确转速的场合使用；因为无直联机构，故液力耦合器一旦发生故障，泵与风机也只能停止工作；调速效率低(=i)，等于转速比，产生的损耗大，在各种变速装置中属低效调速装置。3.2定子调压调速用改变鼠笼式电动机定子电压值实现调速的方法称为定子调压调速简称为调压调速。鼠笼式电动机在不同的定子电压时，可以得到一组人为机械特性，如图6所示。由电机学基本原理可知，改变电动机的定子电压时，具有以下特性：图5普通鼠笼型图6高转子电阻值鼠笼型图6鼠笼型电动机变定子电压时的机械特性-异步电动机的同步转速n1不变；-转矩m与定子电源电压u1的平方成正比，即mu12；-最大转矩mmax与定子电源电压u1的平方成正比，即mmaxu12；-当定子电源电压变化时，最大转矩处的转差率scr(临界转差率)不变。在图6上作出负载转矩特性曲线，则电动机转矩转速特性曲线与负载转矩转速特性曲线的交点，即为电动机的运行点。图上作出了两种负载转矩特性曲线：恒转矩特性曲线和转矩与转速平方成比例(mn2)的转矩特性曲线。叶片式泵与风机装置在装置静扬程hst或装置静压pst等于零时属于mn2型的转矩特性曲线。从图6可以看出：调压调速应用于普通鼠笼型电动机时，如果负载是恒转矩型，则可调速的范围极小，只能从同步转速n1至n1sk转速范围内调速。当定子电压由u10降至u20时，运行点由a变至b，其转速变化是很小的，所以恒转矩负载不适用普通鼠笼型电动机，而应采用高转子电阻值的鼠笼型电动机。但叶片式泵与风机属于mn2型特性负载，采用普通鼠笼型电动机调压调速时，可以得到较大的调速范围，如图5所示，当定子电压由u10降至u20、u30时，运行点由a变至b、c。c点虽交于电动机特性曲线的曲线段，但仍能稳定运行。当然，叶片式泵与风机采用高转子电阻值的鼠笼型电动机调压调速时，其调速特性会更好一些，见图6所示。但以上讨论的只是理想的情况，工程实际中，水泵的静扬程hst都不可能为零，工业风机除静压pst不可能为零外，其叶轮的静转矩mst就更大了，所以其负载转矩特性曲线与m轴(水平轴)的交点就会右移，这样与电动机特性曲线的曲线段基本上成平行的走向，因而没有稳定的工作点。在风机、水泵运行中，当试图降低电动机定子电压时，开始时转速变化不明显，继续降低电压则电流持续上升，转速则迅速下降，直至停车，不能稳定运行。定子调压调速的主要优点是线路简单、可靠，调压装置体积小、价格低，使用维修比较方便。此外调压装置还可兼作鼠笼型电动机的降压起动设备，简化了系统。调压装置的主要缺点是转差功率损耗大、效率低，属于低效调速方式，调速特性软。在泵与风机的调速节能方面，调压调速适用于小容量且调速范围不大的场合，通常用于100kw以下的鼠笼式电动机调速，调速范围通常在70%100%额定转速之间。3.3变频调节20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了较宽的调速范围，较高的的稳速、稳速精度，比较快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节能效果明显，且易于实现过程自动化，深受中小电动机调节的青睐。异步电动机定子三相对称绕组之间相隔120度，当通以三相对称电流后，便产生了旋转磁场。其旋转磁场的转速n1=60f1/p(r/min)式中f1-定子绕组电源频率p-磁场对数异步电动机转差率s=n1-n/n1 n=60f1/p(1-s)式中s-转差率n1，n-异步电动机转子转速由上式知，当变化不大时，n正比与f1。改变电源频率f1则能调节异步电动机的转速。变频调节器有电源输入和输出回路，使用时将变频调速器直接串接在电动机电源的输入回路中电源输入回路讲输入的电源信号整流变成直流信号；电源输出回路根据控制单元发出的指令将整流后的直流信号调制成某种频率的交流电源信号输出给电动机。输出频率可在0到50hz之间变化。电源频率降低，电源电压也随之降低，使得电动机的瞬时功率下降，从而减少了电消耗。控制单元以cpu为核心，对有关运行数据进行检测、比较和运算，发出具体的指令，控制电源输出回路调整输出回路电源频率。并且可以通讯接入上级调节器。在传统的自动控制系统中引入变频调节器改变了原来的控制模式，使运行更加平稳、可靠，并能提高系统的