水泵,電機(jī)節(jié)能技術(shù)在水電中的應(yīng)用
摘 要:就供水供電單位而言,水泵、電機(jī)是能源消耗的重點(diǎn),應(yīng)該將各類節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于水泵和電機(jī)之上。要做到這一點(diǎn),首先要對(duì)水泵、電機(jī)有基本工作原理等基本概念有個(gè)認(rèn)識(shí),而后應(yīng)積極采取各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)和措施應(yīng)用在水泵和電機(jī)設(shè)備,以達(dá)到為供水供電單位節(jié)約能耗的目的。本文通過(guò)對(duì)水泵、電機(jī)的應(yīng)用原理進(jìn)行分析,對(duì)其節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了深入了論述,以供讀者借鑒、交流。
關(guān)鍵詞:水泵;電機(jī);節(jié)能技術(shù);應(yīng)用
當(dāng)前我國(guó)大力提倡和推進(jìn)節(jié)能減排工作,通過(guò)節(jié)能減排可以有效節(jié)約物質(zhì)資源和能量資源,減少?gòu)U棄物和環(huán)境有害物排放,這也為供水供電單位當(dāng)前和今后一段時(shí)期的工作指明了方向和目標(biāo)。那么,供水供電單位究竟應(yīng)該如何節(jié)能降耗,為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)呢?
1 水泵和電機(jī)的基本工作原理
1.1 水泵的基本工作原理
人們通常把提升液體、輸送液體或使液體增加壓力,即把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能變?yōu)橐后w能量從而達(dá)到抽送液體目的的機(jī)器統(tǒng)稱為泵。根據(jù)泵的工作原理可以劃分為離心泵、旋渦泵、混流泵、軸流泵、電動(dòng)泵、蒸汽泵、齒輪泵、螺桿泵、羅茨泵、滑片泵、噴射泵、升液泵、電磁泵、潛水泵等。根據(jù)用途可以劃分為清水泵、渣漿泵、排污泵等。根據(jù)葉輪是否串聯(lián)分為單級(jí)和多級(jí)泵;根據(jù)水泵吸入口的是一個(gè)還是兩個(gè)分為單吸泵和雙吸泵等等。其中容積式泵是利用工作腔容積周期變化來(lái)輸送液體,葉片泵是利用葉片和液體相互作用來(lái)輸送液體。泵具有不同的用途,不同的輸送液體介質(zhì),不同的流量、揚(yáng)程的范圍,因此它的結(jié)構(gòu)形式也不一樣,材料也不同
1.2 電機(jī)的基本工作原理
電機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置,它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,作為用電器或各種機(jī)械的動(dòng)力源。發(fā)電機(jī)的主要作用是利用機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,目前最常用的是利用熱能、水能等推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)發(fā)電。按工作電源種類劃分可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。直流電機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)可劃分為永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。電磁直流電動(dòng)機(jī)劃分串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)劃分稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī),其中交流電機(jī)還可分為單相電機(jī)和三相電機(jī)機(jī)。按結(jié)構(gòu)和工作原理劃分可分為直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。同步電機(jī)可劃分永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同步電動(dòng)機(jī)。異步電機(jī)可劃分感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可劃分三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等。交流換向器電動(dòng)機(jī)可劃分單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。按起動(dòng)與運(yùn)行方式劃分為電容起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)和分相式單相異步電動(dòng)機(jī)。按用途劃分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。
2 水泵電機(jī)節(jié)能技術(shù)在水電中的應(yīng)用
2.1 水泵節(jié)能技術(shù)
水泵節(jié)能技術(shù)在我國(guó)已應(yīng)用多年,一般情況下是通過(guò)改進(jìn)水泵結(jié)構(gòu),目前我國(guó)的水泵制造技術(shù)在國(guó)際上不算落后,大型水泵、低噪聲的效率和功耗有的可以和進(jìn)口水泵相抗衡。另一種常用的節(jié)能方法是提高控制水平,這是使用單位經(jīng)常應(yīng)用的,最早的控制方法就是通過(guò)關(guān)閉閥門、降低輸出來(lái)減少功耗,后來(lái),我國(guó)引進(jìn)了變頻器控制技術(shù),此時(shí)水泵節(jié)電技術(shù)得到突破性進(jìn)展。進(jìn)入新世紀(jì)以后,真正的水泵智能控制系統(tǒng)不再是變頻器控制技術(shù)的演變。在有效利用變頻器的同時(shí),水泵節(jié)電控制技術(shù)還加入了PLC、人機(jī)界面、濾波等等,都加入其中,使水泵節(jié)電更具科學(xué)化、智能化。
變頻調(diào)速節(jié)能裝置的節(jié)能原理。變頻節(jié)能技術(shù)通過(guò)流體力學(xué)原理,功率等于流量乘以壓力,流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比,壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比,功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比,如果水泵的效率一定,當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí),轉(zhuǎn)速可成比例的下降,而此時(shí)軸輸出功率成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如:一臺(tái)水泵電機(jī)功率為55kw,當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的五分之四時(shí),其耗電量為28.16kw,省電48.8%,當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的二分之一時(shí),其耗電量為6.875kw,省電87.5%。
功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能。無(wú)功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱,更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低,大量的無(wú)功電能消耗在線路當(dāng)中,設(shè)備使用效率低下,浪費(fèi)嚴(yán)重,功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能可減少了無(wú)功損耗,增加了電網(wǎng)的有功功率。
軟啟動(dòng)節(jié)能。如電機(jī)為直接啟動(dòng)啟動(dòng),啟動(dòng)電流等于四至七倍額定電流,這樣會(huì)對(duì)機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊,而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過(guò)高,啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門的損害極大,對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后,利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開(kāi)始,最大值也不超過(guò)額定電流,減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求,延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。
2.2 電機(jī)節(jié)能技術(shù)
電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是我國(guó)“十一五”期間十大重點(diǎn)節(jié)能工程之一,目前我國(guó)各類電機(jī)年耗電約1萬(wàn)億千瓦時(shí),約占全國(guó)用電量的60%左右,而電機(jī)平均效率卻比發(fā)達(dá)國(guó)家低3至5個(gè)百分比,電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)整體運(yùn)行效率比發(fā)達(dá)國(guó)家低20個(gè)百分點(diǎn)�？梢�(jiàn),電機(jī)系統(tǒng)有著巨大的節(jié)能潛力。因此,挖掘電機(jī)的節(jié)能潛力,尋找有效的降耗方法是一項(xiàng)重要任務(wù)。
合理選型和節(jié)能改造。一是要合理選用電動(dòng)機(jī)的額定容量。國(guó)家對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)3個(gè)運(yùn)行區(qū)域作了如下規(guī)定:負(fù)載率在70%至100%之間為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū);負(fù)載率在40%至70%之間為一般運(yùn)行區(qū);負(fù)載率在40%以下為非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)。若電動(dòng)機(jī)容量選得過(guò)大,雖然能保證設(shè)備的正常運(yùn)行,但不僅增加了投資,而且它的效率和功率因數(shù)也都很低,造成電力的浪費(fèi)。因此考慮到既能滿足設(shè)備運(yùn)行需要,又能使其盡可能地提高效率,一般負(fù)載率保持在60%～l00%較為理想。
二是對(duì)老式電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。如:更換電動(dòng)機(jī)的外風(fēng)扇,將電動(dòng)機(jī)的外風(fēng)扇改為節(jié)能型,對(duì)于不同型號(hào)的電動(dòng)機(jī),有對(duì)應(yīng)的節(jié)能型風(fēng)扇產(chǎn)品可供選用。主要用于單方向運(yùn)轉(zhuǎn)的二極和四極電動(dòng)機(jī),改后可提高效率1%至2%左右;二是采用磁性槽楔代替原來(lái)的槽楔,用磁性槽楔進(jìn)行電動(dòng)機(jī)節(jié)能改造后,能夠改善電機(jī)氣隙磁勢(shì)波形,減少空載電流,改善功率因數(shù),降低電動(dòng)機(jī)的鐵芯損耗和附加損耗,提高效率,并減少電磁噪聲和振動(dòng),延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。雖然啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)下降10%至20%,但很適合空載或輕載啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)改造;三是采用新的絕緣材料增大導(dǎo)線截面積。對(duì)于瀝青云母帶浸膠絕緣的高壓電動(dòng)機(jī),在定子線圈大修時(shí)可采用環(huán)氧玻璃粉云母帶絕緣達(dá)到節(jié)能目的。
電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速節(jié)能。變頻調(diào)速節(jié)能是一種先進(jìn)的節(jié)能技術(shù),由于其良好的調(diào)速性能,穩(wěn)定的運(yùn)行水平,現(xiàn)已在多種行業(yè)的電機(jī)傳動(dòng)設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用,成為企業(yè)進(jìn)行節(jié)能降耗和降低廠用電率的主流趨勢(shì)。
電動(dòng)機(jī)的降壓節(jié)能。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)輕載時(shí),降低其外在的電源電壓,可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這是因?yàn)楫?dāng)電機(jī)從滿載變化到輕載、空載時(shí),定子電流有功分量減小,而勵(lì)磁的無(wú)功電流基本不變,則空載損耗中占主要成份的定子鐵損耗,一點(diǎn)沒(méi)有減少,所以效率很低。
提高功率因數(shù)節(jié)能。異步電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)在電網(wǎng)中吸取大量的感性無(wú)功功率,使電網(wǎng)中的功率因數(shù)被惡化,系統(tǒng)運(yùn)行效率下降,可以采取無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ枰哉{(diào)整。在異步電動(dòng)機(jī)的出線端并上適量的電容可以提高線路的功率因數(shù)。電網(wǎng)的功率因數(shù)提高后,在保證有功功率恒定的前提下,使系統(tǒng)的視在電流有所減少,降低了供電系統(tǒng)的損耗,從而有效的實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。
綜上所述,水泵、電機(jī)節(jié)能技術(shù)還需根據(jù)供水從電單位的實(shí)際需要按需取舍,其節(jié)能技術(shù)的發(fā)展也需要在實(shí)踐中不斷地進(jìn)行完善和改進(jìn)。
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