泵与风机节能技术课件.ppt

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1、泵与风机节能技术,内容介绍,泵与风机节能意义和潜力 泵与风机的基本理论 泵与风机的运行调节方法 泵与风机运行方式选择与节能改造 PSAT,泵与风机节能意义和潜力,节能意义 能源短缺，能源有效利用率低。人均能源占有量为世界平均水平的4050%。经济增长是以资源高消耗和牺牲环境为代价。统计资料表明，总的能源有效利用率约为30%，相当于发达国家50年代水平。据预测，按目前经济和能源生产的发展速度，未来能源缺口在20%左右。能源建设总方针：“开发和节约并重，近期要把节能放在首位”。97年通过了中华人民共和国节约能源法。节能潜力 泵与风机数量多、分布面广。我国正在使用的水泵和风机分别超过3000万和70

2、0万台，总耗电量占全国总发电量的1/3。泵与风机普遍存在效率较低的问题，有些虽经节能技术改造，使效率有所提高，但由于新型高效调速方式的出现，使它们仍具有节电潜力可挖。,泵与风机节能意义和潜力,高效锅炉给水泵与原水泵比较,泵与风机的基本理论,泵与风机的分类叶片式：离心式、轴流式、混流式、旋涡式容积式其它形式离心式泵与风机 风机泵,泵与风机的基本理论,轴流式泵与风机 泵风机,泵与风机的基本理论,泵与风机的性能 流量qV：单位时间内通过泵或风机的流体量。扬程(泵)H：单位重量液体通过泵后所获得的能量。风压(风机)p：单位体积气体通过风机后所获得的能量。有效功率Pe：单位时间通过泵或风机的流体后所获得

3、的能量。Pe=gqVH/1000=qVp/1000 KW 轴功率P：泵或风机轴上获的功率。泵或风机的效率：泵与风机的效率即有效功率Pe与轴功率P 之比。P=Pe/,泵与风机的基本理论,泵与风机的性能原动机功率Pg：原动机输出功率。Pg=P/tm=Pe/tm tm传动效率原动机输入功率Pg/：Pg/=Pg/d=Pe/tm d d原动机效率调节效率(变速调节)V：变速装置的输出功率与输入功率之比。Pg/=Pg/d V=Pe/tm d V之比比转数：ns=3.65nqV0.5/H0.75 nso=nqV0.5/(gH)0.75 ny=nqV0.5/P200.75 汽蚀比转数：C=5.62nqV0.5

4、/hr0.75 S=5.62nqV0.5/hr0.75 Ks=2nqV0.5/(ghr)0.75/60 hr-泵的必需汽蚀余量,泵与风机的基本理论,性能曲线 IS80-65-160离心泵性能曲线,泵与风机的基本理论,性能曲线 离心风机无因次性能曲线,泵与风机的基本理论,相似定律（只改变转速n）qVP/qVm=nP/nm HP/Hm=PP/Pm=(nP/nm)2 PP/Pm=(nP/nm)3 风机无因次系数 qV/=qV/(u2A2)p/=p/(u22)P/=P/(A2u23)管路特性曲线 H=（pB-pA)/g+Ht+hW=Hst+hW,泵与风机的基本理论,工作点 性能曲线与管路特性曲线的交点

5、。泵的工作点M,泵与风机的基本理论,泵与风机的联合运行串联 串联性能曲线由单独 泵的性能曲线的扬程在流 量相同的情况下迭加得到。串联工作的特点是流量彼 此相等，总扬程为每台泵 的扬程之和。串联后总扬 程小于泵单独工作时扬程 的2倍，流量比一台泵单独 工作时增大。,泵与风机的基本理论,泵与风机的联合运行并联 并联性能曲线由单独 泵的性能曲线的流量在扬 程相同的情况下迭加得到。并联工作的特点是扬程彼 此相等，总流量为每台泵 的流量之和。并联后总流 量小于泵单独工作时流量 的2倍，扬程比一台泵单独 工作时增大。,泵与风机的运行调节方法,泵与风机的运行调节：根据外界负荷变化，改变运行工况点（工作点）使

6、流量等参数符合要求。工作点是由性能曲线与管路特性曲线的交点确定的，泵与风机运行调节是通过改变性能曲线或管路阻力曲线来实现。调节方法分为两大类：非变速调节和变速调节。非变速调节 节流调节 离心式风机入口导流器调节 动叶调节 汽蚀调节,泵与风机的运行调节方法,变速调节 定速电动机的变速调节（低效变速调节）液力联轴器变速调节油膜转差离合器变速调节电磁转差离合器变速调节 交流电动机的变速调节 绕线式异步电动机转子串电组调速 绕线式异步电动机串级调速 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速 原动机调速,泵与风机的运行调节方法,节流调节 分为吸入端节流和出口端节流，吸入端节流只适用于风机，

7、不适用于水泵。特点：调节简单、方便，初投资少，但能量损失大。过去普遍采用，现已逐渐被其它调节方 式所替代。案例：某火力发电厂200MW 机组，当机组负荷降为 180MW时，采用出口阀 节流，节流损失功率 327KW，调节阀上压降 达2.2MPa。出口端节流,泵与风机的运行调节方法,离心式风机入口导流器调节 在叶轮进口前设置一组可 调节转角的导流叶片。有轴向 导流器、简易导流器和径向导 流器。特点：入口导流器结构简单，运行可靠，初投资小，维护方 便，比节流调节节省能量。离 心风机普遍采用这种调节方式。离心式风机入口导流器 调节性能曲线,泵与风机的运行调节方法,动叶调节 改变叶轮上叶片的安装角，改

8、变性能曲线。轴流式和混流式 泵与风机具有较大的轮毂，可在其内安装动叶调节机构。特点：初投资高，调节 机构复杂，但具有高的 运行效率和较宽的高效 区，适用于大容量轴流 式和混流式泵与风机且 调节范围宽的场合，如 火力发电厂大型机组的 锅炉送引风机和冷水循 环泵。轴流式风机动叶 调节性能曲线,泵与风机的运行调节方法,变速调节 泵与风机的流量与转速的一次方成正比，而轴功率与转速的三次方成正比，当流量在较大范围内频繁变化时，采用变速装置将取得非常显著的节电效果。qVP/qVm=nP/nm Hp/Hm=pp/pm=(np/nm)2 相似抛物线(等效率曲线）H=KqV2 通用性能曲线,泵与风机的运行调节方

9、法,变速调节 当管路阻力的静扬程为零（风机）时，管路阻力曲线与相似抛物线重合，变速前后的工作点即相似工况点，变速前后的流量比即为转速比，如风机流量降为80%，则轴功率降为 0.83=0.512，比阀门调节节能显著。当管路阻力的静扬程不为零（泵）时，变速前后的转速比大于流量比。,泵与风机的运行调节方法,液力联轴器变速调节 改变工作腔中工作油的充满度，在电动机全速的情况下，对 泵或风机实现无级调速。转速比 i：涡轮转速与泵轮转速之比。调节效率v：液力联轴器的输出功率与输入功率之比。,泵与风机的运行调节方法,液力联轴器变速调节 特点：其调节效率等于转速比，调节量越大，其转速比、调节效率越低。无级调速

10、，过载保护，隔离振动，空载起动，工作可靠，但有调速延时，设备复杂。在转速很小的情况下，液力联 轴器调节效率很低，但其传递 的总功率也很小，此时泵与风 机所需轴功率比阀门调节小得 多，转差损失比节流损失小得 多。广泛用于锅炉给水泵、送 引风机、循环水泵、凝结水泵。国内主要用于锅炉给水泵。液力联轴器工作特性,泵与风机的运行调节方法,油膜转差离合器变速调节 油膜转差离合器是依靠摩擦力传递功率的无级变速传动装置。特点：最大传动效率比液力联轴器高，控制转速响应时间比液力联轴器短。电磁转差离合器变速调节 包括电枢和磁极两部分，通过改变励磁电流的大小改变泵与风机的转速。特点：结构简单，可靠性高，但对最高转速

11、比较低的电磁调速电动机，运行经济性差。适用于电动机转速较低、调速范围小的 中小容量泵或风机的转速调节。液力联轴器变速调节、油膜转差离合器与电磁转差离合器变速调节都存在转差损失，都是低效变速调节装置。,泵与风机的运行调节方法,鼠笼式异步电动机的变极调速 异步电动机的转速n n=60(1-S)f/p f电源频率 p磁极对数 S转差率 交流电动机的调速可通过改变磁极对数或电源频率实现。变极调速就是改变电动机绕组的极对数，大中型异步电动 机采用变极调速时，一般为双速电动机。变极电动机采用不同 的绕组接线方式，可形成转距与转速平方成正比、恒转距、恒 功率三种特性的电动机。为使双速电动机在高低速两档都有较

12、 高的效率，不同的负载应选用对应特性的电动机。特点：调速效率高，调速控制设备简单，初投资低。其缺点是 有级调速，不能进行连续调速，不能进行热态变换，变速时有 电流冲击现象。,泵与风机的运行调节方法,鼠笼式异步电动机的变频调速 变频调速是用变频电源，通过改变频率实现转速调节。在 调节频率f的同时对定子相电压U1进行调节，使f、U1之间满足 一定关系。故变频调速是变频变压调速。恒转距（磁通）变频调速 U1/f=U1/f/恒功率变频调速 U1/f0。5=U1/(f/)0。5 由于此时磁通发生变化，电动机的效率和功率因数可能下降。变频调速从额定频率下降调速时，应采用恒转距变频调速；从 额定频率上升调速

13、时，宜采用恒功率变频调速。,泵与风机的运行调节方法,鼠笼式异步电动机的变频调速 特点：调速效率高（变频器产生的高次谐波，使电动机的损耗增加，效率下降），属高效调速方式，调速范围宽，并在整个调速范围具有高的调速效率，可兼作启动设备。国外在泵与风机的调节方面普遍采用变频调速，用于泵与风机的调速节能时，其容量为 Pv=1.15Pn(n/nn)3 KW nn、n电动机额定转速和变频调速时最高转速 Pn转速nn时泵或风机的轴功率 变频器的容量与电动机变频时最高转速的三次方成正比，若选用较低的最高转速，可降低变频器的容量，降低初投资。如锅炉送引风机在额定转速的3080%采用变频调速，在80100%由工频电

14、源供电，采用入口导叶调节。,泵与风机的运行调节方法,鼠笼式异步电动机的变频调速 案例：丽都动力中心有三台20t/h蒸汽锅炉，辅机系统：三台 75KW引风机、三台55KW鼓风机、一台22.5KW给水泵、一台 7.5KW冷凝水泵、一台22KW冲渣泵共九台，总功率442KW。过去风量、水量的调节采用调节挡板、阀门，造成电能的浪费。现已在泵与风机上安装了九套变频调速装置。总投资66.7万元 年节电 611702KW h(35.5万元)，投资回收期1.88年。,泵与风机的运行调节方法,鼠笼式异步电动机的变频调速,泵与风机的运行调节方法,案例：闵行发电厂的9号机组为70年代制造的125MW火电机组，该机组

15、锅炉配有两台G473型送风机和2台Y473型吸风机。原来吸风机均采用人口导流器调节吸风机流量。由于设备老化后导致机组的可靠性和经济性下降，且在低负荷情况下运行时采用人口导流器调节的方式其调节性和重现性很差。在对9号机组进行增容降耗改造时，该厂在吸风机上选用了美国罗宾康公司生产的无谐波高压变频装置代替原来的导流器。改造后的锅炉在燃用电厂提供的煤种条件下锅炉出力从369吨时增容到390吨时，机组电负荷从110MW增加到 133.4 MW。采用变频调速装置后节电效果显著(见图)。采用变频调速后真正做到了软启动，避免了原来在较大的惯性负载情况下，数倍于额定值的启动电流所产生的电冲击和机械冲击对电机的不

16、利影响，同时对真空开关的触点有很好的保护作用。,泵与风机的运行调节方法,泵与风机运行方式选择与节能改造,泵与风机运行方式锅炉给水泵运行方式 某大容量发电厂机组，配置两台50%容量的锅炉给水泵，当 机组负荷变化时，改变给水泵的运行方式以适应负荷变化。若 机组负荷降为50%时，则泵的运行方式有：两台泵全速定压运行，节流调节 单台泵全速定压运行，节流调节 两台泵变速定压运行 单台泵变速定压运行 两台泵变速滑压运行 单台泵变速滑压运行,泵与风机运行方式选择与节能改造,泵与风机运行方式经济性分析 锅炉给水泵性能曲线和管路阻力曲线如图所示，机组运行在 50%负荷(qv=605m3/h),运行方式经济性分析

17、如下：,泵与风机运行方式选择与节能改造,泵与风机运行方式经济性分析 性能曲线 轴功率曲线,泵与风机运行方式选择与节能改造,泵与风机节能改造正确选定泵与风机的设计参数 火力发电厂设计技术规程 qv=1.051.1qvmax H=1.11.15Hmax p=1.11.15pmax选用高效的泵与风机选择适宜的调节方法流量变化规律管路静扬程的大小泵与风机容量大小,泵与风机运行方式选择与节能改造,泵与风机节能改造的技术经济分析最小年费用法 将总费用折算到某基准年的总费用平均分布到项目经济运行期的各年，得到方案的年费用，选年费用最小的方案。对于泵与风机这类项目，一般是当年施工，当年完工，如 果经济运行期内

18、每年的运行费是等额的，年费用 N=Ki(1+i)n/(1+i)n-1)+C K投资 C年运行费 i年利率 n经济运行年 案例：某电厂锅炉送风机调节方法改造方案比较 负荷特性,泵与风机运行方式选择与节能改造,泵与风机节能改造的技术经济分析,PSAT,INTRODUCTION PSAT(Pumping System Assessment Tool)可帮助工程技术人员对泵系统能量利用进行评估，虽然没有给出如何改进系统，但提供了参考方案。DESCRIPTION OF FRONT PANELINFORMATION/TOOLS ACCESSED BY”CLICK FOR BACKGROUND INFORMATION”BUTTION,PSAT,Main screen of PSAT,PSAT,Background information screen,PSAT,Achievable efficiency plot for selected pump,PSAT,Achievable efficiency penalty vs.specific speed,PSAT,Typical pump curve,PSAT,Motor performance,谢谢各位！张国强 南京理工大学,