在实际工程设计与应用中,为了保证负荷时风机或水泵系统满足输出要求,通常需要按系统的输出能力配备风机水泵系统,而实用中,绝大多数情况下并非需要系统在满负荷下使用,而是根据负载的实际需要,通过流量控制元件如阀门或风门挡板等实现流量和/或压力控制,以满足生产过程的需要。比较典型的控制流量和/或压力的方法是使用阀门或风门挡板。

整个风机或水泵系统的效率=电机效率×调节流量或转速或压力控制设备的效率×风机或水泵效率×输送管道的效率。

如果其它效率恒定的情况下,系统效率取决于调节流量或转速或压力控制设备的效率。由于阀门或风门挡板通过调节开度实现输出流量或压力的调节,电机和负载的转速并未发生变化,从相似定律可以看出,输入功率并不会因为阀门开度变化而变化。当阀门或风门挡板开度<100%或调节器非直通型,流体经过阀门或风门挡板都会造成非常大的能量损失,同时在阀门或风门挡板两端产生很大的压差,特别是在风机或水泵的输出端的压力增高,使得风机或水泵的运转点偏离效率点,因此,阀门开度减小时,电机输入功率不会显着减小,很多能量由此浪费掉。

采用永磁调速器,可以通过调节气隙实现流量和/或压力的连续控制,取代原系统中控制流量和/或压力的阀门或风门挡板,在电机转速不变的情况下,调节风机或水泵的转速。

风机水泵等离心负载符合相似定律:

Q1/Q2 = n1/n2 (流量变化与转速变化成正比)

H1/H2 = (n1/n2)2 (压力变化与转速变化的平方成正比)

P1/P3 = (n1/n2)3 (负载功率变化与转速变化的立方成正比)

T1/T2 = (n1/n2)2 (负载扭矩变化与转速变化的平方成正比)

电机输出功率P = T x ω (功率 = 扭矩 x 转速)

所以电机输出功率 P1/P2 = (n1/n2)2

从上面公式及图表可以看出,当输出流量和/或压力减少时,按照离心负载的相似定律,电机功率急剧下降,减少了能源需求,从而大大地节约了能源。例如,当输出流量需求仅降低20%满负荷流量,输出压力降低到满负荷的38%,而能源需求降低了将近50%!如果不考虑调速装置的能耗,节能效果可达50%。当然,任何一种调速装置都是需要耗能的,但这种能耗远远低于输入能耗的降低,因此可以实现很好的节能效果。

需要指出:节能效果主要取决于风机水泵系统实际持续运行的工况。合理的工作点设置是系统节能设计的基点。

 

节能原理

n:水泵性能曲线  R:管网特性曲线

水泵风机在运行时,其工作点是风机H-Q曲线与管网H-Q曲线的交点。水泵的正常工作点为A,当水量需要从Q1调到Q2时,

  • 采用阀门调节时,管网特性曲线由R1改变为R2,其工作点A调至B点,其功率为OQ2BH2’所围成的面积,其功率变化很小,而其效率却随之降低。

  • 采用调速调节时,可按需要调整电机转速,改变设备的性能曲线,图中n1到n2,其工作点A调至C点,使其参数满足工艺要求,其功率为OQ2CH2所围成的面积,同时其效率曲线也随之平移,依然工作在高效区。由于功率随转速3次方变化,故节能效果显著。

  • 节能量P=(H2’-H2)×Q2