變頻器在NYP齒輪油泵中的應(yīng)用及注意事項(xiàng)

變頻調(diào)速不宜低于額定轉(zhuǎn)速50％，好處于75％～99.9％，并應(yīng)結(jié)合實(shí)際經(jīng)計(jì)算確定。 

   理論上，NYP齒輪油泵調(diào)速高效區(qū)為通過工頻高效區(qū)左右端點(diǎn)的兩條相似工況拋物線的中間區(qū)域OA1A2。實(shí)際上，當(dāng)NYP齒輪油泵轉(zhuǎn)速過小時(shí)，泵的效率將急劇下降，受此影響，NYP齒輪油泵調(diào)速高效區(qū)萎縮為PA1A2[2]（顯然，若運(yùn)行工況點(diǎn)已超出該區(qū)域，則不宜采用調(diào)速來節(jié)能了。）H0B為管路特性曲線，則CB段成為調(diào)速運(yùn)行的高效區(qū)間。為簡化計(jì)算，認(rèn)為C點(diǎn)位于曲線OA1上，因此，C點(diǎn)和A1點(diǎn)的效率在理論上是相等的。C點(diǎn)就成為小轉(zhuǎn)速時(shí)NYP齒輪油泵性能曲線高效區(qū)的左端點(diǎn)。 

因此，小轉(zhuǎn)速可這樣求得： 

由于C點(diǎn)和A1點(diǎn)工況相似，根據(jù)比例律有： 

(QC/Q1)2=HC/H1 

C點(diǎn)在曲線H=H0+S·Q2上有： 

HC=H0+S·QC2 

其中，HC、QC為未知數(shù)，解方程得： 

HC=H1×H0/(H1-S·Q12) 

QC=Q1×[H0/(H1-S·Q12)]1/2 

根據(jù)比例律有： 

nmin=n0×[H0/(H1-S·Q12)]1/2    實(shí)踐中，供水系統(tǒng)往往是多臺(tái)NYP齒輪油泵并聯(lián)供水。由于投資昂貴，不可能將所有NYP齒輪油泵全部調(diào)速，所以一般采用調(diào)速泵、定速泵混合供水。在這樣的系統(tǒng)中，應(yīng)注意確保調(diào)速泵與定速泵都能在高效段運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)。此時(shí)，定速泵就對(duì)與之并列運(yùn)行的調(diào)速泵的調(diào)速范圍產(chǎn)生了較大的影響[2]。主要分以下情況： 

 

 

    同型號(hào)NYP齒輪油泵一調(diào)一定并列運(yùn)行時(shí)，雖然調(diào)度靈活，但由于無法兼顧調(diào)速泵與定速泵的高效工作段，因此，此種情況下調(diào)速運(yùn)行的范圍是很小的。 

 

    不同型號(hào)NYP齒輪油泵一調(diào)一定并列運(yùn)行時(shí)，若能達(dá)到調(diào)速泵在額定轉(zhuǎn)速時(shí)高效段右端點(diǎn)揚(yáng)程與定速泵高效段左端點(diǎn)揚(yáng)程相等。則可實(shí)現(xiàn)大范圍的調(diào)速運(yùn)行。但此時(shí)調(diào)速泵與定速泵是不允許互換后并列運(yùn)行。 

電機(jī)效率對(duì)調(diào)速范圍的影響 

    在工況相似的情況下，一般有N∝n3，因此隨著轉(zhuǎn)速的下降，軸功率會(huì)急劇下降，但若電機(jī)輸出功率過度偏移額定功率或者工作頻率過度偏移工頻，都會(huì)使電機(jī)效率下降過快，都影響到整個(gè)NYP齒輪油泵機(jī)組的效率。而且自冷電機(jī)連續(xù)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，也會(huì)因風(fēng)量不足影響散熱，威脅電機(jī)安全運(yùn)行。 

 

    雖然改變NYP齒輪油泵性能曲線是NYP齒輪油泵節(jié)能的主要方式，但是在不同的管路特性曲線中，調(diào)速節(jié)能效果的差別卻是十分明顯的。為了直觀起見，這里采用圖2說明。在設(shè)計(jì)工況相同的3個(gè)供水系統(tǒng)里（即最大設(shè)計(jì)工況點(diǎn)均為A點(diǎn)，均需把流量調(diào)為QB），NYP齒輪油泵型號(hào)相同，但管路特性曲線卻不相同，分別為： 

①H=H1+S1·Q2（H0=H1） 

②H=H2+S2·Q2（H0=H2，H1＞H2） 

③H=S3·Q2（H0=H3=0） 

    很顯然，若采用關(guān)閥調(diào)節(jié)，則3個(gè)系統(tǒng)滿足流量QB的工況點(diǎn)均為B點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的軸功率為NB；若采用調(diào)速運(yùn)行，則3個(gè)系統(tǒng)滿足流量QB的工況點(diǎn)分別為C，D，E點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速分別為n1，n2，n3，相應(yīng)的軸功率分別為NC，ND，NE。由于N∝Q·H，所以各點(diǎn)軸功率滿足NB＞NC＞ND＞NE。 

    可見，在管路特性曲線為H=H0+S·Q2的系統(tǒng)中采用調(diào)速節(jié)能時(shí)，H0越小，節(jié)能效果越好。反之，當(dāng)H0大到一定程度時(shí)，受電機(jī)效率下降和調(diào)速系統(tǒng)本身效率的影響，采用變頻調(diào)速可能不節(jié)能甚至反而增加能源浪費(fèi)。 

 

 

   在供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速一般采用以下2種供水方式：變頻恒壓變流量供水和變頻變壓變流量供水。其中，前者應(yīng)用得更廣泛，而后者技術(shù)上更為合理，雖然實(shí)施難度更大，但代表著NYP齒輪油泵變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向。 

   所謂恒壓供水方式，就是針對(duì)離心泵“流量大時(shí)揚(yáng)程低，流量小時(shí)揚(yáng)程高”的特性，通過自控變頻系統(tǒng)，無論流量如何變化，都使NYP齒輪油泵運(yùn)行揚(yáng)程保持不變，即等于設(shè)計(jì)揚(yáng)程。若采用關(guān)閥調(diào)節(jié)，當(dāng)流量由Q2→Q1時(shí)，則工況點(diǎn)由A1變?yōu)锳2，浪費(fèi)揚(yáng)程△H=H1-H3=△H1+△H2。若采用變頻恒壓供水，則自動(dòng)將轉(zhuǎn)速調(diào)至n1，工況點(diǎn)處于B1點(diǎn)。由于變頻調(diào)速是無級(jí)變速，可以實(shí)現(xiàn)流量的連續(xù)調(diào)節(jié)，所以，恒壓供水工況點(diǎn)始終處于直線H=H2上，在控制方式上，只需在NYP齒輪油泵出口設(shè)定一個(gè)壓力控制值，比較簡單易行。顯然，恒壓供水節(jié)約了△H1，而沒有考慮△H2。因此，它不是經(jīng)濟(jì)的供水調(diào)節(jié)方式，尤其在管路阻力大，管路特性曲線陡曲的情況下，△H2所占的比重更大，其局限性就顯而易見。 

   變壓供水方式控制原理和恒壓供水相同，只是壓力設(shè)置不同。它使NYP齒輪油泵揚(yáng)程不確定，而是沿管路特性曲線移動(dòng)。當(dāng)流量由Q2→Q1時(shí)，自動(dòng)將轉(zhuǎn)速調(diào)至n2，工況點(diǎn)處于B2點(diǎn)。此時(shí)NYP齒輪油泵軸功率n2小于恒壓供水NYP齒輪油泵軸功率N1。變壓供水理論上避免了流量減少時(shí)揚(yáng)程的浪費(fèi)，顯然優(yōu)于恒壓供水,但變壓供水本質(zhì)上也是一種恒壓，不過將NYP齒輪油泵出口壓力恒定變成了控制點(diǎn)壓力恒定，它一般有2種形式： 

   流量計(jì)將測得的NYP齒輪油泵流量Q反饋給控制器，控制器根據(jù)H=H0+S·Q2確定NYP齒輪油泵揚(yáng)程H，通過調(diào)速使H沿設(shè)計(jì)管路特性曲線移動(dòng)。 

    但在生產(chǎn)實(shí)踐中情況比較復(fù)雜。對(duì)于單條管路輸水系統(tǒng)，是可以得到與之對(duì)應(yīng)的一條管路特性曲線的。而在市政供水管網(wǎng)中，則很難得到一條確定的管路特性曲線。在實(shí)踐中，只能根據(jù)管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，通過盡時(shí)能接近實(shí)際的假設(shè)，計(jì)算出近似的管路特性曲線。 

 

 

即需在管網(wǎng)不利點(diǎn)設(shè)置壓力遠(yuǎn)傳設(shè)備，并向控制室傳回信號(hào)，控制器據(jù)此使NYP齒輪油泵按滿足不利點(diǎn)壓力所需要的揚(yáng)程運(yùn)行、由于管網(wǎng)不利點(diǎn)往往距離泵站較遠(yuǎn)，遠(yuǎn)傳信號(hào)顯得不太方便，而且，在市政供水系統(tǒng)中，由于管網(wǎng)的調(diào)整，用水狀況的變化等隨機(jī)因素的影響，都會(huì)使實(shí)際不利點(diǎn)和設(shè)計(jì)不利點(diǎn)發(fā)生一些偏差，給變壓供水的實(shí)施帶來困難。