水泵,電機節能技術在水電中的應用
摘 要:就供水供電單位而言,水泵、電機是能源消耗的重點,應該將各類節能技術應用于水泵和電機之上。要做到這一點,首先要對水泵、電機有基本工作原理等基本概念有個認識,而后應積極采取各項節能技術和措施應用在水泵和電機設備,以達到為供水供電單位節約能耗的目的。本文通過對水泵、電機的應用原理進行分析,對其節能技術進行了深入了論述,以供讀者借鑒、交流。
關鍵詞:水泵;電機;節能技術;應用
當前我國大力提倡和推進節能減排工作,通過節能減排可以有效節約物質資源和能量資源,減少廢棄物和環境有害物排放,這也為供水供電單位當前和今后一段時期的工作指明了方向和目標。那么,供水供電單位究竟應該如何節能降耗,為國家的經濟發展做出應有的貢獻呢?
1 水泵和電機的基本工作原理
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,即把原動機的機械能變為液體能量從而達到抽送液體目的的機器統稱為泵。根據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。根據用途可以劃分為清水泵、渣漿泵、排污泵等。根據葉輪是否串聯分為單級和多級泵;根據水泵吸入口的是一個還是兩個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輸送液體,葉片泵是利用葉片和液體相互作用來輸送液體。泵具有不同的用途,不同的輸送液體介質,不同的流量、揚程的范圍,因此它的結構形式也不一樣,材料也不同
1.2 電機的基本工作原理
電機是指依據電磁感應定律實現電能的轉換或傳遞的一種電磁裝置,它的主要作用是產生驅動轉矩,作為用電器或各種機械的動力源。發電機的主要作用是利用機械能轉化為電能,目前最常用的是利用熱能、水能等推動發電機轉子來發電。按工作電源種類劃分可分為直流電機和交流電機。直流電機按結構及工作原理可劃分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可劃分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機劃分串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機劃分稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機,其中交流電機還可分為單相電機和三相電機機。按結構和工作原理劃分可分為直流電動機、異步電動機、同步電動機。同步電機可劃分永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同步電動機。異步電機可劃分感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機可劃分三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機等。交流換向器電動機可劃分單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。按起動與運行方式劃分為電容起動式單相異步電動機、電容運轉式單相異步電動機、電容起動運轉式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。按用途劃分為驅動用電動機和控制用電動機。
2 水泵電機節能技術在水電中的應用
2.1 水泵節能技術
水泵節能技術在我國已應用多年,一般情況下是通過改進水泵結構,目前我國的水泵制造技術在國際上不算落后,大型水泵、低噪聲的效率和功耗有的可以和進口水泵相抗衡。另一種常用的節能方法是提高控制水平,這是使用單位經常應用的,最早的控制方法就是通過關閉閥門、降低輸出來減少功耗,后來,我國引進了變頻器控制技術,此時水泵節電技術得到突破性進展。進入新世紀以后,真正的水泵智能控制系統不再是變頻器控制技術的演變。在有效利用變頻器的同時,水泵節電控制技術還加入了PLC、人機界面、濾波等等,都加入其中,使水泵節電更具科學化、智能化。
變頻調速節能裝置的節能原理。變頻節能技術通過流體力學原理,功率等于流量乘以壓力,流量與轉速的一次方成正比,壓力與轉速的平方成正比,功率與轉速的立方成正比,如果水泵的效率一定,當要求調節流量下降時,轉速可成比例的下降,而此時軸輸出功率成立方關系下降。即水泵電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。例如:一臺水泵電機功率為55kw,當轉速下降到原轉速的五分之四時,其耗電量為28.16kw,省電48.8%,當轉速下降到原轉速的二分之一時,其耗電量為6.875kw,省電87.5%。
功率因數補償節能。無功功率不但增加線損和設備的發熱,更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低,大量的無功電能消耗在線路當中,設備使用效率低下,浪費嚴重,功率因數補償節能可減少了無功損耗,增加了電網的有功功率。
軟啟動節能。如電機為直接啟動啟動,啟動電流等于四至七倍額定電流,這樣會對機電設備和供電電網造成嚴重的沖擊,而且還會對電網容量要求過高,啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大,對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置后,利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始,最大值也不超過額定電流,減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求,延長了設備和閥門的使用壽命。節省了設備的維護費用。
2.2 電機節能技術
電機系統節能是我國“十一五”期間十大重點節能工程之一,目前我國各類電機年耗電約1萬億千瓦時,約占全國用電量的60%左右,而電機平均效率卻比發達國家低3至5個百分比,電機拖動系統整體運行效率比發達國家低20個百分點。可見,電機系統有著巨大的節能潛力。因此,挖掘電機的節能潛力,尋找有效的降耗方法是一項重要任務。
合理選型和節能改造。一是要合理選用電動機的額定容量。國家對三相異步電動機3個運行區域作了如下規定:負載率在70%至100%之間為經濟運行區;負載率在40%至70%之間為一般運行區;負載率在40%以下為非經濟運行區。若電動機容量選得過大,雖然能保證設備的正常運行,但不僅增加了投資,而且它的效率和功率因數也都很低,造成電力的浪費。因此考慮到既能滿足設備運行需要,又能使其盡可能地提高效率,一般負載率保持在60%～l00%較為理想。
二是對老式電動機進行節能改造。如:更換電動機的外風扇,將電動機的外風扇改為節能型,對于不同型號的電動機,有對應的節能型風扇產品可供選用。主要用于單方向運轉的二極和四極電動機,改后可提高效率1%至2%左右;二是采用磁性槽楔代替原來的槽楔,用磁性槽楔進行電動機節能改造后,能夠改善電機氣隙磁勢波形,減少空載電流,改善功率因數,降低電動機的鐵芯損耗和附加損耗,提高效率,并減少電磁噪聲和振動,延長電機使用壽命。雖然啟動轉矩會下降10%至20%,但很適合空載或輕載啟動的電動機改造;三是采用新的絕緣材料增大導線截面積。對于瀝青云母帶浸膠絕緣的高壓電動機,在定子線圈大修時可采用環氧玻璃粉云母帶絕緣達到節能目的。
電動機的變頻調速節能。變頻調速節能是一種先進的節能技術,由于其良好的調速性能,穩定的運行水平,現已在多種行業的電機傳動設備中得到廣泛應用,成為企業進行節能降耗和降低廠用電率的主流趨勢。
電動機的降壓節能。當異步電動機輕載時,降低其外在的電源電壓,可以實現節能。這是因為當電機從滿載變化到輕載、空載時,定子電流有功分量減小,而勵磁的無功電流基本不變,則空載損耗中占主要成份的定子鐵損耗,一點沒有減少,所以效率很低。
提高功率因數節能。異步電機在運行過程中會在電網中吸取大量的感性無功功率,使電網中的功率因數被惡化,系統運行效率下降,可以采取無功補償的方法予以調整。在異步電動機的出線端并上適量的電容可以提高線路的功率因數。電網的功率因數提高后,在保證有功功率恒定的前提下,使系統的視在電流有所減少,降低了供電系統的損耗,從而有效的實現了節能。
綜上所述,水泵、電機節能技術還需根據供水從電單位的實際需要按需取舍,其節能技術的發展也需要在實踐中不斷地進行完善和改進。
參考文獻
[1]節能降耗操作手冊[J].中國電力出版社.
[2]水泵及水泵站[J].機械工業出版社.
[3]電機學[J].中國教育出版社.
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