摘要:就供水供电单位而言,水泵、电机是能源消耗的重点,应该将各类节能技术应用于水泵和电机之上。要做到这一点,首先要对水泵、电机有基本工作原理等基本概念有个认识,而后应积极采取各项节能技术和措施应用在水泵和电机设备,以达到为供水供电单位节约能耗的目的。本文通过对水泵、电机的应用原理进行分析,对其节能技术进行了深入了论述,以供读者借鉴、交流。
关键词:水泵;电机;节能技术;应用
当前我国大力提倡和推进节能减排工作,通过节能减排可以有效节约物质资源和能量资源,减少废弃物和环境有害物排放,这也为供水供电单位当前和今后一段时期的工作指明了方向和目标。那么,供水供电单位究竟应该如何节能降耗,为国家的经济发展做出应有的贡献呢?
1水泵和电机的基本工作原理
1.1水泵的基本工作原理
人们通常把提升液体、输送液体或使液体增加压力,即把原动机的机械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器统称为泵。根据泵的工作原理可以划分为离心泵、旋涡泵、混流泵、轴流泵、电动泵、蒸汽泵、齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵、滑片泵、喷射泵、升液泵、电磁泵、潜水泵等。根据用途可以划分为清水泵、渣浆泵、排污泵等。根据叶轮是否串联分为单级和多级泵;根据水泵吸入口的是一个还是两个分为单吸泵和双吸泵等等。其中容积式泵是利用工作腔容积周期变化来输送液体,叶片泵是利用叶片和液体相互作用来输送液体。泵具有不同的用途,不同的输送液体介质,不同的流量、扬程的范围,因此它的结构形式也不一样,材料也不同
1.2电机的基本工作原理
电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置,它的主要作用是产生驱动转矩,作为用电器或各种机械的动力源。发电机的主要作用是利用机械能转化为电能,目前最常用的是利用热能、水能等推动发电机转子来发电。按工作电源种类划分可分为直流电机和交流电机。直流电机按结构及工作原理可划分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可划分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机划分串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机划分稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机,其中交流电机还可分为单相电机和三相电机机。按结构和工作原理划分可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。同步电机可划分永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电机可划分感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机可划分三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机可划分单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。按起动与运行方式划分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。按用途划分为驱动用电动机和控制用电动机。
2水泵电机节能技术在水电中的应用
2.1水泵节能技术
水泵节能技术在我国已应用多年,一般情况下是通过改进水泵结构,目前我国的水泵制造技术在国际上不算落后,大型水泵、低噪声的效率和功耗有的可以和进口水泵相抗衡。另一种常用的节能方法是提高控制水平,这是使用单位经常应用的,最早的控制方法就是通过关闭阀门、降低输出来减少功耗,后来,我国引进了变频器控制技术,此时水泵节电技术得到突破性进展。进入新世纪以后,真正的水泵智能控制系统不再是变频器控制技术的演变。在有效利用变频器的同时,水泵节电控制技术还加入了PLC、人机界面、滤波等等,都加入其中,使水泵节电更具科学化、智能化。
变频调速节能装置的节能原理。变频节能技术通过流体力学原理,功率等于流量乘以压力,流量与转速的一次方成正比,压力与转速的平方成正比,功率与转速的立方成正比,如果水泵的效率一定,当要求调节流量下降时,转速可成比例的下降,而此时轴输出功率成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如:一台水泵电机功率为55kw,当转速下降到原转速的五分之四时,其耗电量为28.16kw,省电48.8%,当转速下降到原转速的二分之一时,其耗电量为6.875kw,省电87.5%。
功率因数补偿节能。无功功率不但增加线损和设备的发热,更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低,大量的无功电能消耗在线路当中,设备使用效率低下,浪费严重,功率因数补偿节能可减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。
软启动节能。如电机为直接启动启动,启动电流等于四至七倍额定电流,这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击,而且还会对电网容量要求过高,启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大,对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后,利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。
2.2电机节能技术
电机系统节能是我国“十一五”期间十大重点节能工程之一,目前我国各类电机年耗电约1万亿千瓦时,约占全国用电量的60%左右,而电机平均效率却比发达国家低3至5个百分比,电机拖动系统整体运行效率比发达国家低20个百分点。可见,电机系统有着巨大的节能潜力。因此,挖掘电机的节能潜力,寻找有效的降耗方法是一项重要任务。
合理选型和节能改造。一是要合理选用电动机的额定容量。国家对三相异步电动机3个运行区域作了如下规定:负载率在70%至100%之间为经济运行区;负载率在40%至70%之间为一般运行区;负载率在40%以下为非经济运行区。若电动机容量选得过大,虽然能保证设备的正常运行,但不仅增加了投资,而且它的效率和功率因数也都很低,造成电力的浪费。因此考虑到既能满足设备运行需要,又能使其尽可能地提高效率,一般负载率保持在60%～l00%较为理想。
二是对老式电动机进行节能改造。如:更换电动机的外风扇,将电动机的外风扇改为节能型,对于不同型号的电动机,有对应的节能型风扇产品可供选用。主要用于单方向运转的二极和四极电动机,改后可提高效率1%至2%左右;二是采用磁性槽楔代替原来的槽楔,用磁性槽楔进行电动机节能改造后,能够改善电机气隙磁势波形,减少空载电流,改善功率因数,降低电动机的铁芯损耗和附加损耗,提高效率,并减少电磁噪声和振动,延长电机使用寿命。虽然启动转矩会下降10%至20%,但很适合空载或轻载启动的电动机改造;三是采用新的绝缘材料增大导线截面积。对于沥青云母带浸胶绝缘的高压电动机,在定子线圈大修时可采用环氧玻璃粉云母带绝缘达到节能目的。
电动机的变频调速节能。变频调速节能是一种先进的节能技术,由于其良好的调速性能,稳定的运行水平,现已在多种行业的电机传动设备中得到广泛应用,成为企业进行节能降耗和降低厂用电率的主流趋势。
电动机的降压节能。当异步电动机轻载时,降低其外在的电源电压,可以实现节能。这是因为当电机从满载变化到轻载、空载时,定子电流有功分量减小,而励磁的无功电流基本不变,则空载损耗中占主要成份的定子铁损耗,一点没有减少,所以效率很低。
提高功率因数节能。异步电机在运行过程中会在电网中吸取大量的感性无功功率,使电网中的功率因数被恶化,系统运行效率下降,可以采取无功补偿的方法予以调整。在异步电动机的出线端并上适量的电容可以提高线路的功率因数。电网的功率因数提高后,在保证有功功率恒定的前提下,使系统的视在电流有所减少,降低了供电系统的损耗,从而有效的实现了节能。
综上所述,水泵、电机节能技术还需根据供水从电单位的实际需要按需取舍,其节能技术的发展也需要在实践中不断地进行完善和改进。
参考文献
节能降耗操作手册.中国电力出版社.
水泵及水泵站.机械工业出版社.
电机学.中国教育出版社.