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泵的节能：调节转数降低能耗

newmaker 来源：MM《现代制造》

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你知道吗？泵大约消耗了工业用电的1/3 。而自2002年以来，工业用电的电费一直持续增长，至今已经增长了约50%。因此，德国企业越来越重视实施节能措施。据了解，在泵组设计达到最佳的情况下，如果泵的驱动系统可以按照工作需求进行自动功率匹配，则可实现高达60%的节能。

在一台泵的寿命周期中，能源费用平均要占到总费用的45%。而除了能源费用和投资费用之外，还有维修和维护费用。据统计，运营、维护与维修费用约占“寿命周期费用”（缩写：LCC）的30%。而投资、安装以及其他附加费用则只占25%。显而易见，能源费用在泵的整个寿命周期费用中占有非常大的比例。因此，研究泵驱动系统的节能有着非常重要的意义。

图1 泵是最大的工业耗电者。在泵组设计达到最佳的情况下，如果泵的驱动系统可以按照工作需求进行自动功率匹配，则可实现高达60%的节能

在工业应用中，不管是用于冷却系统、运输化学液体抑或是供水，泵都不需要随时进行满负荷工作。所以，对于工业企业来说，泵具有极大的节能潜力。这种节能潜力首先在于实际需要的液体输送功率与泵组消耗电量的比例关系。虽然一台泵可以在很宽泛的工作范围内提供所需要的流量和压力，但经济合算的运行只有在最佳的运行点内才能实现。不过，这样的运行很少能够实现，尤其是在需求不断变化的工作情况下。如果不能按照需求进行功率调节，就意味着高额消耗了驱动能量，因而运营费用也就较高。

泵消耗30%的工业用电

德国KSB公司为6台泵设计了Movitec Pump Drive系列泵转数调节器（图2）。在大输送量和高压力的情况下，在循环能耗不断变化的地方，新研制的具有内插式泵转数调节器的高压泵，可以按照需求对传输功率进行调节。

图2 Pump Drive泵转数调节器按照实际功率的需求对电机的转数进行精确的无级调节，在任何负荷情况下，只输出实际需要的功率

一个可能的应用领域是塑料加工企业的冷却水供应系统。在这种企业里，每台机器的流量变化很大，因此，必须提供规定的冷却水量才能保证塑料制品的质量。在实际运行条件下，虽然通常情况下只需要传送很小的功率，但泵却永远是以满转数工作的。通过采用高能效泵可以大幅度降低工业中的能耗，泵消耗掉了工业中大约30%的电能。根据德国能源局（dena）的信息，单是泵一项，德国企业每年的节能潜力就可以达到150亿kWh。

通过前瞻性的设计，在前期就可以考虑到有效减少能源费用，这将对寿命周期费用产生巨大的影响。在设计过程中选择泵时，不仅所需要的功率起着决定作用，更重要的是要考虑到运营方式。运营方式是指传送不同的功率所需要的运行时间。而选择合适型号的泵，关键是要看传送量Q（m3/h）的设计数据以及所需要的输送高度H（m）。

图3 在未经调节的泵上，最经济合算的工作范围是紧紧围绕最佳效率点的。依据实际需求，利用泵转数调节器，可以对传送功率进行自动的无级调节，保证泵即使在部分负荷运动中也一直贴近最佳效率点工作

具有最佳总效率的企业，是那些泵在最长运行时间内达到最佳总效率的企业（图3）。假如预期运行条件波动很大，可以按照工作需求通过转数调节器来实现能源效率优化。Pump Drive转数调节器通过传感器可以连续记录变化情况，并按实际需求对传输数据进行无级调节。即使在一个设备上有多台泵并行工作时，无级调节也可以大大降低每台泵的能耗（图4）。利用这种方式，泵的运营费用大约可以降低60%。

图4 Pump Drive泵转数调节器可以部分的直接安装在泵电机上、开关柜里或者墙壁上，也可像图中所示安装在设备范围内

节能可以写进计划中

其实，泵的转数调节可以在设计时就进行深入且详细的探讨。但是，到目前为止，这些问题还没有得到令人满意的解决。

（1）如何能够保证在供给网的任意位置上都能提供恒定的流量和压力，不管当时其他部分的运行条件如何？

（2）一台泵可以单独完成所需要的输送量和压力吗，还是需要投入多台泵？在这种情况下如何能够达到整个泵系统的经济运行？

（3）采用多台泵的设备是否也能够将泵的功率按相应的运行方式进行调整？如果泵用预计的恒定输送功率或者用于带有瞬间峰值消耗的情况下，应依据何种标准？

到目前为止，建筑上的因素根本未能得到考虑。特别是在工业设备上，这种变动成了一个持续不断的过程：管道设备的扩建、拆除和改造，增加接口，更换或废止某些耗能大的用户，这些都在持续不断地改变着整个供应网的液压性能。多年以后，这里往往可能已发展成为一个杂乱无章的复杂系统，而这些东西在设计技术上是根本无法再加以考虑的。

冷却水的供应实例可以表明，无级泵转数调节是如何实现传输功率按照实际需求进行调节的。

冷却水供应的无级调节

为了能够在与其他网络无关的某个位置上提供恒定的压力，KSB公司研制的泵转数调节器可以采用与传输流量相关的额定值跟踪进行压力调节。这意味着，功率的调节可以针对设备上某个指定的点进行，这样就可以使所需要的值保持恒定，而泵的功率则也可按照当时的需求进行调整。通过两个独立的模拟输入端，泵转数调节器可以经过管网上不同位置上的传感器采集到测量值。比如在设备的某个点上，可以保持所需要的流量或者压力。

有时候，大型供应网会反复进行扩展和修改，或者部分拆除。这样，液压性能也就随之改变，设备的特性曲线有朝一日就会变得和设计时不一样。同样，尚未被发现的隐藏变化也会产生影响，比如管道内壁上的结壳会使管道的横截面逐渐变小。而泵转数调节器会记录下这些变化，并对传输功率进行相应的纠正。

在并行工作的泵中，如果有一个泵被打开，则把其余各台泵的输出量相加（Q1+Q2+Qn），从理论上就可以得到传输总量Qges。但是，这个公式并没有考虑到总输出功率是取决于相应设备的特性曲线走向的。在多台泵共同运行时，运行点向部分负荷方向偏移，因而偏离了最佳效率。运行时间越长，偏离最佳运行点对能源费用造成的影响也越大。这时，泵转数调节器会对传输功率进行平衡，使所有运行的泵都在接近各自最佳的效率点附近工作。

当一套设备采用多台泵工作时，可以保证所有泵负荷均匀。而泵的交替运行也可以防止主泵负荷过高，防止其余泵可能会出现的停机损失。在要求有设备冗余度的情况下，泵转数调节器可以选用同一规格的，这样在主泵出现故障时可以自动启动另一台泵作为主泵运行。

转数调节器可进行运行监控

图5 泵转数调节器的参数调整既可以通过机壳内置的图形操作单元进行，也可以用笔记本电脑进行

除了对输出功率进行调节之外，装有电机的泵转数调节器还可以进行运行监控，并可对运行数据进行查询。用于多泵设备的泵转数调节器出厂时绝大部分都预先编好了参数，因而泵设备可以按照“即插即用”的原则立即投入使用。单泵设备在投产时只需在现场的Pump Drive控制单元上对几个参数加以调整即可。参数调整既可以通过机壳内置的图形操作单元进行，也可以用笔记本电脑进行（图5）。泵转数调节装置也可安装在装有自备冷却系统的现有泵电机上。无论是KSB公司的泵、还是其他生产厂家的泵，都可以加装。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (6/20/2008)


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