CN101008475A

CN101008475A - 一种在线流体系统的纠偏方法

Info

Publication number: CN101008475A
Application number: CN 200710066873
Authority: CN
Inventors: 范昌海
Original assignee: Individual
Current assignee: QINGDAO CHUTIAN ENERGY-SAVING TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2027-01-23
Also published as: CN100453888C

Abstract

本发明属于流体输送或循环系统技术领域，特别涉及一种在线流体系统的纠偏方法，对在线流体系统实施下列纠偏程序：①选取在线流体系统的节点，测量流体压力；②测量系统动力机械的功率；③检定系统管路的合理性；④测算系统管路特性；⑤置换系统的动力机械。本发明在线流体系统的纠偏方法解决了在线流体输送或循环系统中“大马拉小车”的动力匹配问题，动力机械效率比常规高出10％，占据空间比原设计的要小，能耗大幅下降，节能效果达40％以上；同时，流体输送或循环系统的寿命延长。

Description

一种在线流体系统的纠偏方法

技术领域

本发明属于流体输送或循环系统技术领域，特别涉及一种在线流体系统的纠偏方法。

背景技术

流体输送或循环系统广泛应用于诸如楼宇空调装置、冷却等大型工程领域，其电力消耗巨大。目前，流体输送或循环系统中普遍存在着动力机械与系统匹配不合理、不科学的问题，即俗称“大马拉小车”的现象，造成能源的极大浪费，给工程应用单位增加巨大的成本支出。

下面以中央空调系统为例来说明。中央空调广泛应用于大厦、宾馆、饭店等，其为人们生活带来舒适的同时，也是建筑物中的主要耗能系统。中央空调实质是制冷机对冷媒进行压缩、膨胀或浓缩、蒸发的一种放、吸热过程。系统用水作媒介，通过冷/热量的交换并将冷/热量输送至建筑物的各空调末端设备，然后用风作媒介，进行冷/热量交换，最终将冷/热量输送至建筑物空间。制冷机产生的冷量由另一冷却水系统输送至楼顶的冷却塔扇风冷却排至室外。上述过程的不断循环，构成中央空调系统。

中央空调系统的能耗主要有以下三大块：1、制冷机驱动压缩机或加热媒质的能耗；2、空调水泵水送冷/热量克服水流阻力的能耗；3、空调风机风送冷/热量克服风流阻力的能耗。

在工程项目中，中央空调水系统的常规设计和选择水泵是按最不利工况设计和匹配的，但中央空调系统的实际运行是按变化的冷负荷要求采用一台或多台制冷机组合运行；同时，在设计配量时，制冷机又有100-200％的富余能力，这就使以最不利工况设计而选择的水泵必定处在大流量、低效率、高功耗状态下运行，造成运行水泵与系统特性不匹配，极大浪费水泵耗能。

鉴于中央空调系统的水泵有较大富余能力，人们通过控制开停机时间和主机温度来节能。前段时间出现采用水泵变频调整方法来节约能耗，节电率在20-40％，而水泵实际运行效率在40-60％，变频器本身耗电3-5％，此外，在水泵转速降低时，其效率还要按相似率关系降低，因此采用单一变频节能方案，系统能耗仍比较高。所以，寻找一种对在线流体系统的实际负荷运行动力匹配，从动力源解决“大马拉小车”的能耗问题，是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明公开了一种在线流体系统的纠偏方法，其目的是利用该纠偏方法对在线流体输送或循环系统实现最佳工况运行。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案：一种在线流体系统的纠偏方法，对在线流体系统实施下列纠偏程序：

①选取在线流体系统的节点，测量流体压力；

②测量系统动力机械的功率；

③检定系统管路的合理性；

④测算系统管路特性；

⑤置换系统的动力机械。

所述的在线流体系统的纠偏方法，流体压力采用压力表或真空表对系统的设备和管路进出标压测量。

所述的在线流体系统的纠偏方法，动力机械是泵或风机，泵或风机的运行功率(N)采用功率表测定，或测定电流I、电压U、功率因素CosΦ，按以下公式计算：

N = \sqrt{3} IUCosΦ .

所述的在线流体系统的纠偏方法，系统配置的泵或风机的设计功率与运行功率比对，确定泵或风机的最佳工况点，按最优原则置换泵或风机。

本发明的纠偏方法可用于各种在线流体输送或循环系统，如中央空调系统、冶金、钢铁、石油等流体输送或循环系统。

通过本发明的纠偏方法使因过流量引起的强振动、大噪声、低效率、高功率的不利工况运行得以改善或消除，提高动力机械的效率，动力机械运行平稳，无发烫、振动、噪音等现象，使在线流体输送或循环系统的动力机械处于最佳工况状态运行。

本发明纠偏技术方案的实现解决了在线流体输送或循环系统中“大马拉小车”的动力匹配问题，动力机械效率比常规高出10％，占据空间也比原设计的要小，能耗大幅下降，节能效果达40％以上；同时，流体输送或循环系统的寿命延长。

附图说明

图1为本发明实施例的中央空调水系统检测示意图。

图2为水泵机械特性与管路特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。

如图1、2所示，按以下五步骤对某在线中央空调水系统的进行纠偏处理。

l、采用压力表或真空表对中央空调水系统的设备和管路进行流体压力测定。

(1)选取系统中水泵2的进、出水节点a、b，测量水泵进、出标压H₁、H₂，然后得出水泵扬程H＝H₂-H₁，查水泵特性曲线，得到水流量Q。

(2)选取热交换装置3的进、出节点c、d，测量热交换装置进、出标压，求得运行的热交换装置内阻。

(3)测量开路系统的水池1与冷却塔4的几何高差ΔH。

2、测定水泵运行功率N。

用功率表直接测定，或者根据测定电流I、电压U、功率因表CosΦ，按以下公式取得：

N = \sqrt{3} IUCosΦ

(KW)

3、诊断水系统管路存在问题：阀门泄漏、系统短路、过滤器堵塞、为防止水泵过载而闭阀门操作等，按运行水系统阻力最最小原则解决这些问题。

4、绘管路特性曲线，确定最佳运行工况点。

根据流体动力学方程，水泵的总扬程或水系统总阻力H为：

H = Σ_{n = 1}^{n} hn + ΔH + \frac{v^{2}}{2 g} - - - (M)

式中：

Σ_{n = 1}^{n} hn

为水系统沿程总阻力(M)

ΔH水泵几何扬程(M)

为动阻力(M)

其中，重力加速度g＝9.8米/秒²，管路流速按V＝1-2米/秒，因此，实际动阻力

值很小，在系统工程设计时可忽略不计。

水系统沿程总阻力与水流量平方成正比，即：

Σ_{n = 1}^{n} hn = K Q^{2}

式中：K为常数，仅与水系统特性有关。

所以，水泵总扬程或水系统总阻力H＝KQ²+ΔH。

按实测水泵总扬程或水系统总阻力、水泵几何扬程来获得系统管路的特性。

H＝KQ²+ΔH是水系统管路特性方程式，通过水泵运行点的抛物线即管路的特性曲线，如图2所示。满足水系统要求水流量的管路特性曲线上的C点即为水泵运行的最佳工况点。

5、更换水泵。

按最佳工况点(流量Q_A、扬程H_C)选择水泵取代原系统安装的水泵。

如图2所示，X曲线为原系统设计安装的水泵性能曲线，Y曲线为系统纠偏后管路特性曲线，Z曲线为经本发明的纠偏方法处理后安装的高效节能泵性能曲线；P为原系统水泵的功率曲线，P’为纠偏后水泵的功率曲线；O为原系统水泵的效率曲线，O’为纠偏后水泵的效率曲线。

A为原设计水泵工况点：流量Q_A、扬程H_A、水泵轴功率N_A、水泵效率η_A。

测量得到系统的实际工况点为B：流量Q_B、扬程H_B、水泵轴功率N_B、水泵效率η_B。

由图2可知：原设计的高扬程水泵实际处于低扬程、大流量、低效率、高功耗状态运行，严重时甚至烧毁电机。

通过系统检测，分析造成高能耗的原因并进行优化设计，再按系统实际工况运行，按实测参数通过H＝KQ²+ΔH式获得水系统的管路特性曲线，曲线上的流量为设计流量Q_A的C点即为水系统最佳工况(Q_A、H_C)运行点，最后配备处在最佳工况点运行、效率最高的水泵，即为高效节能泵，该泵的运行工况为：流量Q_A、扬程H_C、轴功率N_C、效率η_C。

图2中，O、H_B、B、Q_B、O所围区域为原设计水泵运行的能耗，O、H_C、C、Q_C、O所围区域为采用本发明纠偏方法处理后安装的高效节能泵运行的能耗，二者差即为节约的能耗。

试验一：某大楼采用两台100万大卡/时的TRANE螺杆式冷水机组，配三台IS 150-125-400B 30KW冷媒泵，三台IS 200-150-400C 45KW冷却泵，原系统的设计指标与实测工况如表1。

表1：水泵设计指标与实际运行工况比较

项目	设计指标				实测运行工况
项目	设计指标				实测运行工况					水流量(M³/H)	扬程(M)	轴功率(KW)	效率(％)	水流量(M³/H)	扬程(M)	轴功率(KW)	效率(％)
冷媒泵	200	35	27.3	72.5	251	30	37.2	55.2		水流量(M³/H)	扬程(M)	轴功率(KW)	效率(％)	水流量(M³/H)	扬程(M)	轴功率(KW)	效率(％)
冷媒泵	200	35	27.3	72.5	251	30	37.2	55.2	冷却泵	250	32	37	77	304	30	45.6	54.5

通过本发明的纠偏方法处理，更换原系统的水泵，选择两台ALB 125/26B15KW冷媒泵、两台ALB 150/26A 22KW冷却泵。水泵的设计指标与纠偏处理后实际运行工况如表2所示。

表2：高效节能泵的设计指标与实测的运行工况

序号	项目	水泵工况
		水泵工况				水流量(M³/H)	扬程(M)	轴功率(KW)	效率(％)
		1	设计指标冷媒泵	232	15.6	水流量(M³/H)	扬程(M)	轴功率(KW)	效率(％)	12.03	82
2	冷却泵	1	设计指标冷媒泵	232	15.6	290	16	18	70	12.03	82
2	冷却泵	3	纠偏后实际运行工况冷媒泵	218	16.5	290	16	18	70	15.6	62.8
4	冷却泵	3	纠偏后实际运行工况冷媒泵	218	16.5	290	16	19	66.6	15.6	62.8

该大楼的采暖与制冷水泵共用，年运行时间以2400小时计算，经本发明纠偏方法处理后，全年总节电量为167520度，电价按0.7元/度计，每年可节约电费117264元。

试验二：

某厂40立方米的高炉冷却水系统配二台355KW冷却泵运行。

经本发明纠偏方法处理后，配二台220KW冷却泵运行，节电率44.69％，每小时节电315.8度，每年节电272.88万度，计150.08万元。

试验三：

某电厂配置75KW循环泵运行。

经本发明纠偏方法处理后，配37KW循环泵运行，节电率57.5％，每小时节电46度，每年可节电35.88万度。

试验四：

某公司的空调、冷却水系统配五台90KW冷却泵运行。

经本发明纠偏方法处理后，配五台55KW冷却泵运行，节电率47.1％，每小时节电212度，每年可节电190万度，计124万元。

试验五：

某厂200吨/时循环硫化床锅炉配二台1000KW引风机运行，实测运行功率为2×548.5KW，风机的运行效率为33％，经本发明纠偏方法处理后采用一台550KW引风机，设计的运行功率为352.4KW，每小时节电744.6度，风机的节电率为67.88％，风机的运行效率70％。

Claims

1、一种在线流体系统的纠偏方法，其特征在于：对在线流体系统实施下列纠偏程序：

①选取在线流体系统的节点，测量流体压力；

②测量系统动力机械的功率；

③检定系统管路的合理性；

④测算系统管路特性；

⑤置换系统的动力机械。

2、根据权利要求1所述的在线流体系统的纠偏方法，其特征在于：流体压力采用压力表或真空表对系统的设备和管路进出标压测量。

3、根据权利要求1所述的在线流体系统的纠偏方法，其特征在于：所述的动力机械是泵或风机，泵或风机的运行功率采用功率表测定，或测定电流I、电压U、功率因素CosФ，按以下公式计算：

N = \sqrt{3} IUCosΦ .

4、根据权利要求3所述的在线流体系统的纠偏方法，其特征在于：系统配置的泵或风机的设计功率与运行功率比对，确定泵或风机的最佳工况点，按最优原则置换泵或风机。