CN112460007A - 一种低加疏水泵节能调速装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种低加疏水泵节能调速装置及其方法，低加疏水泵节能调速装置包括供电电源、低加疏水泵电机、绕组式永磁调速装置以及水泵，绕组式永磁调速装置位于低加疏水泵电机和水泵之间且分别通过联轴器与低加疏水泵电机和水泵连接，供电电源与低加疏水泵电机电性连接，绕组式永磁调速装置包括永磁转子、绕组转子和控制单元，绕组转子在永磁转子中做切割磁感线运动，控制单元包括有与供电电源电性连接的逆变柜和整流控制柜，整流控制柜分别与绕组式永磁调速装置和水泵信号连接，本发明系统结构简单、尺寸小，控制容易根据工况需求调节水泵转速，从而达到调节水泵流量的目的，同时减少节流损失，同时还通过电能回收装置进行电能回收。

Description

一种低加疏水泵节能调速装置及其方法

技术领域

本发明涉及火力发电厂设备领域，尤其是通过绕组式永磁耦合调速器来实现的一种低加疏水泵节能调速装置及其方法。

背景技术

正常低加疏水泵采用电机和水泵普通联轴器连接，由于发电负荷根据电网需求会有较大的波动，所以低加疏水泵的流量必须相应变动。目前调节水泵流量的方式是采用出口阀门节流，上述调门方式，对于电能节省这一方面并无贡献。

上述装置在节能性上存在相应的不足：

1、通过出口阀门节流调节方式对低加疏水泵流量大小进行改变对于耗电量影响并不大。低加疏水泵电机仍以原先出力运行。

2、在低加水位变动时，很大能量消耗在出口阀门的节流损失上，增加了电能损耗。

3、出口阀门调节过程中，由于存在机械动作，存在摩擦磨损的风险，缩短了设备的使用寿命。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对目前技术中的不足，提供了一种低加疏水泵节能调速装置及其方法，可以通过对低加疏水泵进行永磁调速，根据工况需求调节水泵转速，从而达到调节水泵流量的目的，同时减少节流损失，同时还通过电能回收装置进行电能回收。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供了一种低加疏水泵节能调速装置，其特征在于：所述低加疏水泵节能调速装置包括供电电源、低加疏水泵电机、绕组式永磁调速装置以及水泵，所述绕组式永磁调速装置位于低加疏水泵电机和水泵之间且分别通过联轴器与低加疏水泵电机和水泵连接，所述供电电源与低加疏水泵电机电性连接，所述绕组式永磁调速装置包括永磁转子、绕组转子和控制单元，所述绕组转子在永磁转子中做切割磁感线运动，所述控制单元包括有与供电电源电性连接的逆变柜和整流控制柜，所述整流控制柜分别与绕组式永磁调速装置和水泵信号连接。

作为本方案的一种改进，所述联轴器包括有第一联轴器和第二联轴器，所述低加疏水泵电机与绕组式永磁调速装置通过第一联轴器连接，所述绕组式永磁调速装置与水泵通过第二联轴器连接，所述第二联轴器上设置有集电环和碳刷，所述集电环和碳刷与整流控制柜电性连接。

作为本方案的一种改进，所述第二联轴器与水泵之间为无接触磁性连接，所述永磁转子转动时与绕组转子形成转速差通过第二联轴器带动水泵泵水。

作为本方案的一种改进，所述整流柜包括智能控制单元和变流装置，所述智能控制单元用于接收水泵的反馈信号，通过变流装置变流后送到逆变柜，所述逆变柜内设置有逆变变压器。

作为本方案的一种改进，所述变流装置包括有变流器。

作为本方案的一种改进，所述低加疏水泵电机的额定功率为250kw，额定转速为1480rpm，额定电压为6000V。

作为本方案的一种改进，所述水泵为流量为300t/h、扬程为190m、转速为1640rpm、效率为78%、轴功率为199kw。

一种低加疏水泵节能调速装置的使用方法，包括如下步骤：

（1）绕组式永磁调速装置接在低加疏水泵电机和水泵之间，低加疏水泵电机通过第一联轴器与绕组式永磁调速装置连接，绕组式永磁调速装置与水泵通过第二联轴器连接，打开供电电源，在其同步启动时，永磁转子同时转动，与绕组转子形成转速差，带动第二联轴器转动，第二联轴器带动水泵泵水，并在绕组中切割磁感线产生感应电动势；

（2）通过控制单元控制绕组中的电流大小，实现软启动与调速；在传递动力的同时，将永磁转子和绕组转子之间由转速差而产生的转差功率，通过集电环和碳刷引出，再由整流柜和逆变柜反馈出来进行再利用。

与现有技术相比本发明具有的有益效果：

1）转差功率得到全部回收利用，综合节电性能最高，系统综合效率在全转速范围内都能保持在96%以上，在调速深度大的情况时，节电性能更加优异。

2）通过电气元件来控制转子电流的大小来控制输出转矩的大小从而达到调速的目的，无需设置复杂的机械执行机构来调节永磁转子和导体转子间的磁通面积或两者之间的气隙大小，这样整体结构就简单、控制精度更高，并可达到节能环保的目的。同时在调节的过程中，电动机的转速不变，仍在50Hz的正弦波下运行，故不会产生高次谐波带来的一系列问题。

3）没有其它滑差调速技术原理上存在的转差功率损耗发热的问题，无需设置散热器和复杂的风冷、水冷系统。

4）没有机械调节机构和为机械调节机构设置的伺服电机，纯电气系统更方便实现开环或闭环运行、就地控制与远方控制，更方便实现与DCS系统或其它计算机网络连接。

5）过载保护更加准确、快速。

6）因为温升低发热量很小，无操作机构，无外加散热冷却装置，非接触式传递转矩，无摩擦磨损，因而系统可靠性很高。

7）具有离合功能，离合时无机械动作、非接触、无摩擦磨损。

8）可以按照预先设定的负载特性曲线快速安全的启动水泵。

9）调速系统静态精度≥99.8%。

10）完善高级的可靠性：

11）本体是永磁电机结构，具有电机的可靠性；

12)本体绕组不通电，感应电流不存在过流；

13）变流装置仅控制很小的转差损耗功率（原发热功率），安全可靠；

14）完善的保护措施：除全面完善的电子电器保护外，还有非接触式、非破坏打滑过载保护。

15）抗干扰（不用电）、对电网无谐波污染。

16）综合使用维护成本低于高压变频调速器，低于涡流式永磁耦合器。

17）系统结构简单、尺寸小，控制容易，对环境要求低，一般厂房的自然环境即可。

附图说明

图1为本发明中实施例1系统结构示意图；

图2为本发明中实施例1结构示意图；

图3为本发明实施例2改造后驱动效果图；

图4为本发明中实际出口阀门节流调节方式下电机输入功率图；

图5为本发明中离心式水泵运行曲线图；

图6为本发明中离心式水泵调速节能测算。

附图标记列表：Q、流量；H、扬程。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1

参见图1、2

绕组式永磁调速装置接在低加疏水泵电机和水泵之间，水泵的轴与低加疏水泵电机通过联轴器相连，联轴器包括第一联轴器和第二联轴器，低加疏水泵电机与绕组式永磁调速装置通过第一联轴器连接，绕组式永磁调速装置与水泵通过第二联轴器连接，第二联轴器上设置有集电环和碳刷，在其同步启动时，永磁转子同时转动，与绕组转子形成转速差，带动第二联轴器转动，第二联轴器带动水泵泵水，并在绕组中切割磁感线产生感应电动势；通过控制单元控制绕组中的电流大小，实现对于系统的软启动与调速功能；在传递动力的同时，将永磁转子和绕组转子之间由转速差而产生的转差功率，通过集电环和碳刷引出，再由整流柜和逆变柜反馈出来进行再利用。

控制单元包括有与供电电源电性连接的逆变柜和整流控制柜，整流控制柜分别与绕组式永磁调速装置和水泵信号连接，整流柜包括智能控制单元和变流装置，智能控制单元用于接收水泵的反馈信号，通过变流装置变流后送到逆变柜，逆变柜内设置有逆变变压器，逆变变压器能够调节绕组式永磁调速装置中的电压，变流装置包括有变流器，变流器能够调节绕组式永磁调速装置中的电流，使得绕组式永磁调速装置中的电流与电压保持稳定。

实施例2

参见图3

根据现场情况，对原整体钢结构支座和混凝土基础作相应改造，增加新的驱动架和新基础（即割除低加疏水泵电机支撑部位的原支架，并拆除这部分的基础。需要新的混凝土基础，制作的新驱动架就落在更改后的支架和新的混凝土基础面上，在新驱动架上即安装低加疏水泵电机、绕组式永磁调速器、联轴器和水泵。

（1）拆除低加疏水泵电机及原电机轴的联轴器，将低加疏水泵电机吊至安全区域；

（2）正确安装绕组式永磁调速器，通过螺栓组连接固定，确保安全、牢靠；

（3）吊装低加疏水泵电机至基座，按绕组式永磁调速器出厂说明书与低加疏水泵通过第一联轴器连接，通过螺栓固定，确保安全、牢靠；

（4）并将信号线接入集控室的DCS中。

实施例3

参见图4、5

根据某厂实际出口阀门节流调节方式下电机输入功率图

在最小负荷工况下，采用阀门节流的方式减小水泵流量至72.61t/h时，电机的输入功率在178.54KW，最大负荷调节水泵流量至243.6t/h时，电机的输入功率在205.2KW。

以此两点工作点估算水泵平均调节量约为额定流量的80%，估算采用绕组式永磁调速器改造前后节能对比。

可见流量Q和负载的转速n是成正比关系的，而扬程H与转速n的二次方成正比，所需的轴功率P与转速n的立方成正比关系。所以当系统需要80％的额定流量时，通过调节水泵转速至额定转速的80％，这时水泵端所需轴功率将仅为原来的51.2％，而此时系统的扬程压力仅为原来的64%。

参见图5离心式水泵运行曲线图来分析采用绕组式永磁调速后的节能效果。

当所需流量从Q1减小到Q2时，如果采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与面积H2×Q2成正比；如果采用调速控制方式，水泵转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但水泵的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A点移至C点。此时所需轴功率P3与面积HB×Q2成正比。所节约的轴功率Delt(P)与（H2-HB）×（C-B）的面积成正比。

在实际运行中，系统能够调节的空间往往再考虑流量满足的同时还要考虑系统的压力能否满足要求，依照现场调速情况，以调速80%为平均量进行估算：

以当前运行数据统计为基础，年利用小时以5500小时和年平均负荷率80%左右，按照华能金陵电厂上网电价为0.391元/kwh进行收益计算。

根据流体机械的相似定律(Affinity Law),流量与转速成正比，压力（扬程）与转速平方成正比，功率与转速立方成正比，则水泵所耗功率与泵流量的关系为

P₂／P_N= （Q₂／Q₁)³=i³（i为调速比）

即：采用绕组式永磁调速后水泵的功率为：P₂=P_N*i³

调速节能测算如图6，,

考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗，通过实践的统计，水泵类离心式负载通过绕组式永磁调速控制可节能35％以上。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (8)

1.一种低加疏水泵节能调速装置，其特征在于：所述低加疏水泵节能调速装置包括供电电源、低加疏水泵电机、绕组式永磁调速装置以及水泵，所述绕组式永磁调速装置位于低加疏水泵电机和水泵之间且分别通过联轴器与低加疏水泵电机和水泵连接，所述供电电源与低加疏水泵电机电性连接，所述绕组式永磁调速装置包括永磁转子、绕组转子和控制单元，所述绕组转子在永磁转子中做切割磁感线运动，所述控制单元包括有与供电电源电性连接的逆变柜和整流控制柜，所述整流控制柜分别与绕组式永磁调速装置和水泵信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种低加疏水泵节能调速装置，其特征在于：所述联轴器包括有第一联轴器和第二联轴器，所述低加疏水泵电机与绕组式永磁调速装置通过第一联轴器连接，所述绕组式永磁调速装置与水泵通过第二联轴器连接，所述第二联轴器上设置有集电环和碳刷，所述集电环和碳刷与整流控制柜电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种低加疏水泵节能调速装置，其特征在于：所述第二联轴器与水泵之间为无接触磁性连接，所述永磁转子转动时与绕组转子形成转速差通过第二联轴器带动水泵泵水。

4.根据权利要求3所述的一种低加疏水泵节能调速装置，其特征在于：所述整流柜包括智能控制单元和变流装置，所述智能控制单元用于接收水泵的反馈信号，通过变流装置变流后送到逆变柜，所述逆变柜内设置有逆变变压器。

5.根据权利要求4所述的一种低加疏水泵节能调速装置，其特征在于：所述变流装置包括有变流器。

6.根据权利要求1所述的一种低加疏水泵节能调速装置，其特征在于：所述低加疏水泵电机的额定功率为250kw，额定转速为1480rpm，额定电压为6000V 。

7.根据权利要求1所述的一种低加疏水泵节能调速装置，其特征在于：所述水泵为流量为300t/h、扬程为190m、转速为1640rpm、效率为78%、轴功率为199kw。

8.一种低加疏水泵节能调速装置的使用方法，包括如下步骤：

（1）绕组式永磁调速装置接在低加疏水泵电机和水泵之间，低加疏水泵电机通过第一联轴器与绕组式永磁调速装置连接，绕组式永磁调速装置与水泵通过第二联轴器连接，打开供电电源，在其同步启动时，永磁转子同时转动，与绕组转子形成转速差，带动第二联轴器转动，第二联轴器带动水泵泵水，并在绕组中切割磁感线产生感应电动势；

（2）通过控制单元控制绕组中的电流大小，实现软启动与调速；在传递动力的同时，将永磁转子和绕组转子之间由转速差而产生的转差功率，通过集电环和碳刷引出，再由整流柜和逆变柜反馈出来进行再利用。

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