CN202250755U - 一种水泵风机节能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水泵风机节能装置，包括：启动单元、输出单元，所述启动单元与输出单元之间依次设有水泵电机单元、变频处理单元，所述水泵电机单元包括多个水泵电机，所述水泵单元上对应所述多个水泵电机设有多条线路分别与启动单元和变频处理单元连接，所述中央控制单元与所述变频处理单元连接，所述变频处理单元与所述启动单元反馈连接。通过上述方式，本实用新型能够方便使用，发生故障时可轻易切换，维持系统运行在最节能的状态；具有自动节能控制功能，能根据负载情况自动调整电压，使电机运行在最高效率状态下；优化了电气结构，使得电气控制更简单，更稳定，更经济，综合节电率达到25％以上。

Description

一种水泵风机节能装置

技术领域

本实用新型涉及节能装置领域，特别是涉及一种水泵风机节能装置。

背景技术

化工、水泥企业是国民经济生产中的能源消耗大户，化工、水泥行业已被列为国家节约资源的重点领域之一。在国务院提出加快建设节约型社会的政策环境下，提高化工行业的节约型制造和应用水平，建立节约型水泥工业体系意义重大。在当前国内外能源供需矛盾突出的情况下，化工、水泥行业必须通过各种途径降低能耗，以获得最佳的经济效益和最高的劳动生产率。化工、水泥生产中电动机负载电耗就占成本近30％，而水泵用的高压电动机在电机中占有很大的比重。在使用中，水泵、风机长期固定在最大的转速下运行。由于季节、昼夜和生产工况的变化，实际水量、风量需求在绝大部分时间内远比设计负载低；在转速固定的情况下，当水泵、风机的水量(风量)过剩时，只能通过阀门进行控制，这样就造成功耗的严重浪费，故对化工、水泥厂的水泵、风机进行变频节能改造具有一定的现实意义。

现有技术的水泵耗占总能耗(除电解能耗)的绝大部分，且水泵大部分功率在55KW以上(一套高压水泵250KW/6000V)，其中包括循环碱泵、脱氯淡盐水泵、盐水中间槽泵、洗涤水泵、回水泵、热水泵、冷水泵等。大部分水泵阀门开度都有一定的余量，有的阀门开度甚至低于1/3，节电情况明显，总共可变频改造功率大概在1500KW左右。由于现场水泵距离动力控制室距离远，所以在变频器选型时，都加大一级选型，以满足现场工艺控制的需求。

针对上述水泵的运行工况，其还存在以下缺点：

1、水泵采用软启动器起动，起动电流为额定电流的3倍，起到一定的降压启动，但电流仍然很大，而且不能调速。

2、水泵的电机工作效率低，本地功率因数低。

3、自动化程度不高，水量的调节靠现场的节流阀人工调节，造成一定的浪费。

4、水泵水量由阀门控制，存在一定的余量，但目前电机不可调速，仍以工频运行，造成一定的能量浪费。

5、当用水量有偏差时，很难及时调整阀门，无法根据实际用水量调节出水量，造成能源的浪费。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种水泵风机节能装置，能够实现自动化控制的功能，无大电流冲击，水泵使用寿命长，综合节电率达到25％以上。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种水泵风机节能装置，包括：启动单元、输出单元、水泵电机单元、变频处理单元、中央控制单元，所述启动单元与输出单元之间依次设有水泵电机单元、所述变频处理单元，所述水泵电机单元包括多个水泵电机，所述水泵单元上对应所述多个水泵电机设有多条线路分别与启动单元和变频处理单元连接，所述中央控制单元与所述变频处理单元连接，所述变频处理单元与所述启动单元反馈连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述水泵电机单元包括主水泵电机和副水泵电机。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述水泵电机单元包括一个主水泵电机和两个副水泵电机。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述中央控制单元与变频处理单元之间还设有压力检测单元。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述中央控制单元包括一降频计算单元。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述输出单元对应水泵电机单元包括多个输出线路。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述中央控制单元为可编程控制器。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述变频处理单元为MM430系列变频器。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述水泵电机单元中的水泵电机的功率为200千瓦。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述启动单元为软启动器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的水泵电机之间可互为主、副泵，方便使用，发生故障时可轻易切换，维持系统运行在最节能的状态；变频处理单元具有自动节能控制功能，能根据负载情况自动调整电压，使电机运行在最高效率状态下；优化了电气结构，使得电气控制更简单，更稳定，更经济，综合节电率达到25％以上。

附图说明

图1是本实用新型一种水泵风机节能装置一较佳实施例的结构示意图；

图2是图1的一种水泵风机节能装置的节能原理示意图；

图3是图1的一种水泵风机节能装置的节能定量分析图；

附图中各部件的标记如下：1、启动单元，2、输出单元，3、水泵电机单元，4、变频处理单元，5、中央控制单元，6、主水泵电机，7、副水泵电机，8、压力检测单元，9、线路一，10、线路二，11、线路三，12、水泵在恒定转速下的水压-水量特性曲线，13、管网水压特性曲线，14、增加管网阻力后的特性曲线，15、使用阀门控制方式的特性曲线，16、使用变频器方式的特性曲线，17、节能效果，H、压力，Q、水量，P、所需动力，A、原来的工况点，B、C、新的工况点。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本实用新型实施例包括：

一种水泵风机节能装置，包括：启动单元1、输出单元2、水泵电机单元3、变频处理单元4、中央控制单元5。

所述启动单元1与输出单元2之间依次设有水泵电机单元3、所述变频处理单元4，所述水泵电机单元3包括多个水泵电机，所述水泵单元上对应所述多个水泵电机设有多条线路分别与启动单元1和变频处理单元4连接，其中启动单元1为软启动器。

启动电流为额定电流的1/10，无大电流冲击，同时提高了功率因素，可达到0.9以上，减少了无功率损耗。优化了电气结构，使得水泵风机节能装置的电气控制更简单，更稳定，更经济，综合节电率达到25％以上。

水泵电机单元3包括主水泵电机6和副水泵电机7。水泵电机之间可互为主、副泵。本实用新型中水泵电机单元3结构优选为一个主水泵电机6和两个副水泵电机7。水泵电机的功率优选为200千瓦。

对水泵电机单元3进行变频处理的工作过程为：对其中一台200千瓦的主水泵电机6实行变频控制，另外两台200千瓦的水泵电机处于待机状态；当管网压力维持在系统设定的压力时且变频器有一定的调频范围时，其它两台200千瓦的备用水泵不工作；当系统压力低于设定的低压且变频器处于全负荷运行后，系统自动对一台备用水泵电机进行变频启动，同时降低第一台主水泵电机6的运行频率，以维持系统运行在最节能的状态。

变频处理单元4采用西门子公司生产的MM430系列变频器。该变频器具有自动节能控制功能，能根据负载情况自动调整电压，使电机运行在最高效率状态下。系统压力波动范围在0.01-0.02MPA之间。

其中，系统压力和变频器的运行情况的检测均通过中央控制单元5完成，所述中央控制单元5与所述变频处理单元4连接，所述变频处理单元4与所述启动单元1反馈连接。所述中央控制单元5包括一降频计算单元。所述中央控制单元5与变频处理单元4之间还设有压力检测单元8。

通过所述压力检测单元8检测系统的压力，并将信息传送给中央控制单元5，变频处理单元4也与所述中央控制单元5连接，将变频器的运行情况信息传送给中央控制单元5，中央控制单元5根据压力经检测单元和变频处理单元4的信息判断是否继续使用正在运行的水泵电机。若信息均正常，中央控制单元5发出信号至变频处理单元4，正常输出，并将信息反馈给启动单元1，继续运行正在运行的水泵电机。若信息出现异常，中央控制单元5则反馈信息至变频处理单元4，通过变频处理单元4发出启动备用水泵电机的信号给启动单元1，并通过降频计算单元降低正在运行的水泵电机的运行频率。

中央控制单元5为可编程控制器。采用现代控制技术的智能可编程控制器，应用于现场控制。可靠性高，编程简单，使用维护方便。高性能的人机对话，可使整个生产的自动化控制的功能得到大大的加强，操作更为直观简单。

整套系统手动、自动可选，也可进行远程监控，操作简单，控制可靠，直观。远程控制的方式是采用分散控制系统，可实时监控到本实用新型水泵风机节能装置的运行状态。

输出单元2对应水泵电机单元3包括多个输出线路。本实用新型中，对应水泵电机单元3设有线路一9、线路二10、线路三11，线路之间轮流运行，不影响生产效率。

本实用新型的水泵风机节能装置采用变频器对水泵电机进行控制，属于减少水动力的节电方法，它和一般常用的调阀门控制水量的方法比较，具有明显的节电效果。

参阅图2可以说明其节电原理：

图中，12为水泵在恒定转速n1下的水压-水量(H-Q)特性曲线，13为管网水压特性曲线，此时阀门为全开。

假设水泵电机工作在A点效率最高，此时压力为H2，水量为Q1，轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。如果生产工艺要求，水量需要从Q1减至Q2，这时用调节阀门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线14，系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图中看出，水压反而增加，轴功率与面积BH1OQ2成正比。显然，轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，水泵转速由n1降到n2，根据水泵参数的水量Q2的情况下，水压H3大幅度降低，功率N3随着显著减少，用面积CH3OQ2表示。节省的功率ΔN＝(H1-H3)×Q2，用面积BH1H3C表示。显然，节能的经济效果是十分明显的。

由流体力学可知，用水量与转速的一次方成正比，压力H与转速的平方成正比，轴功率N与转速的三次方成正比。采用变频器进行调速，当用水量下降到80％时，转速也下降到80％，而轴功率N将下降到额定功率的51.2％，如果用水量下降到60％，轴功率N可下降到额定功率的21.6％，当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等。即使这样，这个节能数字也是很可观的，因此在装有风机、水泵的机械中，采用转速控制方式来调节风量或水量，在节能上是个有效的方法。

参阅图3可以做以下的定量计算：

计算条件：

电机功率：200KW，年间运转时间为8000h；

运转方式：85％水量Q的时间为8000h。

计算实例：

使用阀门控制方式的特性曲线15：

水量Q为85％时，所需动力P为91％×200KW＝182KW；

年间电量：182×8000＝1456000KWh。

使用变频器方式的特性曲线16：

水量Q为85％时，所需动力P为61％×200KW＝122KW；

年间电量：122×8000＝976000KWh。

年间节电效果：

1456000KWh-976000KWh＝480000KWh；

1KWh＝0.7元，节省约33万元。

节能改造电机总功率：200KW。

节能改造费用：18万元。

投资回报时间：7个月。

本实用新型中的节电率是指预估的一个平均节电率，不是最终节电率，最终平均节电率根据安装后现场对比试验综合得出。

控制设计都保留原来的操作和控制系统，以便在节电器系统万一发生故障的情况下仍能在短时间内启用原有控制系统，确保生产不受影响。

节电改造后的收益是综合的，其经济效益跟使用时间有关。使用时间越长，收益越大。对于其它潜在收益，比如设备故障成本，设备维护成本，设备更新成本和系统增容成本等综合效益，通过一段时期的统计就可得到很好的反映效果。

本实用新型的水泵电机之间可互为主、副泵，方便使用，发生故障时可轻易切换，维持系统运行在最节能的状态；变频处理单元4具有自动节能控制功能，能根据负载情况自动调整电压，使电机运行在最高效率状态下；优化了电气结构，使得电气控制更简单，更稳定，更经济，综合节电率达到25％以上。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种水泵风机节能装置，其特征在于，包括：启动单元、输出单元、水泵电机单元、变频处理单元、中央控制单元，所述启动单元与输出单元之间依次设有水泵电机单元、所述变频处理单元，所述水泵电机单元包括多个水泵电机，所述水泵单元上对应所述多个水泵电机设有多条线路分别与启动单元和变频处理单元连接，所述中央控制单元与所述变频处理单元连接，所述变频处理单元与所述启动单元反馈连接。

2.根据权利要求1所述的水泵风机节能装置，其特征在于，所述水泵电机单元包括主水泵电机和副水泵电机。

3.根据权利要求2所述的水泵风机节能装置，其特征在于，所述水泵电机单元包括一个主水泵电机和两个副水泵电机。

4.根据权利要求1所述的水泵风机节能装置，其特征在于，所述中央控制单元与变频处理单元之间还设有压力检测单元。

5.根据权利要求1所述的水泵风机节能装置，其特征在于，所述中央控制单元包括一降频计算单元。

6.根据权利要求1所述的水泵风机节能装置，其特征在于，所述输出单元对应水泵电机单元包括多个输出线路。

7.根据权利要求1所述的水泵风机节能装置，其特征在于，所述中央控制单元采用可编程控制器。

8.根据权利要求1所述的水泵风机节能装置，其特征在于，所述变频处理单元采用MM430系列变频器。

9.根据权利要求1所述的水泵风机节能装置，其特征在于，所述水泵电机单元中的水泵电机的功率为200千瓦。

10.根据权利要求1所述的水泵风机节能装置，其特征在于，所述启动单元为软启动器。

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