說到風機和水泵的節能技術改造，人們會想到采用變頻器的變頻調速技術。但是，當設備的工況比較穩定時，是否有必要采用變頻調速技術實現節能技術改造，答案是否定的，下面是一個這樣的例子。

　　設備概述

　　冷凍水泵變頻調速的節能原理

　　很多風機、泵都是恒速驅動電機，但實際生產中對風、水流的要求，在量產離心泵給定的工況下，甚至在變工況下，往往是行不通的。而且系統配置設計中還有很多設備，在選擇設備時為了降低匹配成本，總是選擇市場量產的產品進行配置。為保證設備給定的產出率，大部分產能選擇過大，系統匹配有儲備余量，在實際生產中往往出現“大馬拉大車”，造成大量能源浪費。因此，做好這方面的節能工作對企業效益具有錦上添花的意義。

　　項目簡介

　　本系統采用兩臺10kw陶瓷離心泵作為生產工藝設備的冷卻水循環驅動泵，分別為兩個管道系統提供閉路水，運行方式為互為備用(帶連接管閥)，將-30℃的冷凍水送至各設備冷卻。由于生產工藝不同，冷卻要求不同，水泵的循環流量往往在最大值和最小值之間的不同工況下工作。在過去的工作中，常采用閥門節流或旁通來控制流量(，使循環泵的流量在不確定的狀態下很大或很小(根據物料溫度隨時調整)；總有零流量。為了避免泵堵塞，管路系統中有一個旁通回路(約為額定容量的15%)來維持一定的流量，使得泵電機產生大量的空轉循環功耗。這種運行特點，即使采用開環變頻調速，也不能節電，滿足生產工藝要求；因此，它被允許在自然狀態下運行。針對這種情況，用了近半年的時間跟蹤、記錄、研究并向公司提交了以冷凍水循環主管壓力為主要目標的閉環變頻調速技改節電方案。10年7月，其中一臺以設備檢修為契機進行了改造并投入運行。從材料采購到調試運行，用了近20天，取消了管道系統中的維修回流旁通管道(閥門關閉)，泵也沒有像以前那樣滿負荷運行。雖然沒有實際的節電效果(復產要求加速)，但是取消檢修回流旁通管道這一項，相信是有效的。
　　是什么原因導致水泵采用變頻調速后有節電效果？分析如下:

　　管道特性

　　離心泵安裝在已建立的管道系統中時，實際工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關，還與管道特性有關，即在輸送液體的過程中，泵和管道是相互制約的。因此，在討論泵的工作條件之前，我們應該先了解相關的管道條件。

　　離心泵的流量調節

　　如果工作點的流量大于或小于要求的輸送量，則嘗試改變工作點的位置，即調節流量。具體方法有幾種。

　　改變閥門的開度

　　改變離心泵出口管道上的閥門開關的實質是改變管道的特性曲線。閥門關閉時，管道局部阻力增大，管道特性曲線變陡，曲線1所示，工作點從M向M1移動，流量從Q向Q1減小。當閥門開大時，管道阻力減小，管道特性曲線變得更平坦。當工作點移動到M2時，流量增加到Q2。

　　用閥門調節流量快捷方便，流量可連續變化，適合連續變化生產。因此被廣泛使用。缺點是閥門關閉時阻力損失增大，管道能耗增加，不太經濟，這是能實現經濟節能的主要因素。

　　改變泵速。

　　改變泵的速度實質上是改變泵的特性曲線。原泵速為N，工作點為M，如果泵速增加到n1，泵特性曲線H-Q上移，工作點從M移到M1，流量從QM增加到QM1。如果泵速降低到n2，工作點移動到M2，流速降低到QM2。這種調整方法可以保持管道特性曲線不變。當流量隨著轉速的降低而降低時，阻力損失也相應降低，這似乎是合理的。但需要變速裝置或價格昂貴的變速原動機，操作復雜，維護工作要求也很高，所以在實際生產設備中很少使用。

　　從以上分析可以看出，在VFD問世之前，通過改變泵的葉輪轉速來實現泵與管路系統的特性匹配是困難而復雜的。因為閥門節流簡單又賺錢，所以幾乎習慣通過調節閥門開度來調節流量，應用廣泛。所以風機和水泵的節能大多局限在制造過程中提高風機和水泵的效率。目前半導體VFD在今天被廣泛使用，在技術上無障礙，安裝、使用、維護簡單。況且，從經濟角度來看，也有足夠的理由。

　　此外，管路系統應盡可能布置合理，采用管阻小的復合材料也可降低管路損失。但是，如果仍然采用節流流量控制，從上面的分析可以看出，節流操作帶來的損失是不可避免的。

　　變頻調速與節能的實現

　　當采用速度控制時，當流量要求從Qm降低到Qm1時，阻力點是恒定的，即管路系統的特性是恒定的，泵的特性取決于轉速。如果速度從N100降低到N80，工作點將從M點移動到M2點，揚程將從H0下降到H2，流量QM將下降到QM2。

　　根據離心泵的特性曲線公式:

　　p=QHr/102η(3.3-20)

　　式中:P——水泵在工作狀態下的軸功率(kw)

　　Q——工作點的水壓或流量(m3/s)；

　　H——工作點的升程(m)；

　　R——輸出介質的單位容重(kg/m3)；

　　η——工作點的泵效率(%)。

　　在B點運行的泵的軸功率和在C點運行的泵的軸功率可以計算如下:

　　PB=(3.3-21)

　　PC=(3.3-22)

　　它們之間的區別是:

　　δρ=pB-PC=(3.3-23)

　　也就是說，當用閥門控制流量時，△P功率被損耗浪費掉了，這種損耗會隨著閥門不斷關小而增加。采用調速時，根據流量Q、揚程H、功率P和轉速N的關系，以及離心風機和水泵的比例定律，即:

　　可以看出，流量Q與轉速N的一次方成正比；揚程h與轉速n的平方成正比；軸功率p與轉速n的三次方成正比，即功率隨轉速的三次方減小。如果不是關小閥門，而是降低電機轉速，在輸送同樣流量的情況下，完全可以避免閥門內消耗的原始功率，從而達到節能的效果，這就是水泵調速節能的原理。變頻調速的基本原理是基于交流電機工作原理中的速度關系:

　　N=(3.3-24)

　　式中:f——水泵電機的工頻(Hz)；

　　電機的p極對；

　　n-電機速度

　　從式(3.3-24)可以看出，均勻改變電機定子繞組的工頻f，可以平滑地改變電機的同步轉速。當電機轉速降低時，軸功率相應降低，電機的輸入功率也相應降低。這就是水泵變頻調速的節能功能。

　　總結。

　　這個例子再次說明了水泵運行中變頻調速可以節電的原因和原理。說明節能的潛力在于優化運行方式，改造設備，使泵的運行特性與工藝設備相匹配。在滿足生產工藝的前提下，讓設備匹配好，是我們一直追求的目標，但實際上實現起來非常困難。變頻調速技術的應用是實現現場人工操作無法實現的跟蹤和實時調節的手段。試想，如果生產系統不具備非設計條件，顯然是無能的。

　　在這種情況下，使用風機和水泵專用的PID比例調節器VFD(深圳產正弦品牌)。VFD有十幾個內部設置參數。因此，需要參考相應的VFD用戶手冊反復修正其值，才能使輸出穩定，需要避免使設備工作在超調和振蕩狀態。

　　附言

　　通過三種不同類型的例子說明:雖然具有節電功能的設備，如果應用不科學，是達不到節電效果的。第二，說明節能措施不一定要用變頻調速技術。只要設備運行比較穩定，有節電潛力，經濟實用的方案應該是我們的首選。第三，節能技術改造計劃的制定，必須在詳細調查研究和認真分析的前提下，根據設備的實際運行情況，才能達到我們的目的。

　　變頻調速在大多數設備上的應用有一定的節能效果，也取得了一定的效果。通過提高功率因數，改善生產設備系統的性能匹配，智能跟蹤現場變工況生產過程，保護設備，達到節能的目的。但是變頻并不能處處省電，有很多場合變頻并不一定省電。此外VFD的另一個軟啟動功能也可以幫助我們省電，尤其是應用在大慣性、大功率電驅動時，可以有效降低設備的啟動能耗。另一方面，該功能還可以降低機械設備的故障率，延長設備的使用壽命。