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變頻器調速在礦山節能中的應用

變頻器調速在礦山節能中的應用

1 引言
  通風、排水、壓氣、提升是地下礦山著名的4大件,也是礦山設備中的耗能大戶。目前,礦山企業所使用的水泵及風機均為交流拖動,且大多都采用通過改變出口閥門的開啟度來調節流量和風量,能量損失很大。為了節約電能,可采用變頻調速裝置,通過調節電動機轉速來控制流量和風量。
2 水泵、風機變速運行與節能的關系
  現以離心水泵為例,說明變速運行與節能的關系。
  離心水泵在礦山應用較為廣泛爱彩乐手机版,其輸出特性既決定于水泵的種類,也隨供水管網的阻力特性曲線不同而異。一般說來爱彩乐手机版爱彩乐手机版,當一臺水泵在一定轉速下輸送一定流量時,必然會有同此流量相對應的揚程爱彩乐手机版、功率和效率。當調節水泵出口處調節閥的開啟度時,這些數值亦相應地改變,離心水泵的性能曲線就是表示在一定的轉速下,不同的流量與其相對應的揚程、功率、效率之間的相互關系,如圖 1所示。圖1中爱彩乐手机版,曲線①為流量-揚程曲線;曲線②為流量-功率曲線;曲線③為流量效率曲線。
  離心泵的特性曲線公式如下:
 ?。?)
  式中: P—泵的軸功率(kw)
  H—揚程高度(m)
  Q—泵的流量(m3)
  γ—液體的比重(kg/m3)
  η—泵的效率
  
  圖1 離心泵的特性曲線
  由圖1可見爱彩乐手机版,對水泵而言,只有在原設計的工況點A處工作時,效率才為最高點。偏離這個工況點,效率有所下降。因此,水泵只有在高效區域(B-C之間)運行時,耗能才會降低爱彩乐手机版。
  根據以上分析,按照排水系統的實際流量Q2和揚程H2及與之相適應的使用效率η0,可計算出泵所需要的比較合理的軸功率P0:
 ?爱彩乐手机版。?)
  這樣,整個排水系統節能潛力為:
  W=(P-P0)t (3)
  式中: P—整個系統泵消耗的總軸功率(kw)
  t—水泵年運行時間(小時/年)
  由流體力學及閘閥不同開啟度所測得的數據爱彩乐手机版,可求得管網裝置特性為:
  H2=KQ+Hj (4)
  式中: Hj—水泵進、出口水位的高差(m)
  H2—水泵揚程高度(m)
  Q—流過管網的流量(m3/s)
  K—管路阻力系數
  管網的特性曲線如圖2所示。其中曲線①為泵在全速(100%ηe)運行時的Q-H曲線;曲線②為管網系統閥門全開啟時的阻力特性曲線;曲線③為靜壓高度;曲線④為關小閥門后的阻力特性曲線;曲線⑤為降低速度后(80%ηe)泵的Q-H曲線。
  
  圖2 管網性曲線
  由圖2可見,觀望特性曲線與泵的特性曲線的交點即為泵的正常使用工況點爱彩乐手机版。二者怎樣匹配才能有效地節約電能呢?下面以圖3為例說明這個問題。
  圖3中,水泵運行工況點D是泵的特性曲線ηe與管路阻力曲線R1的焦點。用閥門控制時爱彩乐手机版,減少流量需要關小閥門爱彩乐手机版,使閥門的摩擦阻力變大爱彩乐手机版,阻力曲線從R1移到R1‘爱彩乐手机版,揚程則從H0升到H1爱彩乐手机版,流量從QN減少到Q1,運行工況點從D點移到A點爱彩乐手机版。
  
  圖3 水泵調速時的特性
  用調速控制時,阻力曲線R1不變爱彩乐手机版爱彩乐手机版,泵的特性取決于轉速。如果把轉速從ne降到n1爱彩乐手机版爱彩乐手机版,特性曲線也從ne移至n1爱彩乐手机版,這時,運行工況點從D點移到C點,揚程從H0下降到 H3爱彩乐手机版,流量從QN減少到Q1。
  根據公式(1)以求得:
  A點泵的軸功率
  C點泵的軸功率
  兩者之差為:
 ?。?)
  由此可見,用閥門控制流量時,比用速度控制多浪費的功率為ΔP爱彩乐手机版,并且隨著閥門不斷地關小,ΔP也不斷地增加爱彩乐手机版。
  用轉速控制時,由流體力學原理知道,流量Q同轉速的一次方成正比爱彩乐手机版,而軸功率P同轉速的三次方成正比爱彩乐手机版。因此,采用調速控制方式控制流量爱彩乐手机版,在節能方面的效果是十分明顯的。
  以上的分析過程和結論,對風機也是適用的。
3 風機、水泵變頻調速系統
  對風機進行技術改造時,為避免工程質量和一次性投資過大,可采用如圖4所示的方案。
  其特點如下:
 ?。?) 采用速度開關控制方式,能夠滿足礦山對風機、水泵轉速精度的要求爱彩乐手机版。
 ?。?)保留原供電線路爱彩乐手机版,旁路并入變頻器爱彩乐手机版。正常情況下投入變頻器運行,人工控制其輸出頻率,達到變頻調速的目的。若變頻器發生故障,可通過原供電線路(ZK3、C2爱彩乐手机版、ZK4)繼續給設備供電,使設備不間斷運行。
  由于變頻器的工作原理已被大家熟悉,在此不在獒述爱彩乐手机版。實際應用中,可選用日本SANKEN公司生產的MF系列變頻裝置,該產品為16位微機控制的SPWM調制型GTR變頻調速系統,采用先進的電壓矢量控制方式爱彩乐手机版,可實現超精細、高精度的全數字式變頻控制。同時,由于該裝置保護功能齊全,保證了系統可靠運行。
  
  圖4 系統主電路圖
4 結束語
  變頻調速系統在礦山節能中具有廣闊的發展前景爱彩乐手机版,盡管技術改造時一次性投資可能偏高,但從長遠觀點看,它所產生的效益和創造的價值是巨大的,值得大力推廣應用。?
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