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锅炉给水泵最佳运行工作点的分析与控制

发布日期: 2018-05-04
浏览人气: 208

一、锅炉给水泵、性能曲线及最佳工作点

锅炉给水泵是利用叶轮在固定的壳体内高速旋转而将能量传递给流体的。当叶轮随轴旋转时,叶片间的流体也随着叶轮旋转而获得离心力,并使流体从叶片之间的出口处被甩出,高速流体离开叶片顶部后进入扩散腔,流速开始降低,流体的动能转换为较高的压力能,流体被甩出后,叶轮中心部分的压强降低,外界的流体就能从泵的吸入口进入,源源不断的输送流体。


锅炉给水泵的性能可以利用泵的流量——扬程曲线来说明:


锅炉给水泵最佳运行工作点的分析与控制

图1    锅炉给水泵性能曲线


图1为典型的一台18.5kw锅炉给水泵性能曲线,锅炉给水泵的流量取决于泵的扬程,泵的扬程提高时,流量降低,流量降低的速率取决于泵的设计。


典型泵性能曲线上也包括其效率曲线以及轴动率(BHP)曲线,两者都是根据对应的流量绘制的,泵的效率是泵流体功率与泵轴功率之比。


效率曲线和轴功率曲线(BHP)的交点就是该锅炉给水泵的最佳工况点,在最佳工况点,无论从能效角度还是从维护保养角度来考虑,锅炉给水泵的运行都是最经济的,如果泵运行的工况点远离最佳工况点,会加快轴承、机械密封和另部件的磨损,在实际运用中能够连贯的保持泵在最佳工况点运行操作是非常困难的,因为系统的负荷需求是经常变化的,然而,保持泵运行在其最佳工况点附近的合理范围内将大大降低整个系统的运行成本,又能满足系统的负荷要求。 


二、锅炉给水泵的相似定律

锅炉给水泵的设计和制造通常是按照系列进行的,同一种系列中,大小不等的泵都是相似的,满足相似定律,相似定律不仅用于泵的设计,而且对于泵的运行、调节、甚至选型非常重要。


1、当转速改变时对性能参数的换算

锅炉给水泵的性能参数都是针对某一特定的转速n0而言的,当实际转速n和n0不同时,可用相似定律求出新的性能参数,此时,相似定律可简化为:

多级离心泵最佳运行工作点的分析与控制

公式(1)

多级离心泵最佳运行工作点的分析与控制

公式(2)

多级离心泵最佳运行工作点的分析与控制

公式(3)

式中:qv——流量;

      H——扬程;

      P——功率;

      n——转速。

上述公式是同时成立的,也就是说,当泵的转速降低时,扬程成平方关系降低,而功率成立方比例减少。


2、输送流体密度改变时的换算

当输送流体的密度改变时,相似定律简化为:

多级离心泵最佳运行工作点的分析与控制

公式(4)

多级离心泵最佳运行工作点的分析与控制

公式(5)

多级离心泵最佳运行工作点的分析与控制

公式(6)

式中:qv——流量;

H——扬程;

P——功率;

ρ——密度。


通过上述几个公式可看出:当泵所输送的流体密度发生变化时,体积流量和扬程不变,但泵的功率会发生变化。


三、锅炉给水泵最佳运行工作点的计算与控制

锅炉给水泵系统由变频调速器、泵、管道及阀门组成,由于系统的负荷需求是经常变化的,为此能持续保持泵在最佳效率点运行操作是非常困难的。


然而为了锅炉给水泵系统运行能提高能效达到节能的目的,我们能进行泵最高效率点附近作为泵最佳运行工作区(点)选择出来,作为用户使用泵系统运行工作点的调节导向是必要的。


锅炉给水泵最佳工作点选择的程序:

(1)下载泵铭牌上的明示参数,包括额定功率PN(kw),额定流量Q(m³/n)和额定扬程H(m);


(2)向锅炉给水泵的制造商索取性能曲线,如图1所示的包括流量——扬程曲线(qv-H)、效率曲线和轴功率曲线BHP(p-qv)。

锅炉给水泵最佳运行工作点的分析与控制

图2  锅炉给水泵性能曲线


(3)由图2可知,该锅炉给水泵最佳工作点A,流量为65m³/h,扬程为30m,轴功率为15kw。

每吨水(m³)消耗电能为   多级离心泵最佳运行工作点的分析与控制

(4)最佳工作点A处电动机转速及频率的计算

运行中是采用变频调速器来控制锅炉给水泵的最佳工况A点,那么应计算流量为65m³/h时的运行转速,继而计算出此时运行的频率为多少。


根据公式(3)可得到,在BEP点泵的运行速度n为:

多级离心泵最佳运行工作点的分析与控制

式中:P0——电动机额定功率为18.5kw

n0——电动机额定转速为1465r/min;

P——在A点泵的输入轴功率为15kw。

所以

多级离心泵最佳运行工作点的分析与控制

根据公式(7)可得:

锅炉给水泵最佳运行工作点的分析与控制

式中:f——电动机电源频率,即变频器输出频率,Hz;

P——电动机极对数,这里为2;

n——电动机运行速度,为1187.8r/min。

所以

多级离心泵最佳运行工作点的分析与控制

这样通过调节变频器输出频率,使电动机转速控制在1187.8r/min,即变频器输出频率调整为40Hz。


当然在工程应用上不会是一个点,而是一个频率带,基于此,我们可以将变频器输出频率调整为38Hz~42Hz范围内,认为此时锅炉给水泵运行在最佳区域内。


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