專利名稱：一種水泵風機節(jié)能裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及節(jié)能裝置領域，特別是涉及一種水泵風機節(jié)能裝置。
背景技術：
化工、水泥企業(yè)是國民經(jīng)濟生產(chǎn)中的能源消耗大戶，化工、水泥行業(yè)已被列為國家節(jié)約資源的重點領域之一。在國務院提出加快建設節(jié)約型社會的政策環(huán)境下，提高化工行業(yè)的節(jié)約型制造和應用水平，建立節(jié)約型水泥工業(yè)體系意義重大。在當前國內(nèi)外能源供需矛盾突出的情況下，化工、水泥行業(yè)必須通過各種途徑降低能耗，以獲得最佳的經(jīng)濟效益和最高的勞動生產(chǎn)率?；?、水泥生產(chǎn)中電動機負載電耗就占成本近30%，而水泵用的高壓電動機在電機中占有很大的比重。在使用中，水泵、風機長期固定在最大的轉(zhuǎn)速下運行。由于季節(jié)、晝夜和生產(chǎn)工況的變化，實際水量、風量需求在絕大部分時間內(nèi)遠比設計負載低；在轉(zhuǎn)速固定的情況下，當水泵、風機的水量(風量)過剩時，只能通過閥門進行控制，這樣就造成功耗的嚴重浪費，故對化工、水泥廠的水泵、風機進行變頻節(jié)能改造具有一定的現(xiàn)實意義?，F(xiàn)有技術的水泵耗占總能耗(除電解能耗)的絕大部分，且水泵大部分功率在55KW以上(一套高壓水泵250KW/6000V)，其中包括循環(huán)堿泵、脫氯淡鹽水泵、鹽水中間槽泵、洗滌水泵、回水泵、熱水泵、冷水泵等。大部分水泵閥門開度都有一定的余量，有的閥門開度甚至低于1/3，節(jié)電情況明顯，總共可變頻改造功率大概在1500KW左右。由于現(xiàn)場水泵距離動力控制室距離遠，所以在變頻器選型時，都加大一級選型，以滿足現(xiàn)場工藝控制的需求。針對上述水泵的運行工況，其還存在以下缺點1、水泵采用軟啟動器起動，起動電流為額定電流的3倍，起到一定的降壓啟動，但電流仍然很大，而且不能調(diào)速。2、水泵的電機工作效率低，本地功率因數(shù)低。3、自動化程度不高，水量的調(diào)節(jié)靠現(xiàn)場的節(jié)流閥人工調(diào)節(jié)，造成一定的浪費。4、水泵水量由閥門控制，存在一定的余量，但目前電機不可調(diào)速，仍以工頻運行，造成一定的能量浪費。5、當用水量有偏差時，很難及時調(diào)整閥門，無法根據(jù)實際用水量調(diào)節(jié)出水量，造成能源的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術問題是提供一種水泵風機節(jié)能裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制的功能，無大電流沖擊，水泵使用壽命長，綜合節(jié)電率達到25%以上。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是提供一種水泵風機節(jié)能裝置，包括啟動單元、輸出單元、水泵電機單元、變頻處理單元、中央控制單元，所述啟動單元與輸出單元之間依次設有水泵電機單元、所述變頻處理單元，所述水泵電機單元包括多個水泵電機，所述水泵單元上對應所述多個水泵電機設有多條線路分別與啟動單元和變頻處理單元連接,所述中央控制單元與所述變頻處理單元連接,所述變頻處理單元與所述啟動單元反饋連接。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述水泵電機單元包括主水泵電機和副水泵電機。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述水泵電機單元包括一個主水泵電機和兩個副水泵電機。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述中央控制單元與變頻處理單元之間還設有壓力檢測單元。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述中央控制單元包括一降頻計算單元。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述輸出單元對應水泵電機單元包括多個輸出線路。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述中央控制單元為可編程控制器。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述變頻處理單元為MM430系列變頻器。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述水泵電機單元中的水泵電機的功率為200千瓦。在本發(fā)明一個較佳實施例中,所述啟動單元為軟啟動器。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的水泵電機之間可互為主、副泵，方便使用，發(fā)生故障時可輕易切換，維持系統(tǒng)運行在最節(jié)能的狀態(tài)；變頻處理單元具有自動節(jié)能控制功能，能根據(jù)負載情況自動調(diào)整電壓，使電機運行在最高效率狀態(tài)下；優(yōu)化了電氣結(jié)構，使得電氣控制更簡單，更穩(wěn)定，更經(jīng)濟，綜合節(jié)電率達到25%以上。


圖1是本發(fā)明一種水泵風機節(jié)能裝置一較佳實施例的結(jié)構示意圖；圖2是圖1的一種水泵風機節(jié)能裝置的節(jié)能原理示意圖；圖3是圖1的一種水泵風機節(jié)能裝置的節(jié)能定量分析圖；附圖中各部件的標記如下1、啟動單元，2、輸出單元，3、水泵電機單元，4、變頻處理單元，5、中央控制單元，6、主水泵電機，7、副水泵電機，8、壓力檢測單元，9、線路一，10、線路二，11、線路三，12、水泵在恒定轉(zhuǎn)速下的水壓-水量特性曲線，13、管網(wǎng)水壓特性曲線，
14、增加管網(wǎng)阻力后的特性曲線，15、使用閥門控制方式的特性曲線，16、使用變頻器方式的特性曲線，17、節(jié)能效果，H、壓力，Q、水量，P、所需動力，A、原來的工況點，B、C、新的工況點。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。請參閱圖1，本發(fā)明實施例包括一種水泵風機節(jié)能裝置，包括啟動單元1、輸出單元2、水泵電機單元3、變頻處理單元4、中央控制單元5。所述啟動單元I與輸出單元2之間依次設有水泵電機單元3、所述變頻處理單元4，所述水泵電機單元3包括多個水泵電機，所述水泵單元上對應所述多個水泵電機設有多條線路分別與啟動單元I和變頻處理單元4連接,其中啟動單元I為軟啟動器。啟動電流為額定電流的1/10，無大電流沖擊，同時提高了功率因素，可達到O.9以上，減少了無功率損耗。優(yōu)化了電氣結(jié)構，使得水泵風機節(jié)能裝置的電氣控制更簡單，更穩(wěn)定，更經(jīng)濟，綜合節(jié)電率達到25%以上。水泵電機單元3包括主水泵電機6和副水泵電機7。水泵電機之間可互為主、副泵。本發(fā)明中水泵電機單元3結(jié)構優(yōu)選為一個主水泵電機6和兩個副水泵電機7。水泵電機的功率優(yōu)選為200千瓦。對水泵電機單元3進行變頻處理的工作過程為對其中一臺200千瓦的主水泵電機6實行變頻控制，另外兩臺200千瓦的水泵電機處于待機狀態(tài)；當管網(wǎng)壓力維持在系統(tǒng)設定的壓力時且變頻器有一定的調(diào)頻范圍時，其它兩臺200千瓦的備用水泵不工作；當系統(tǒng)壓力低于設定的低壓且變頻器處于全負荷運行后，系統(tǒng)自動對一臺備用水泵電機進行變頻啟動，同時降低第一臺主水泵電機6的運行頻率，以維持系統(tǒng)運行在最節(jié)能的狀態(tài)。變頻處理單元4采用西門子公司生產(chǎn)的MM430系列變頻器。該變頻器具有自動節(jié)能控制功能，能根據(jù)負載情況自動調(diào)整電壓，使電機運行在最高效率狀態(tài)下。系統(tǒng)壓力波動范圍在O. 01-0. 02MPA之間。其中，系統(tǒng)壓力和變頻器的運行情況的檢測均通過中央控制單元5完成，所述中央控制單元5與所述變頻處理單元4連接,所述變頻處理單元4與所述啟動單元I反饋連接。所述中央控制單元5包括一降頻計算單元。所述中央控制單元5與變頻處理單元4之間還設有壓力檢測單元8。通過所述壓力檢測單元8檢測系統(tǒng)的壓力，并將信息傳送給中央控制單元5，變頻處理單元4也與所述中央控制單元5連接，將變頻器的運行情況信息傳送給中央控制單元5，中央控制單元5根據(jù)壓力經(jīng)檢測單元和變頻處理單元4的信息判斷是否繼續(xù)使用正在運行的水泵電機。若信息均正常，中央控制單元5發(fā)出信號至變頻處理單元4，正常輸出，并將信息反饋給啟動單元1，繼續(xù)運行正在運行的水泵電機。若信息出現(xiàn)異常，中央控制單元5則反饋信息至變頻處理單元4，通過變頻處理單元4發(fā)出啟動備用水泵電機的信號給啟動單元1，并通過降頻計算單元降低正在運行的水泵電機的運行頻率。中央控制單元5為可編程控制器。采用現(xiàn)代控制技術的智能可編程控制器，應用于現(xiàn)場控制?？煽啃愿撸幊毯唵?，使用維護方便。高性能的人機對話，可使整個生產(chǎn)的自動化控制的功能得到大大的加強，操作更為直觀簡單。整套系統(tǒng)手動、自動可選，也可進行遠程監(jiān)控，操作簡單，控制可靠，直觀。遠程控制的方式是采用分散控制系統(tǒng)，可實時監(jiān)控到本發(fā)明水泵風機節(jié)能裝置的運行狀態(tài)。輸出單元2對應水泵電機單元3包括多個輸出線路。本發(fā)明中，對應水泵電機單元3設有線路一 9、線路二 10、線路三11，線路之間輪流運行，不影響生產(chǎn)效率。本發(fā)明的水泵風機節(jié)能裝置采用變頻器對水泵電機進行控制，屬于減少水動力的節(jié)電方法，它和一般常用的調(diào)閥門控制水量的方法比較，具有明顯的節(jié)電效果。參閱圖2可以說明其節(jié)電原理圖中，12為水泵在恒定轉(zhuǎn)速nl下的水壓一水量(H-Q)特性曲線，13為管網(wǎng)水壓特性曲線，此時閥門為全開。假設水泵電機工作在A點效率最高，此時壓力為H2，水量為Ql，軸功率NI與Q1、H2的乘積成正比，在圖中可用面積AH20Q1表示。如果生產(chǎn)工藝要求，水量需要從Ql減至Q2，這時用調(diào)節(jié)閥門的方法相當于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線14，系統(tǒng)由原來的工況點A變到新的工況點B運行。從圖中看出，水壓反而增加，軸功率與面積BH10Q2成正t匕。顯然，軸功率下降不大。如果采用變頻器調(diào)速控制方式，水泵轉(zhuǎn)速由nl降到n2，根據(jù)水泵參數(shù)的水量Q2的情況下，水壓Η3大幅度降低，功率Ν3隨著顯著減少，用面積CH30Q2表示。節(jié)省的功率ΛΝ= (Η1-Η3) XQ2，用面積BH1H3C表示。顯然，節(jié)能的經(jīng)濟效果是十分明顯的。由流體力學可知，用水量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率N與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。采用變頻器進行調(diào)速，當用水量下降到80%時，轉(zhuǎn)速也下降到80 %，而軸功率N將下降到額定功率的51.2%，如果用水量下降到60 %，軸功率N可下降到額定功率的21.6%，當然還需要考慮由于轉(zhuǎn)速降低會引起的效率降低及附加控制裝置的效率影響等。即使這樣，這個節(jié)能數(shù)字也是很可觀的，因此在裝有風機、水泵的機械中，采用轉(zhuǎn)速控制方式來調(diào)節(jié)風量或水量，在節(jié)能上是個有效的方法。
參閱圖3可以做以下的定量計算計算條件電機功率200KW，年間運轉(zhuǎn)時間為8000h ；運轉(zhuǎn)方式85%水量Q的時間為8000h。計算實例使用閥門控制方式的特性曲線15 水量Q 為 85%時，所需動力 P 為 91% X200KW = 182KW ；年間電量182X 8000 = 1456000KWh。使用變頻器方式的特性曲線16 水量Q 為 85%時，所需動力 P 為 61% X200KW = 122KW ；年間電量122X 8000 = 976000KWh。年間節(jié)電效果1456000Kffh-976000Kffh = 480000Kffh ；IKffh = O. 7元，節(jié)省約33萬元。節(jié)能改造電機總功率200KW。節(jié)能改造費用18萬元。投資回報時間7個月。本發(fā)明中的節(jié)電率是指預估的一個平均節(jié)電率，不是最終節(jié)電率，最終平均節(jié)電率根據(jù)安裝后現(xiàn)場對比試驗綜合得出?？刂圃O計都保留原來的操作和控制系統(tǒng)，以便在節(jié)電器系統(tǒng)萬一發(fā)生故障的情況下仍能在短時間內(nèi)啟用原有控制系統(tǒng)，確保生產(chǎn)不受影響。節(jié)電改造后的收益是綜合的，其經(jīng)濟效益跟使用時間有關。使用時間越長，收益越大。對于其它潛在收益，比如設備故障成本，設備維護成本，設備更新成本和系統(tǒng)增容成本等綜合效益，通過一段時期的統(tǒng)計就可得到很好的反映效果。本發(fā)明的水泵電機之間可互為主、副泵，方便使用，發(fā)生故障時可輕易切換，維持系統(tǒng)運行在最節(jié)能的狀態(tài)；變頻處理單元4具有自動節(jié)能控制功能，能根據(jù)負載情況自動調(diào)整電壓，使電機運行在最高效率狀態(tài)下；優(yōu)化了電氣結(jié)構，使得電氣控制更簡單，更穩(wěn)定，更經(jīng)濟，綜合節(jié)電率達到25%以上。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種水泵風機節(jié)能裝置，其特征在于，包括啟動單元、輸出單元、水泵電機單元、變頻處理單元、中央控制單元，所述啟動單元與輸出單元之間依次設有水泵電機單元、所述變頻處理單元，所述水泵電機單元包括多個水泵電機，所述水泵單元上對應所述多個水泵電機設有多條線路分別與啟動單元和變頻處理單元連接，所述中央控制單元與所述變頻處理單元連接，所述變頻處理單元與所述啟動單元反饋連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的水泵風機節(jié)能裝置，其特征在于，所述水泵電機單元包括主水泵電機和副水泵電機。
3.根據(jù)權利要求2所述的水泵風機節(jié)能裝置，其特征在于，所述水泵電機單元包括一個主水泵電機和兩個副水泵電機。
4.根據(jù)權利要求1所述的水泵風機節(jié)能裝置，其特征在于，所述中央控制單元與變頻處理單元之間還設有壓力檢測單元。
5.根據(jù)權利要求1所述的水泵風機節(jié)能裝置，其特征在于，所述中央控制單元包括一降頻計算單元。
6.根據(jù)權利要求1所述的水泵風機節(jié)能裝置，其特征在于，所述輸出單元對應水泵電機單元包括多個輸出線路。
7.根據(jù)權利要求1所述的水泵風機節(jié)能裝置，其特征在于，所述中央控制單元采用可編程控制器。
8.根據(jù)權利要求1所述的水泵風機節(jié)能裝置，其特征在于，所述變頻處理單元采用MM430系列變頻器。
9.根據(jù)權利要求1所述的水泵風機節(jié)能裝置，其特征在于，所述水泵電機單元中的水泵電機的功率為200千瓦。
10.根據(jù)權利要求1所述的水泵風機節(jié)能裝置，其特征在于，所述啟動單元為軟啟動器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水泵風機節(jié)能裝置，包括啟動單元、輸出單元，所述啟動單元與輸出單元之間依次設有水泵電機單元、變頻處理單元，所述水泵電機單元包括多個水泵電機，所述水泵單元上對應所述多個水泵電機設有多條線路分別與啟動單元和變頻處理單元連接，所述中央控制單元與所述變頻處理單元連接，所述變頻處理單元與所述啟動單元反饋連接。通過上述方式，本發(fā)明能夠方便使用，發(fā)生故障時可輕易切換，維持系統(tǒng)運行在最節(jié)能的狀態(tài)；具有自動節(jié)能控制功能，能根據(jù)負載情況自動調(diào)整電壓，使電機運行在最高效率狀態(tài)下；優(yōu)化了電氣結(jié)構，使得電氣控制更簡單，更穩(wěn)定，更經(jīng)濟，綜合節(jié)電率達到25％以上。
文檔編號F04B49/06GK103016322SQ201110281379
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權日2011年9月21日
發(fā)明者張亞坤 申請人:常州蘇控自動化設備有限公司