運用變頻采調(diào)速對濾池反沖洗鼓風(fēng)機(jī)控制的節(jié)能改造

-.z運用變頻采調(diào)速對濾池反沖洗鼓風(fēng)機(jī)控制的節(jié)能改造摘要：濾池反沖洗是恢復(fù)和繼續(xù)發(fā)揮濾池過濾功能的重要手段，只有選擇適宜的反沖洗強(qiáng)度才能滿足濾池反沖洗工藝的要求。本文分析了濾池反沖洗鼓風(fēng)機(jī)原有的閥板節(jié)流控制方式存在的缺陷，采用變頻器對其進(jìn)展調(diào)速控制改造，通過相關(guān)數(shù)據(jù)的測試和比照結(jié)果說明，變頻調(diào)速用于濾池反沖洗鼓風(fēng)機(jī)控制既滿足了生產(chǎn)工藝要求，又具顯著的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)健詞：變頻調(diào)速供水行業(yè)濾池反沖洗節(jié)能降耗前言隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的開展，氣動類元件在工礦企業(yè)中被廣泛應(yīng)用，作為氣動能源的鼓風(fēng)機(jī)，其容量也越來越大，而為其配套的電動機(jī)的容量也隨之增大，且是常年運行。由于鼓風(fēng)機(jī)一直在全壓全速滿負(fù)荷運行中，生產(chǎn)過程中只需要負(fù)荷的70%就滿足工藝要求。而電力拖動的設(shè)計按當(dāng)時的工藝要求以最大負(fù)載來配置電動機(jī)的容量。于是，使電動機(jī)運行效率降低，造成能源浪費，這對常年運行的鼓風(fēng)機(jī)來說很不經(jīng)濟(jì)的。近年來，隨著國際能源高度緊*，各行各業(yè)都在研究對策進(jìn)展節(jié)能降耗，控制生產(chǎn)本錢。為此，我采用目前技術(shù)已很成熟的變頻調(diào)速技術(shù)對我廠的鼓風(fēng)機(jī)糸統(tǒng)進(jìn)展節(jié)能改造。改造后的系統(tǒng)具有能耗低、機(jī)械噪音小、故障維修率低、與計算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)結(jié)形成完善的自動化控制系統(tǒng)，在我廠具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。濾池反沖洗工藝狀況：濾池反沖洗是恢復(fù)和發(fā)揮濾池過濾功能的重要手段，濾池的效率完全依靠有效的清洗來實現(xiàn)。反沖洗強(qiáng)度缺乏，導(dǎo)致濾池清洗不干凈、濾池堵塞較快、產(chǎn)生泥球以至口影響過濾性能；反沖洗強(qiáng)度太大，可能出現(xiàn)濾料層、承托層翻動，膨脹太高，造成跑砂、配水系統(tǒng)故障或漏砂現(xiàn)象。因此，只有選擇適宜的反沖洗強(qiáng)度才能滿足濾池反沖洗工藝要求。凈水廠v型濾池反沖洗工藝要求:濾池滿足反沖洗條件時，先進(jìn)展氣沖，再進(jìn)展氣水混合沖，后進(jìn)展水沖，氣沖強(qiáng)度的大小由鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓的大小來控制，水沖洗的強(qiáng)度由反沖泵流量和揚(yáng)程的大小控制。三、鼓風(fēng)機(jī)原有系統(tǒng)情況1.設(shè)備配置我廠有**鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的型號c60-1.5型軸向?qū)Я?、多級單吸離心式風(fēng)機(jī)二臺，一用一備：進(jìn)口風(fēng)量60m3/min、進(jìn)口風(fēng)壓1Mpa、出口壓力1.5Mpa。匹配電機(jī)型號：Y280S-2型異步電動機(jī)，額定功率為75kw，額定電流140A、額定電壓380V、頻率50Hz、轉(zhuǎn)速2970r/min，三角接法，B級絕緣。采用全壓直接啟動接觸器控制，原主電路及控制電路如下列圖。2.鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)工作原理簡述鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中有三個以其配套的電動閥門：分別是進(jìn)風(fēng)閥、出風(fēng)閥、回風(fēng)閥。初始狀態(tài)進(jìn)風(fēng)閥和出風(fēng)閥關(guān)閉，回風(fēng)閥翻開，電機(jī)空載起動；電機(jī)開啟后，依次翻開出風(fēng)閥和進(jìn)風(fēng)閥，待兩閥門開到位后，關(guān)回風(fēng)閥，待回風(fēng)閥關(guān)到位后，風(fēng)機(jī)開場正常送風(fēng)。鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓是靠人工手動調(diào)節(jié)電動閥門的開度來實現(xiàn)，電機(jī)正常送風(fēng)階段一直在全壓全速運行。四、提出問題在沖洗濾池時，工藝要求反沖洗的強(qiáng)度為14-17/，只需鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)閥開到閥門全程的1/2就能滿濾池反沖洗工藝要求。鼓風(fēng)機(jī)充裕的功率白白消耗在閥門上,降低電機(jī)效率。沒有與電腦控制的濾池的進(jìn)出水閥及氣沖閥配起來。生產(chǎn)工藝要求需二個沖洗強(qiáng)度為最正確，鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量的調(diào)節(jié)是通過人工手動調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)閥的開度來實現(xiàn),未能滿足工藝要求。風(fēng)機(jī)從啟動到正常運行靠控制電動閥門的開關(guān)來實現(xiàn)，相關(guān)設(shè)備多，故障率高。電機(jī)全壓直接起動，起動電流很大，對電網(wǎng)有沖擊，尤其對風(fēng)機(jī)的連軸器、軸承造成嚴(yán)重機(jī)械磨損。五、對提出問題的分析〔一〕從節(jié)能的角度1、變頻調(diào)速的根本原理根據(jù)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式n＝60f(1－s)／p，要調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，只有通過改變同步轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。由n0=60f／p可知，一是通過改變磁極對數(shù)p來實現(xiàn)調(diào)速，但是這種方法的缺點是調(diào)節(jié)是有級的，且極數(shù)很少，電動機(jī)的效率將降低。二是通過改變定子電源頻率f來實現(xiàn)調(diào)速。由no=60f/p可知，當(dāng)頻率連續(xù)可調(diào)時，異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0也連續(xù)可調(diào)，因為電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速nm總是比同步轉(zhuǎn)速n0略低些。所以，當(dāng)n0連續(xù)可調(diào)時，nm也連續(xù)可調(diào)。由于異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0與電源頻率成正比，所以改變電源頻率就能改變同步轉(zhuǎn)速n0，從而實現(xiàn)調(diào)速，這就是變頻調(diào)速。即將工頻50Hz的交流電輸入變頻調(diào)速器，通過整流、儲能元件、逆變器等，變換成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電流，控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，又根據(jù)交流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩公式：T=CΦT2＆∮2可見T與∮、I成正比，又U＝E1=C1F1∮則∮＝E1/F1=U1/F1要滿足電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不變，就要維持U1/F1為一定值，由此，變頻調(diào)速也稱為VVVF調(diào)速方式。鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理分析1、進(jìn)風(fēng)閥門開度為100％時的管網(wǎng)阻力特性曲線2、進(jìn)風(fēng)閥門開度為70％時的管網(wǎng)阻力特性曲線3、轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速n2(f=50Hz)時的風(fēng)機(jī)特性曲線4、轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速n(f=40Hz)時的風(fēng)機(jī)特性曲線風(fēng)機(jī)的設(shè)計工作流量為60m3/min，系統(tǒng)在這一流量下的工作點A點，閥門開度為100%，因滿足濾池一定的氣沖洗強(qiáng)度的工藝要求，風(fēng)機(jī)工作流量須保持Q1=38.8m3/min。原糸統(tǒng)采用了將進(jìn)風(fēng)閥門調(diào)節(jié)在70%位置的方法，這樣相當(dāng)于增加了風(fēng)機(jī)管道阻力，使管道阻力曲線由1升至2，糸統(tǒng)工作點由A點轉(zhuǎn)到B點運行。從圖上看出此時風(fēng)機(jī)進(jìn)出風(fēng)壓力差由H上升到H1，此時電機(jī)輸出軸功率P1與BHOQ成正比，采用變頻調(diào)速后，電機(jī)轉(zhuǎn)速由ne至n1在轉(zhuǎn)速下的特性曲線為3，系統(tǒng)工作點由B點轉(zhuǎn)列C點，可見在滿足同樣流量Q1的情況下，風(fēng)機(jī)進(jìn)出風(fēng)口壓力差由采用閥板節(jié)流時的H1下降到H2，由于出風(fēng)口壓力保持不變，因而進(jìn)出風(fēng)口壓力差的變化就是風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口壓力變化的反響，此時電機(jī)輸出軸功率P2與CH2OQ1成正比，采用變頻調(diào)速后節(jié)約的軸功率∠P與BH1H2C面積成正比。假設(shè)將采用閥板節(jié)流時風(fēng)機(jī)消耗的電能表示為：W1=KH1Q1，采用變頻調(diào)速比閥板節(jié)流節(jié)省的電能為：W1-W2=K(H1-H2)Q1=KQ1^H在一樣出口壓力、一樣流量Q1下的節(jié)電率為:r=(W1-W2)/W1=KQ1^H/KH1Q1=^H/H1由此可見,取消閥板調(diào)節(jié),采變頻調(diào)速,是一種行之有效們節(jié)能措施.〔二〕從工藝要求工藝要求保正在沖洗初期有足夠的強(qiáng)度沖開較臟的濾料層,在該強(qiáng)度下運行一個時間段后,下降到下一個速度運行,使此時的氣沖強(qiáng)度正好滿足工藝要求.采用變頻調(diào)速的多段速度控制正好滿足工藝要求.從起動過程看由于電機(jī)直接起動，起動電流高達(dá)額定電流的4~7倍，將對電網(wǎng)形成沖擊，引起電壓波動，對接觸器主觸頭造成損壞?？旖莸钠饎?，常常對機(jī)械形成沖擊，縮短機(jī)械傳動軸、軸承的使用壽命。還有與鼓風(fēng)機(jī)配合的三個電動閥門控制復(fù)雜，故障率高，維修量大。采變頻調(diào)速后，由于其輸出頻率可以從很低頻率開場，實現(xiàn)了軟起動，有效地降低起動電流，減少對電網(wǎng)、電機(jī)、接觸器的沖擊。延長機(jī)械傳動局部的使用壽命，取銷了與鼓風(fēng)機(jī)配合的三個電動控制閥門，減少大量維修工作量。通過上述三方面分析可見，鼓風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速控制，在企業(yè)節(jié)能中將具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。六、解決問題1．改造后的系統(tǒng)示意框圖由下列圖可見，鼓風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)采用二段速度控制，與計算機(jī)聯(lián)結(jié)形成完善的自動化控制，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓與風(fēng)量的調(diào)節(jié)通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)，滿足工藝要求。2、變頻器調(diào)速的多段速度控制通過變頻器鍵盤操作，設(shè)置參數(shù)從端子選擇運行/停頓,由變頻器內(nèi)部提供15V電源接到9號端子,由沖洗濾池的工況決定第一速度段的輸出頻率(50HZ以下)接到16號端子,第二段速度頻率(40HZ以下)接至端子8。鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速糸統(tǒng)就是根據(jù)多段速度的控制作用,自動調(diào)整變頻器的輸出頻率的上下,以此來調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。3．變頻器選擇1〕鼓風(fēng)機(jī)配置的電動機(jī)為Y280S-2,功率為75KW、頻率為50Hz、額定電壓380V、額定電流140A、轉(zhuǎn)速2970r/min。我們選用了二臺西門子ECO變頻器該變頻器主要技術(shù)參數(shù):可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載能力為75KW、負(fù)載電流為140A、輸入電壓380-415V、3相、頻率50Hz、最大輸出為380-460V、其電子熱繼電器可調(diào)*圍20%-120%變頻器額定電流,頻率可調(diào)*圍0-400Hz。頻率設(shè)定方式：操作面板、電位器、電壓全信號(0-10)、電流信號(4-20)。該變流器有如下技術(shù)特點:該變流器是全數(shù)字電壓型IGBT功率器件模塊化構(gòu)造通用糸列標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,可實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩限定、轉(zhuǎn)矩提升、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償控制、瞬間電源故障后的平穩(wěn)恢復(fù)、自動加速/減速控制,自動節(jié)能運行,并有高可靠的保護(hù)和錯誤分柝、診斷、顯示等功能2)變頻器調(diào)速的多段速度控制通過變頻器鍵盤操作，設(shè)置參數(shù)從端子選擇運行/停頓,由變頻器內(nèi)部提供15V電源接到變頻器9號端子,由沖洗濾池的工況決定,設(shè)置第一速度段的輸出頻率信號(50HZ以下)從變頻器16號端子輸出,與中間繼電器KA1的常開觸點連按,再與變頻器9號端子連按,完成第一速度段控制。設(shè)置第二段速度頻率信號(40HZ以下)從變頻器8號端子輸出,與中間繼電器KA2的常開觸點連按,再與變頻器9號端子連按,完成第二速度段控制。鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速糸統(tǒng)就是根據(jù)多段速度的控制作用,自動調(diào)整變頻器的輸出頻率的上下,以此來調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。3、改造后的電路設(shè)計本采統(tǒng)的電路設(shè)計是：由于與計算機(jī)聯(lián)接形成自動化控制，結(jié)合變頻器的控制特點，取消了與鼓風(fēng)機(jī)配合的三電動閥門的控制電路，軸承的溫控和故障報警引至計算機(jī)控制，改造后的電路簡單明了，同時滿足控制要求。見圖10所示改造后的主電路及其控制電路。主電路由圖10可見，接觸器KM用于將電源接至變頻器的輸入端，將變頻器的輸出端接至電動機(jī)?！?〕控制電路由圖10可見運行方式由三位開關(guān)SA進(jìn)展選擇.手動控制：當(dāng)SA合至〞手動〞運行方式時,按下起動按鈕SB2,接觸器KM得電吸合,將工頻電源按到變頻器輸入端,并允許電動機(jī)起動。按下SB4,中間繼電器KA動作并自鎖,進(jìn)而使中間繼器KA1和時間繼電器KT得電吸合,電動機(jī)開場升速,進(jìn)入〞變頻運行〞第一段速度控制,60秒后KT常閉觸點延時斷開,KA1失電，完畢第一段速度控制，同時KT常開觸點通電延時閉合，中間繼電器KA2得電吸合，變頻器進(jìn)入第二速度運行，沖洗時間到，按下SB3，KA失電，變頻器停頓運行。按下SB1，接觸器KM失電，風(fēng)機(jī)手動操作完畢。自動控制：將SA合至“計控〞運行方式，當(dāng)濾池的沖洗條件滿足，由中央控制室的計算機(jī)系統(tǒng)向鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)出控制指令信號，PC觸點閉合，接觸器KM得電吸合，將工頻電源接到變頻器輸入端,并允許電動機(jī)起動。當(dāng)變頻器起動條件滿足，計算機(jī)控制的指令觸點閉合，中間繼電器KA動作，進(jìn)而使中間繼器KA1和時間繼電器KT得電吸合,變頻器進(jìn)入第一段速度段運行，電機(jī)開場升速并在設(shè)定的頻率*圍運行，60秒后KT常閉觸點延時斷開,KA1失電，完畢第一段速度控制，同時KT常開觸點通電延時閉合，中間繼電器KA2得電吸合，變頻器進(jìn)入第二段速度運行，根據(jù)工況要求由計算機(jī)設(shè)定的沖洗時間到，控制變頻器的計控觸點斷開KA2失電，變頻器停頓運行，鼓風(fēng)機(jī)自動控制完畢。4變頻器的外部接線六、變頻器調(diào)速系統(tǒng)的安裝與調(diào)試1.系統(tǒng)安裝變頻器是一臺全電力半導(dǎo)體設(shè)備,由于它對環(huán)境及其按線要求較高.結(jié)合我廠風(fēng)機(jī)房的實際情況,我們將原來三個電動閥門的主控制電路取消,在原處合理布局空氣開關(guān)、接觸器、變頻器,使變頻器豎立安裝柜內(nèi)左側(cè),空氣開關(guān)和按觸器在柜右側(cè),從而使安裝環(huán)境、散熱效果、維護(hù)方便性都較為理想。1)主電路線徑的選擇安裝電源與變頻器之間及變頻器與電動機(jī)之間的導(dǎo)線,采用與原主電路一樣截面積的120mm2銅導(dǎo)線安裝。變頻器的R、S、T三端通過接觸器KM接入斷路器QF后的三相交流電源,變頻器的U、V、W三端與電動機(jī)相接。2)控制線路的選擇安裝控制線路的接線主要是開關(guān)量控制線,由起動、停頓、速度調(diào)整等控制組成的開關(guān)量控制線,由于開關(guān)量的抗干擾能力較強(qiáng)且接線距離近,故沒有使用屏蔽線。只采用普通的1.5mm2的絕緣軟銅線。變頻器、電動機(jī)的接地線(16mm2)接到同一點上。2.系統(tǒng)調(diào)試在調(diào)試過程中,我們以濾池反沖洗工藝對氣沖強(qiáng)度的要求為依據(jù)制定調(diào)試方案,具體步驟如下：1)按說明書的要求不帶電機(jī)對變頻器檢查,對各項功能和數(shù)據(jù)進(jìn)展設(shè)置和更改。2)帶上電動機(jī)進(jìn)展帶負(fù)載調(diào)試。先把鼓風(fēng)機(jī)起動,運行到正常轉(zhuǎn)速,然后逐步把進(jìn)風(fēng)閥門翻開。緩慢減小電機(jī)輸入電壓頻率,觀察風(fēng)量、風(fēng)速、電流的變化,調(diào)到達(dá)列工藝要求的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為止。反復(fù)進(jìn)展屢次,確定調(diào)速的頻率*圍。2)變流器的主要參數(shù)設(shè)置：(1)頻率上限、下限設(shè)定。最高頻率設(shè)定為43Hz,即電機(jī)最高轉(zhuǎn)速限制在2550r/min以內(nèi),以防風(fēng)機(jī)風(fēng)量過大造成跑砂、濾板損壞等問題。最低頻率設(shè)定為28Hz，即風(fēng)機(jī)啟動時，頻率由零迅速上升到28Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速線性增加到對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。防止了因頻率過低，啟動時間長，啟動轉(zhuǎn)矩缺乏的問題?！?〕加速、減速時間設(shè)定。在啟動變流器后，觀察加速過程中的輸出電流，假設(shè)出現(xiàn)電流過大，則延長加速時間，反之縮短加速時間；在停頓變流器運行后，觀察減速過程是否出現(xiàn)直流電壓，假設(shè)出現(xiàn)，則延長減速時間，否則可縮短減速時間。根據(jù)現(xiàn)場試驗，