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泵送系统基础：使用可调速驱动器控制泵泵送系统基础：使用可调速驱动器控制泵离心泵通常在很宽的工况范围内运行。例如，许多冷却系统经历由环境工况、占用率和生产需求变化引起的可变负载。为了适应需求的变化，可以通过以下四种方法中的任何一种来控制流量：旁通管路、节流阀、多泵布置（如该系列前面文章所述）或泵转速调节。 旁通管路 旁通管路提供精确的流量控制，同时避免了泵“空转”的危险。空转是指泵的流量被关闭的下游阀门完全阻塞的情况（即在关死点流量下运行 – 泵沙龙注）。不幸的是，旁通流量通常是能效最低的流量控制选项。 节流阀 节流阀通过两种方式提供流量控制：通过增加上游背压（从而减少泵流量）和直接耗散流体能量。通过增加泵的背压，节流阀会降低泵送系统的效率。在低静压头系统中，变速运行可以使泵在给定扬程或流量的最佳效率点（BEP）附近运行。 泵转速调节 泵转速调节是控制泵流量的最有效手段。降低泵转速意味着传递给流体的能量更少，并且需要节流或旁通的能量更少。降低泵转速的主要方法有两种：使用多速泵电机和使用可调速驱动器（ASD）。尽管两者都直接控制泵的输出，但多速电机和ASD的应用完全不同。 多速电机针对每台电机转速包含一组不同的绕组，因此，它们比单速电机更昂贵且效率更低。另外，多速电机在离散速度范围内也缺乏细微的变速能力。 相反，ASD允许在连续范围内调整泵的转速，避免了从一个转速跳到另一个转速的需要。ASD使用几种不同类型的机械和电气系统来控制泵的转速。机械ASD包括液压离合器、液力耦合器、可调节皮带和滑轮。电气ASD包括涡流离合器、绕线转子电机控制器和变频驱动器（VFD）。VFD通过调节提供给电机的电源的电气频率来改变电机的旋转速度。VFD是迄今为止最常见的ASD类型。 图1：降低转速对泵性能的影响 然而，并非所有系统都适用于泵转速调节。在具有高静压头的应用中，降低泵的转速可能会引起振动并产生性能问题，这与泵逆着其关闭扬程运行时发现的问题类似。然而，对于静压头占总压头很大一部分的系统，操作人员在决定是否使用ASD时应谨慎。操作人员应审查ASD在类似应用中的性能，并咨询ASD制造商，以避免泵在高静压头工况下运行过慢时可能造成的损坏。 提高系统运行效率 VFD可以通过提高泵的运行效率来降低运营成本。然而，大部分节省来自于减少摩擦或旁通流量损失。 从系统的角度来确定在无用的工作中流体能量耗散的区域，通常会揭示降低运营成本的机会。例如，在许多系统中，通过旁通管路的流量增加不会对泵上的背压产生明显的影响。因此，在这些应用中，泵的效率在低流量需求期间不一定会下降。然而，通过分析整个系统，操作人员可以识别推动流体通过旁通管路和节流阀时的能量损失。图2描述了旁通阀工作造成的能量损失；图3描述了节流造成的能量损失（请注意，图2和图3只是说明性的，并不代表实际的泵曲线）。 图2：通过旁通管路的流体能量损失 图3：通过节流阀的流体能量损失 VFD的一个主要优点是，它们可以通过降低整个系统的流量或扬程来减少能量损失。通过降低泵的转速，并在不需要时减少传递给系统的流体能量，VFD大大节省了每加仑泵送液体的成本。另一个与系统相关的优点是VFD提供了软启动功能。在启动过程中，大多数电机都会经历比正常工作电流高5到6倍的冲击电流（当电机达到正常转速时，这种高电流会消失）。 VFD允许电机以较低的启动电流启动 - 通常只有正常工作电流的1.5倍左右，这减少了电机及其控制器的磨损。 维护要求 作为附加的系统设备，VFD需要维护和维修。然而，在许多应用中，VFD降低了对泵、系统管道和组件的维护要求。这些维护节省背后的主要因素是减少了泵上的负载，以及传递给系统的静态和动态流体力的降低。 通过降低泵的运行速度，VFD通常将BEP移动到与泵的正常运行速度相对应的BEP的左侧。在这些情况下，由于当泵以BEP运行时，泵上的轴承负载是最低的，因此在低流量期间BEP的这种偏移允许泵以较低的轴承负载和较小的轴偏转运行。大多数泵轴承是滚柱或滚珠轴承，它们的设计使用寿命是负载立方的函数。因此，使用VFD可以延长轴承维护任务之间的时间间隔。 此外，VFD还可减少管道和管道支架上的应力。当系统流量远远超过设备需求时，多余的流体能量将以噪音和振动的形式耗散。振动会引起机械接头的松动，并导致管道和管道支/吊架的焊缝出现裂纹。通过减少流体能量，VFD可以减少系统磨损。 VFD的局限 尽管使用VFD可以帮助降低运行和维护成本，但它们并不适用于所有应用。当泵的转速降低时，它产生的压力就会降低。在高静压头应用中，VFD的使用会减慢泵的转速，使其在关闭扬程工况下或接近关闭扬程的工况下运行。因此，在设置最小流量（通常与泵的额定转速相对应）时，泵会遇到与制造商试图防止的同样的恶劣条件。其后果包括更大的轴偏转、高振动水平和高轴承负载。 电源质量也是一个问题。VFD通过将交流（AC）线路电源整流为直流（DC）信号，然后将该信号逆变并调节为发送给电机的交流电源。通常，逆变器在提供给电机的电源中产生谐波。这些谐波会导致电机绕组在更高的温度下工作，从而加速绝缘层的磨损。考虑到增加的绕组热量，当与VFD一起使用时，电机通常会降低5%至10%的功率。已经开发出了一种被称为“逆变器负载”的电机类型，以更好地将VFD与电机相匹配。 在一些电气系统中，逆变器产生的谐波会被与VFD有共同连接的其它电气线路拾取。因此，对电源中的微小干扰敏感的系统应与VFD电源分开使用。 在某些应用中，VFD会导致轴承寿命缩短。VFD逆变器电源的三相之间的相互作用有时会在电机轴承上产生小电压。因此，这些轴承可能会出现点蚀和加速磨损。VFD制造商对这个问题都很熟悉，可以使用几种方法来纠正它，这些方法包括绝缘某些轴承、轴接地和调节电源。 最后，由于没有考虑到与VFD安装相关的一些损失，因此在一些应用中没有实现预期的节能。VFD本身的效率约为95%至97%，并且电动机效率通常在低于满载75%时开始降低。此外，提供给电动机的电源质量会影响其效率和额定功率。 尽管VFD在许多应用中是一个有吸引力的选择，但在安装VFD之前，所有这些考虑因素都应该纳入到可行性研究之中。 |
