CN106968933A - 采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法 - Google Patents

采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法 Download PDF

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Abstract

采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法，涉及星轮调速节能***。属于水泵调速领域。解决了现有水泵调速***中电机以恒定不变转速运行时，出水量固定，无法根据每时段用水量不同，来调节出水量的问题。该水泵调速方法包括如下步骤：步骤一：利用润滑油对星轮调速器进行润滑；步骤二：使高压主电机输出转速恒定，通过调节低压调控电机的旋向和转速来调节星轮调速器的输出转速，根据星轮调速器的输出转速来控制水泵的输出转速，从而实现对水泵的变速调节。本发明主要用于对水泵进行调速。

Description

采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法
技术领域
本发明涉及星轮调速节能***。属于水泵调速领域。
背景技术
1400s22型循环水泵固定流量为18000m3/h，扬程25m，配带1600kW电机，电机转速为372r/min，电压6000V。当电机以恒定不变的速度运行时，水泵出水量和压力也固定；但每时段的用水量不同，固定出水量不但能满足生产用水的要求，浪费资源和能源，无法创造更大的经济效益。
目前普遍使用的大、中功率设备调速方式主要是液力耦合器调速、电磁耦合调速和变频调速三种方式，但是现有的变频调速调速方式比较落后，电磁耦合调速和液力耦合器调速存在体积大，安装占用空间、运行效率低、使用寿命短、对高压电机影响大、成本高，能源浪费严重等的缺陷。
发明内容
本发明是为了解决现有水泵调速***中电机以恒定不变转速运行时，出水量固定，无法根据每时段用水量不同，来调节出水量的问题，本发明提供了一种采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法。
采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法，所述的闭环控制水泵的星轮调速节能***包括水泵、1号水泵联轴器、低压调控电机、高压主电机、星轮调速器、膜片联轴器和2号水泵联轴器，
所述的高压主电机的转动输出轴通过2号水泵联轴器与星轮调速器1号转动输入轴连接，且高压主电机输出转速恒定，
低压调控电机的转动输出轴通过膜片联轴器与星轮调速器2号转动输入轴连接，
星轮调速器的转动输出轴通过1号水泵联轴器与水泵的转动输入轴连接；
该水泵调速方法包括如下步骤：
步骤一：利用润滑油对星轮调速器进行润滑；
步骤二：使高压主电机输出转速恒定，通过调节低压调控电机的旋向和转速来调节星轮调速器的输出转速，根据星轮调速器的输出转速来控制水泵的输出转速，从而实现对水泵的变速调节。
所述的闭环控制水泵的星轮调速节能***还包括散热器、油泵、进油管、回油管、油箱和过滤器；
油泵用于将油箱内的润滑油通过进油管泵入过滤器内，
过滤器的出油口与星轮调速器的进油口连通，星轮调速器的出油口通过回油管与油箱连通，
散热器用于对流经进油管的润滑油进行冷却。
所述的步骤一中，利用润滑油对星轮调速器进行润滑的具体过程为：
首先，油泵将油箱内的润滑油通过进油管泵入过滤器，同时通过散热器对流经进油管的润滑油进行冷却；
其次，通过过滤器滤出润滑油中的杂质，
最后，冷却及除杂后润滑油对星轮调速器进行润滑后，通过回油管返回油箱。
所述的采用闭环控制水泵的星轮调速节能***的数学模型为：n水泵＝iH·n主电机±ik·n调控电机，
其中，n水泵为水泵的输出转速，n主电机为高压主电机的输出转速，n调控电机为低压调控电机的输出转速，iH为高压主电机与星轮调速器间的固定传动比，ik为低压调控电机与星轮调速器间的固定传动比。
所述的星轮调速器由两套减速机构并联或者串联构成。
所述的两套减速机构中的一套减速机构为由一级或两级行星机构组成的主功率行星齿轮减速机构，另一套减速机构为由锥齿轮副和行星齿轮结构组合的副功率行星减速机构。
本发明的有益效果：本发明可通过调节低压调控电机的旋向和转速来调节星轮调速器的输出转速，从而多水泵进行变速调节，从而根据每时段用水量不同，来调节水泵的出水量，达到节能的目的。
采用星轮调速器通过调速来调节供水量，节电率一般为20％～70％，通过调节水泵转速来调节水量，循环水泵阀门全开，这大大降低了阀门阻力的影响，可以取得显著的节能效果。
本发明所述的闭环控制水泵的星轮调速节能***可实现大功率设备低速(调控转速)启动，调速方式简单，有效缓解了设备启动电流对电网的冲击，不产生高次谐波，无电网污染，抗强磁冲击能力强。
本发明所述的闭环控制水泵的星轮调速节能***的结构有如下特点：
①机电一体化综合调速。只要改变低压调控电机的旋向或转速，星轮调速器输出轴的转速就会随之改变，从而实现调速的功能。
②以小调大、功率分率、运动合成。通过控制小功率低压调控电机实现驱动高压电机设备调速运行，容易实现自动控制，维护操作方便，调速费用低；调控电机多样化，除采用一个速度的标准电机外，还可采用低压小功率变极调速、变频调速、电磁调速、小型直流调速等电机。
③双向调速、高效节能。既可使设备转速高于电机额定转速、亦可低于电机额定转速，因此可按工况和性能要求设计最合理的设备转速，在一定范围内不受电机额定转速的限制，又使电机材料单位重量传递的功率平均提高1.6倍以上，节材效益显著。
④实现大功率、大扭矩调速。主要适用于功率300kW～6000kW高压电机驱动的风机、水泵、空压机以及磨机、矿井提升机等重载传动设备的调速运行，亦可取代传统的减速器。
⑤与同类产品对比：
目前普遍推广使用的大、中功率设备调速方式主要是液力耦合器调速、电磁耦合调速和变频调速3种方式，具体比较优势如下表(由于液力耦合器技术老旧，在下表不做比较)。
星轮调速器与其它调速方式的比较优势
附图说明
图1为本发明所述的闭环控制水泵的星轮调速节能***的结构示意图。
图2为图1的局部放大图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法，所述的闭环控制水泵的星轮调速节能***包括水泵1、1号水泵联轴器2、低压调控电机7、高压主电机9、星轮调速器10、膜片联轴器12和2号水泵联轴器13，
所述的高压主电机9的转动输出轴通过2号水泵联轴器13与星轮调速器101号转动输入轴连接，且高压主电机9输出转速恒定，
低压调控电机7的转动输出轴通过膜片联轴器12与星轮调速器102号转动输入轴连接，
星轮调速器10的转动输出轴通过1号水泵联轴器2与水泵1的转动输入轴连接；
该水泵调速方法包括如下步骤：
步骤一：利用润滑油对星轮调速器10进行润滑；
步骤二：使高压主电机9输出转速恒定，通过调节低压调控电机7的旋向和转速来调节星轮调速器10的输出转速，根据星轮调速器10的输出转速来控制水泵1的输出转速，从而实现对水泵的变速调节。
本实施方式中，产品制造及安装说明如下：
机电一体化的闭环控制水泵的星轮调速节能***包括星轮调速器、低压调控电机、低压控制柜、滑油***组成。安装星轮调速设备时，将现在的水泵电机端基础重新制作成满足加装调速器的整体基础，制作槽钢焊接的整体公用底座，水泵基础不动，电机基础加长1.8米制作成整体基础作为安装调速器位置。该机组安装调试完毕后，主电机还是额定转速运行，(主电机和控制柜不更换)通过调控电机对水泵转速进行无极调速。
节能算例：
已知：循环水泵电机容量PN＝1600kW。循环水泵额定流量Q0＝18000m3/h，额定扬程H0＝25m，η水泵＝90％。
满足循环水泵出口阀门开度为70％时的水泵工况节能分析
(1)调节出口阀门开度运行时的电动机(即：高压主电机)功率计算：当出口挡板开度为70％时，循环水泵的轴功率Pe1＝80％Pe，电动机的效率η1＝94.6％。
电动机消耗功率P1＝Pe1/η1＝80％Pe/94.6％＝84.6％Pe，Pe为额定工况下轴功率。
(2)调速运行时的电动机功率计算：
调速调节水泵流量时，轴功率、流量、转速之间关系：Pe1/Pe2＝(Q1/Q2)3＝(n1/n2)3。
式中：Pe1——入口阀门开度为25％时，水泵1轴功率kW；
Pe2——调速运行时，水泵1轴功率kW；
Q1——入口阀门开度为25％时，水泵1流量m3/h；
Q2——调速运行时，水泵1流量m3/h；
n1——入口阀门开度为25％时，水泵1转速rpm；
n1——调速运行时，水泵1转速rpm；
水泵轴功率Pe2＝(75.8％)3Pe，电动机效率η2＝93％，调速器的机械效率η调＝96％。
电动机消耗功率P2＝Pe2/η2/η调＝(75.8％)3Pe/93％/96％＝48.8％Pe。
(3)节能率计算：
节能量ΔP＝P1-P2＝84.6％Pe-48.8％Pe＝35.8％Pe。
节能率：ΔP/P1＝35.8％Pe/84.6％Pe＝42.3％。
按每天工作24小时、每年工作时间360天、每度电0.6元计算：(参照销售电价)
每年节约电费：35.8％×1360×24×360×0.6＝2,523,985(元)。
采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法，调速过程简单，通过调节低压调控电机7的旋向和转速来调节星轮调速器10的输出转速，从而多水泵进行变速调节，从而根据每时段用水量不同，来调节水泵的出水量，达到节能的目的，取得显著的节能效果。满足70％循环水泵出口阀门开度工况时，节能率42.3％，年节电费2,523,985元,节能效果显著，按常用工况计算，成本最多不到1年即可收回。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法的区别在于，所述的闭环控制水泵的星轮调速节能***还包括散热器3、油泵4、进油管5、回油管6、油箱8和过滤器11；
油泵4用于将油箱8内的润滑油通过进油管5泵入过滤器11内，
过滤器11的出油口与星轮调速器10的进油口连通，星轮调速器10的出油口通过回油管6与油箱8连通，
散热器3用于对流经进油管5的润滑油进行冷却。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法的区别在于，所述的步骤一中，利用润滑油对星轮调速器10进行润滑的具体过程为：
首先，油泵4将油箱8内的润滑油通过进油管5泵入过滤器11，同时通过散热器3对流经进油管5的润滑油进行冷却；
其次，通过过滤器11滤出润滑油中的杂质，
最后，冷却及除杂后润滑油对星轮调速器10进行润滑后，通过回油管6返回油箱8。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一、二或三所述的采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法的区别在于，所述的采用闭环控制水泵的星轮调速节能***的数学模型为：n水泵＝iH·n主电机±ik·n调控电机，
其中，n水泵为水泵1的输出转速，n主电机为高压主电机9的输出转速，n调控电机为低压调控电机7的输出转速，iH为高压主电机9与星轮调速器10间的固定传动比，ik为低压调控电机7与星轮调速器10间的固定传动比。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法的区别在于，所述的星轮调速器10由两套减速机构并联或者串联构成。
本实施方式中，星轮调速器10由两套减速机构并联或者串联构成，这样便将两种旋转运动合成多自由度和多轴联动的调速运动。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法的区别在于，所述的两套减速机构中的一套减速机构为由一级或两级行星机构组成的主功率行星齿轮减速机构，另一套减速机构为由锥齿轮副和行星齿轮结构组合的副功率行星减速机构。
本实施方式中，星轮调速器10可采用一套通用化和一套标准化的减速机构并联或串联组成。其中一套减速机构是由一级或两级行星机构组成的主功率行星齿轮减速机构，该机构具有高精度的、内外啮合的、多排圆柱齿轮、双自由度的特点；另一套减速机构是由锥齿轮副和行星齿轮结构组合的副功率行星减速机构。两套减速机构串联组合获得两个相互牵联的主功率传动比iH和副功率传动比iK，这样便将两种旋转运动合成多自由度和多轴联动的调速运动。

Claims (6)

1.采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法，所述的闭环控制水泵的星轮调速节能***包括水泵(1)、1号水泵联轴器(2)、低压调控电机(7)、高压主电机(9)、星轮调速器(10)、膜片联轴器(12)和2号水泵联轴器(13)，
所述的高压主电机(9)的转动输出轴通过2号水泵联轴器(13)与星轮调速器(10)1号转动输入轴连接，且高压主电机(9)输出转速恒定，
低压调控电机(7)的转动输出轴通过膜片联轴器(12)与星轮调速器(10)2号转动输入轴连接，
星轮调速器(10)的转动输出轴通过1号水泵联轴器(2)与水泵(1)的转动输入轴连接；
其特征在于，该水泵调速方法包括如下步骤：
步骤一：利用润滑油对星轮调速器(10)进行润滑；
步骤二：使高压主电机(9)输出转速恒定，通过调节低压调控电机(7)的旋向和转速来调节星轮调速器(10)的输出转速，根据星轮调速器(10)的输出转速来控制水泵(1)的输出转速，从而实现对水泵的变速调节。
2.根据权利要求1所述的采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法，其特征在于，所述的闭环控制水泵的星轮调速节能***还包括散热器(3)、油泵(4)、进油管(5)、回油管(6)、油箱(8)和过滤器(11)；
油泵(4)用于将油箱(8)内的润滑油通过进油管(5)泵入过滤器(11)内，
过滤器(11)的出油口与星轮调速器(10)的进油口连通，星轮调速器(10)的出油口通过回油管(6)与油箱(8)连通，
散热器(3)用于对流经进油管(5)的润滑油进行冷却。
3.根据权利要求2所述的采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法，其特征在于，所述的步骤一中，利用润滑油对星轮调速器(10)进行润滑的具体过程为：
首先，油泵(4)将油箱(8)内的润滑油通过进油管(5)泵入过滤器(11)，同时通过散热器(3)对流经进油管(5)的润滑油进行冷却；
其次，通过过滤器(11)滤出润滑油中的杂质，
最后，冷却及除杂后润滑油对星轮调速器(10)进行润滑后，通过回油管(6)返回油箱(8)。
4.根据权利要求1、2或3所述的采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法，其特征在于，所述的采用闭环控制水泵的星轮调速节能***的数学模型为：n水泵＝iH·n主电机±ik·n调控电机，
其中，n水泵为水泵(1)的输出转速，n主电机为高压主电机(9)的输出转速，n调控电机为低压调控电机(7)的输出转速，iH为高压主电机(9)与星轮调速器(10)间的固定传动比，ik为低压调控电机(7)与星轮调速器(10)间的固定传动比。
5.根据权利要求1所述的采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法，其特征在于，所述的星轮调速器(10)由两套减速机构并联或者串联构成。
6.根据权利要求5所述的采用闭环控制水泵的星轮调速节能***实现的水泵调速方法，其特征在于，所述的两套减速机构中的一套减速机构为由一级或两级行星机构组成的主功率行星齿轮减速机构，另一套减速机构为由锥齿轮副和行星齿轮结构组合的副功率行星减速机构。
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