在工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域中，風機、水泵類設備應用廣泛，其電能消耗以及閥門、擋板等相關(guān)設備的節(jié)流損失大概占到生產(chǎn)成本的7%～25%，是一筆不小的生產(chǎn)費用開支。隨著經(jīng)濟改革的不斷深入，市場競爭的不斷加??；節(jié)能降耗業(yè)已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一。

　　傳統(tǒng)風機水泵的風量和水量調(diào)節(jié)是靠調(diào)節(jié)風門和閥門開度的大小，這樣，不管生產(chǎn)中需要多大的風量水量，風機水泵都要全速運轉(zhuǎn)，而風門、閥門的節(jié)流損失也要消耗掉一部分能量，所以傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式不僅會造成大量的能源浪費和設備損耗，而且設備的控制精度也受到限制。從而導致生產(chǎn)成本增加，設備使用壽命縮短。同時，大功率的風機水泵直接啟動也會造成對電網(wǎng)的沖擊，危害電網(wǎng)安全。

　　要想控制風機水泵的能耗，目前有效的措施就是采用變頻調(diào)速的方式。變頻調(diào)速技術(shù)以其調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果，提高系統(tǒng)的安全可靠性和設備利用率，延長設備使用壽命等優(yōu)點成為現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的一個主要發(fā)展方向。早期，高壓變頻器由于技術(shù)上的困難，國內(nèi)生產(chǎn)廠家很少，基本上都是國外的產(chǎn)品，因而價格昂貴。近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)越來越成熟，國產(chǎn)高壓變頻器的品牌也越來越多，其價格逐步下降，性價比大幅提高，因此推廣變頻調(diào)速在風機、水泵類設備上的應用，對于節(jié)能降耗具有重要意義。

　　1 工程概況

　　攀枝花青杠坪礦業(yè)有限公司是德勝集團下屬的子公司，公司成立于2007年12月。2007年6月公司仰天窩鐵礦采選工程正式開工，該工程設計生產(chǎn)能力為270萬噸原礦采掘，60萬噸釩鈦鐵精粉選礦能力。由于采礦場和選礦廠位于海拔高度1 585m～1 960m的地方，生產(chǎn)用水極度缺乏，為保障生產(chǎn)用水，公司決定為鐵礦采選工程配套建設一個獨立的供水系統(tǒng)，我院承接了該供水系統(tǒng)的設計任務。

　　考慮到外供水工程輸水量大、輸水管路長及輸水揚程高的特點，工藝設計決定采用三級泵站階梯供水的方式，把從安寧河、青年河里抽上來的水通過輸水管道送到選礦廠附近的高位水池，以供生產(chǎn)所需用水。

　　三級泵站（安寧河取水泵站、青年河加壓泵站、尾礦庫加壓泵站）中，安寧河取水泵站水泵電機采用680kW/10kV三相異步電動機，而青年河加壓泵站和尾礦庫加壓泵站水泵電機均采用680kW/6kV三相異步電動機。如果水量調(diào)節(jié)仍然采用傳統(tǒng)的閥門調(diào)節(jié)，就會耗費大量的電能。既不符合國家積極倡導的推廣新技術(shù)，節(jié)能降耗的政策，也不符合企業(yè)節(jié)約資源，降低成本，提高經(jīng)濟效益的要求。故經(jīng)過比較分析，決定采用高壓變頻器控制水泵電機來調(diào)節(jié)生產(chǎn)用水量。

　　2 變頻調(diào)速的節(jié)能原理

　　根據(jù)流體力學的基本定律可知，泵類設備屬平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：

　　由以上公式可知，如果轉(zhuǎn)速由50Hz降到40Hz，即：n2/n1= 0.8，則：P2/P1= 0.512，可見稍微降低轉(zhuǎn)速就可大幅降低軸功率，取得比較明顯的節(jié)能效果。

　　泵類設備采用變頻調(diào)速控制轉(zhuǎn)速的實質(zhì)就是通過改變所輸送液體的能量來改變流量。泵類設備的流量—壓力關(guān)系曲線如下圖：

　　流量—壓力關(guān)系曲線圖

　　如果只是轉(zhuǎn)速變化，而閥門的開度不變，則管阻特性曲線R也就維持不變。假設出口壓力為Ha、Hb、Hc時均能滿足工藝要求。在額定轉(zhuǎn)速時，流量為Qa，出口壓力為Ha，壓力特性曲線H與管阻特性曲線R相交于A點，電機工作在A點。

　　當需要將流量調(diào)節(jié)為Qb時：

　　1）采用閥門調(diào)節(jié)流量，管阻發(fā)生變化，設流量為Qb，出口壓力為Hb，管阻特性曲線變?yōu)镽’與壓力特性曲線H相交于B點，電機工作在B點；2）采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量，壓力發(fā)生變化，設流量為Qc，出口壓力為Hc，管阻特性曲線變?yōu)镽與壓力特性曲線H’相交于C點，電機工作在C點。

　　流量—壓力關(guān)系曲線圖中是假設Qb=Qc，那么可以看出，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式與閥門調(diào)節(jié)方式相比出口壓力降低了。由此得知在滿足同樣流量的情況下圖中陰影部分即為調(diào)速方式比調(diào)閥門方式節(jié)省的能量。這就是變頻調(diào)速的節(jié)能原理。