发电厂给水泵变频调速解析.doc

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1、.液偶调速电动给水泵节能改造方案解析——之行星齿轮变矩调速器（VORECON）与变频器（VFD）谁更合适？智光节能电厂节能技术研究所自上世纪八十年代以来，国100MW以上火力发电燃煤机组的锅炉如果配置电动给水泵，基本上都是采用液力偶合器（以下简称“液偶”）作为调速装置，给水泵组原理示意图见图1，液力偶合器原理图见图2。图1液力偶合器调速给水泵系统示意图图2液力偶合器示意图一、液力偶合器节能的空间液力偶合器能实现给水泵20％～100％转速围的无级调速，相比在给水泵出口安装调节阀利用节流方式控制给水流量具

2、有节能30％的效果，但随着科学技术的进步，更新型、更加节能调节设备的出现，突显了电动给水泵液力偶合器调速的节能潜力，主要表现在以下三个方面：1)根据液力偶合器的工作原理，伴随调速过程而产生滑差热损耗，以300MW等级机组为例，每台液力偶合器的工作油损耗热量在2000000kJ左右，折合功率损耗不少于250kW，一台机组要运行两台液力偶合器，一年损耗的电量超过300万度。2)给水泵电动机由于长期偏离最佳运行经济点而产生能量损耗。按国火电机组设计规，给水泵的设计点工况基本上是机组ECR工况的1.2倍，给水

3、泵电动机的额定容量则根据给水泵设计点工况轴功率来确定，这决定了给水泵电动机的额定容量比机组ECR工况高出了20％。另一方面，因各机组供电负荷的不同，机组的年平均负荷可能在65％ECR～90％ECR之间，给水泵电动机经常在远离额定负荷的工况下运行，而电动机运行额定负荷下才有最高的效率。3)调节方式存在能量损耗。液力偶合器的调速方式为液力滑差间接调速，给水泵转速的变化不是由给水泵电动机直接产生，所以，泵与风机相似性原理的第三条“功率和转速的三次方成正比”对给水泵电动机的高效运行并不适用，在液力偶合器调速的

4、方式下，给水泵电动机始终在恒速运转，损耗了一定的功率。二、选择合适的设备替换液力偶合器如果有针对性的消除以上三方面的损耗，就会节省给水泵组的能量消耗。那么，就要选..择合适的设备，对电动给水泵驱动和调节而言，“合适设备”的衡量标准无非是具备高效的能量传递，高品质的转速调节，高性价比的投资费用。本文主要对两种设备展开分析和讨论。一种是变频器（VFD），已经在国大量应用有一段不短的时间了，但在给水泵节能改造项目中还算新兵。另外一种是近期由德国福伊特（VOITH）公司在我国推介的所谓新型的液力偶合型调速器

5、——VORECON，宣传谓之“节能之星”。VORECON还没有很确切的中文名称，本文依据VORECON的结构原理和功能，暂且取名为“行星齿轮液力变矩调速器”似乎更贴切。一、VORECON是什么？简而言之，VORECON是一款“液压偶合变矩、行星齿轮传动”的调速装置，见图5。主要由行星变速齿轮＋液力变矩器有机组合而成，更直白点说，它的基本部件和原理与小轿车自动档变速箱小异，但往往细节决定了特性，除了把零件放大了，工作方式确有独到之处。其实，按照VOITH公司的说法，VORECON始用于1985年，算来也

6、有三十年的历史了，而立之年的产品已经相对成熟，那在电厂中为什么一直没有得到广泛的应用呢？从下面的分析中不知能否看出些许端倪。图5行星齿轮液力变矩调速器原理示意图1.全动式行星齿轮先说行星齿轮，基本的行星齿轮包括3个活动部件1)齿圈2)行星齿轮架3)太阳轮普通的行星齿轮工作时要求将其中一个活动部件固定，通过对两个活动部件和一个固定部件不同的换位组合，能够完成减速、增速和固定速比传动等功能。VORECON的行星齿轮与众不同之处在于，三个活动部件在传递动力过程中都是运..动的。行星齿轮组的齿圈、行星齿轮和太

7、阳轮相互啮合，齿圈由电动机带动定速旋转，通过行星齿轮自转传导动力驱动太阳轮，太阳轮输出轴连接给水泵，行星齿轮安装在行星齿轮架上围绕太阳轮同步公转，液力变矩器控制行星齿轮架输出的力矩也作用在行星齿轮上，所以，VOR－EKON的行星齿轮同时接受给水泵电动机（通过齿圈）和变矩器（行星架）的两股作用力，齿圈力矩与行星架力矩作用在行星齿轮上矢量相加，如果力矩为正太阳轮加速，力矩为负则太阳轮减速，力矩平衡时太阳轮输出基础转速。如此，实现了行星齿轮液力变矩器对给水泵的动力传输和转速调节。1.液力变矩器，它与液力偶合

8、器同为液力偶合部件，都有泵轮、涡轮和工作油，也都存在着滑差，泵轮的转速与电动机同步，涡轮的转速是变化的。不同的是，液力变矩器的泵轮和涡轮中间比液力偶合器多了一圈可调叶片，从泵轮获得能量的工作油在变矩器中要先经过可调叶片后再喷射到涡轮上传递力矩，这样能够通过可调叶片改变涡轮的转动力矩和方向，涡轮连接着行星齿轮架，也就调节了行星齿轮架的矢量力矩。2.相比液力偶合器VORECON的节能效果根据VOITH公司的介绍，目前应用在给水泵上的VORECON，通过齿圈传