变频调速技术在隧道节能施工中的应用

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1、变频调速技术在隧道节能施工中的应用（中铁二十三局集团第三工程有限公司，四川成都611137）摘要：本文概述变频调速技术，对变频调速技术在隧道施工中空压机、高压水泵以及轴流通风机等方面的节能技术进行了分析。关键词：变频调速技术；空压机；高压水泵；轴流通风机刖S近年来，随着高速铁路、高速公路、水电建设的迅猛发展，大量长大高速铁路、高速公路隧道及水电引水隧洞、交通洞的修建，长大隧道（洞）的施工中供应高压风的空压机、供应高压水的高压水泵、供应隧道（洞）新风的轴流通风机是隧道（洞）施工中的耗能大户，这些设备配置的大型机

2、电动机在实际运行过程中耗电量大且运行效率低下，蕴藏着巨大的节能空间，采用变频调速后，不仅获得了相当可观的经济效益，而且提高了运行设备的安全性和可靠性。1变频调速技术概述电动机是目前各行业牛产中不可或缺的重要设备，生产机械的工作需要电动机拖动来实现设定的工作。上个世纪因为技术发展的限制，电动机运动基木是固定转速的定速拖动。在控制要求的精度不高的环境下，定速运行可以满足大部分的牛产需求。而随着工业化和智能化需求，定速控制和拖动的方式已经不能适应牛产需求，对传动方式提出了可调的要求。此时电动机的发展也从直流向交流发

3、展，交流电机的造价低性能好，重量轻等优势都是使其获得了较大的应用空间，因此智能调速的技术逐步向交流电机方向发展。实践中使用调速技术后可以大幅度提高机械加工的精度，并可以降低劳动强度和提高牛产效率，并为自动化智能控制提供了必要的条件。变频调速技术的基木原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1—s）/p,（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交一直一交电源变换技术，电力电子、微电脑

4、控制等技术于一身的综合性电气产品。2变频调速技术的节能分析2.1变频调速技术在空压机上的节能2.1.1变频节能依据：（1）变频调速的机理：交流异步电机的转速和电源频率之间是存在密切关系的，其电源的频率将直接影响电动机的转速，当电机的绕组极对数和电动机转差率为固定值时，电机的转速和输入电源的频率成正比,因此改变输入电源的频率就可以改变电机的转速，从而实现变频调速；（2）变频调速的节能机理：在电动机工作吋，负载的功率与转速关系密切，电机的轴功率与电机的转速也成正比例，因此电机转速下降则电机的工作功率也就下降，因此

5、可以通过变速来节能。空压机是一种恒转矩负载工况，不同的速度下转矩相同，但是功率与速度是正比所以当转速降低其功率也会下降，因此可以节约能源。2丄2变频空压机的节能机理变频空压机的压力设定是一个点，即将满足生产设备额定压力参数作为一个系统额定压力，变频空压机将根据整个系统内压力的改变趋势而自动调节空气压缩机的转速，以此平和压缩空气的输出量，从而保证整个网络的压力稳定，满足生产的需求。这样减少了空压机的卸载运行的情况，也就节约了电能；同吋变频技术让空压机的启动平缓，消除了电流冲击，减少了频繁变速的能源消耗。2.2变

6、频调速技术在高压水泵上的节能通过流体力学的基本定律可知：泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q,压力H以及轴功率P具有如下关系:Q∝n,H∝n2,P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。以一台水泵为例，它的出口压头为H0（出口压头即泵入口和管路出口的静压力差），额定转速为nO,阀门全开吋的管阻特性为rO,额定工况下与之对应的压力为H1,出口流量为Q1。流量一转速一压力关系曲线如图所示。在现场控制中，通常采用水泵定速运行出口阀门控制流量

7、。当流量从Q1减小50%至Q2时，阀门开度减小使管网阻力特性由r0变为rl,系统工作点沿方向I由原来的A点移至B点；受其节流作用压力H1变为H2。水泵轴功率实际值(KW可由公式：P=Q·H/(ηc·ηb)×10-3得出。其中，P、Q、H、ηc、ηb分别表示功率、流量、压力、水泵效率、传动装置效率，直接传动为1。假设总效率(ηc·ηb)为1,则水泵由A点移至B点工作时，电机节省的功耗为AQ1OH1和BQ2OH2

8、的面积差。如果采用调速手段改变水泵的转速n,当流量从Q1减小50%至Q2时，那么管网阻力特性为同一曲线r0,系统工作点将沿方向II由原来的A点移至C点，水泵的运行也更趋合理。在阀门全开，只有管网阻力的情况下，系统满足现场的流量要求，能耗势必降低。此时，电机节省的功耗为AQ1OH1和CQ2OH3的面积差。比较采用阀门开度调节和水泵转速控制，显然使用水泵转速控制更为有效合理,具有显著的节能效果。另外，从