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改进电机性能提高潜污电磁流量计效率

来源: 编辑: 发布日期:2020-12-29

        工业应用中的电动机,包括电磁流量计送系统中使用的电动机,消耗世界电力的30%至40%。

        过去20年来,设备制造商、用户和监管机构一直在解决能源消耗过大的问题。这导致了更高的电机效率标准的发展和变速驱动(VSD)技术的采用,以更好地满足能源使用和需求。对于设计用于连续工作(S1运行)的电机,国际电工委员会标准IEC-60034-30:2014规定了四类电机的非常低能效规范:IE1,标准效率;IE2高效,IE3超高效和IE4超超超高效。IE效率阶梯的每一步都与电机损耗降低20%有关,这直接转化为显著的运营成本节约。

        2014年更新还包括8极电机,并扩大了额定功率范围,包括0.12kW至1000kW的电机。美国NEMA效率标准采用了几乎相同的方法。在欧洲,自2017年起,IE3标准对额定功率在0.75kW至375kW之间的新型工业电机强制实行。欧盟委员会估计,目前的能效法规已使整个欧洲大陆的年能耗减少了57太瓦时。该规定将在2021年进一步扩大,以涵盖小型和大型电机,预计到2030年,这一变化将使节能数字翻一番。

电磁流量计

调整效率重心

        然而,到目前为止,用于水和废水应用的潜水电磁流量计被排除在效率法规之外。总的来说,这是因为IEC-60034标准要求电机在没有密封、联轴器或其他系统组件的情况下进行“裸”测试。对于带有集成电机和精密密封系统的机器,计算稍微复杂一些,因为这些损失需要成为液压系统的一部分。

苏尔寿XFP电磁流量计与x品牌的成本比较表

        抛开法规不谈,提高潜水电磁流量计效率的商业压力也有限。电动机的节电量与电动机的效率成正比。非常大的节余来自全年连续运转的发动机。

        因此,设备所有者倾向于将其能效投资集中在连续工作应用上,而不是通常运行850-2000小时(约10-25%)的废水电磁流量计。苏尔寿认为,潜水污水电磁流量计电机效率高的理由比监管机构或一些用户目前认识到的更为有力。这就是为什么该企业提供IE3超高效电机设计作为其全系列潜水污水电磁流量计的首选。

降低运行维护成本

        从电磁流量计在15年内的总体生命周期成本(LCC)来看,能源成本占比非常大,约为65%,其中运行和维护占15%。电磁流量计本身的初始成本仅占总成本的10%左右,突出了在长期支出方面提高能效的重要性。剩下的10%包括安装和退役成本以及停机和环境费用。对于废水电磁流量计,还有一个额外的因素需要考虑。电磁流量计的设计应尽量减少堵塞的数量。英国水务企业的一项研究发现,湿巾占造成下水道堵塞物质的93%。

假设每两个月就有一台电磁流量计堵塞,清理系统的运行成本和任何维修、消耗品和更换零件的费用(包括人工)将占LCC的15%;如果采用非常新设计的废水叶轮,这一比例可以降低到5%以下,将堵塞降至非常低。

        因此,电磁流量计操作员应关注两个重要点。首先,选择提供非常新设计原则并在实际条件下进行液压性能测试的新电磁流量计。其次是对电磁流量计效率和液压效率的综合考虑。

IE3发动机对能源成本的影响

        与低效率电磁流量计(假设典型的37kW电磁流量计运行15年)相比,选择IE3电机和使用计算流体动力学(CFD)设计的叶轮可以减少12000欧元的LCC。

        第二个,同样重要的好处是更高的可靠性和更长的运行寿命。电机将能量作为热量进行浪费,在封闭式潜水电磁流量计应用中,多余的热量会显著缩短关键部件(如接线、轴承和密封件)的寿命。IE3电机效率的提高相当于工作温度的降低,这直接导致所有电磁流量计部件的使用寿命延长,减少了维护干预的需要。

        此外,规定电机接线绝缘在给定温度下的非常小工作寿命为20000小时。根据经验,工作温度每下降10ºC(18ºF),绝缘的使用寿命就会翻倍。苏尔寿电机中使用的H级绝缘设计用于180ºC(356ºF)的非常高绕组温度。由于这些高效电机的实际工作温度远接近105°C(220ºF),接线的预期寿命为32万小时。在实验室条件下,一些苏尔寿电磁流量计的理论寿命在电机绕组发生故障前达到100万小时。

        由于所有这些原因,高效电机只是苏尔寿整体电磁流量计性能和可靠性改进方法的一部分。

        该方法的其他关键组成部分包括使用先进的CFD优化性能,以及创新的Controblock Plus叶轮设计,该设计可防止堵塞并允许轻松进行磨损补偿。与不太复杂的设计相比,这些更改可以将安装的生命周期成本降低一半以上。

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