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一種新型的免安裝電子式水泵扭矩儀

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  • 發(fā)布時間:2013/10/15 11:14:50
  • 作者:AnyWay中國

一、傳統(tǒng)水泵扭矩儀概述

  工信部、質(zhì)檢總局頒布的《電機能效提升計劃(2013-2015)》中指出:據(jù)統(tǒng)計測算,2011年,我國電機保有量約17億千瓦,總耗電量約3萬億千瓦時,占全社會總用電量的64%,其中工業(yè)領域電機總用電量為2.6萬億千瓦時,約占工業(yè)用電的75%。
  風機、水泵作為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活的通用類機械,是電機耗電的主體,風機水泵電機的耗電量約占電機總耗電量的三分之二。
  風機、水泵的節(jié)能是節(jié)能減排的重要議題。而風機水泵的能效計量檢測,則是風機水泵節(jié)能的前提條件和技術(shù)基礎,并為節(jié)能增效提供評估手段。
  水泵軸功率測量是水泵能效計量檢測的重要環(huán)節(jié),是準確計算水泵效率不可或缺的技術(shù)參數(shù),通常采用扭矩儀測量水泵軸功率,對于立式水泵、潛水泵等,由于扭矩儀安裝困難或根本不可能安裝扭矩儀,如何準確計算該類水泵的效率,是水泵行業(yè)的一個難題。本文推薦一種免安裝的水泵扭矩儀,測量水泵軸功率就如測量電機輸入功率一樣簡單,只需將扭矩儀通過電氣連接串入水泵電機的供電回路,即可準確測量水泵軸功率。
 傳統(tǒng)軸功率測試用水泵扭矩儀
圖1 傳統(tǒng)軸功率測試用水泵扭矩儀

二、傳統(tǒng)水泵扭矩儀簡介

  傳統(tǒng)水泵扭矩儀可測量水泵扭矩、轉(zhuǎn)速和軸功率。依據(jù)所測量的扭矩及轉(zhuǎn)速的大小,水泵扭矩儀可分為若干型號。為了達到標稱的精度,選擇扭矩儀時,一般要求水泵扭矩和轉(zhuǎn)速在水泵扭矩儀的額定扭矩和額定轉(zhuǎn)速的50%~100%之間。對于水泵制造廠家,通常需要針對水泵的不同扭矩和轉(zhuǎn)速配備大量不同規(guī)格的扭矩儀。 
  扭矩儀安裝包括機械聯(lián)接和電氣連接。
  如圖2所示,水泵扭矩儀的機械安裝需要聯(lián)軸器和底座等輔助工裝。聯(lián)軸器1將動力端與扭矩傳感器相連,聯(lián)軸器2扭矩傳感器與負載端相連。底座(支撐件)用于支撐扭矩傳感器。
  為了避免傳感器扭曲、變形產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩,影響扭矩傳感器測量精度和降低扭矩傳感器使用壽命,機械聯(lián)接時,兩個聯(lián)軸器、水泵扭矩儀(傳感器)、動力轉(zhuǎn)軸及負載轉(zhuǎn)軸需保持較高的同軸性,一般需要專業(yè)人員安裝,安裝完畢之后,需要經(jīng)過測試校準方能投入使用。這也是傳統(tǒng)水泵扭矩儀主要的安裝難度所在。
傳統(tǒng)水泵扭矩儀安裝示意圖 
圖2 傳統(tǒng)水泵扭矩儀安裝示意圖

  扭矩傳感器的輸出通常為脈沖信號,輸出采用屏蔽電纜至連接二次儀表(扭矩儀)。

三、免安裝電子式水泵扭矩儀的原理及構(gòu)成

  免安裝電子式水泵扭矩儀是是指免機械聯(lián)接,而電氣連接采用了與電能表極其相似的非常簡單的方式。

  免安裝電子式水泵扭矩儀的測試原理依據(jù)是能量守恒定理。即:

  電機的輸入電能=電機輸出機械能+電能與機械能轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的損耗能量。

  電能與機械能的轉(zhuǎn)變由水泵電機實現(xiàn),其轉(zhuǎn)變過程中的損耗包括:鐵耗、機械耗、定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅耗和雜散損耗。

  免安裝電子式水泵扭矩儀正是通過測量水泵電機運行過程中的電參量及溫度、轉(zhuǎn)速等參量,計算出電機運行過程中產(chǎn)生的各種損耗,進而得出電機的輸出機械功率,也就是水泵的輸入機械功率——水泵軸功率。

  圖3為水泵電機在實現(xiàn)電功率至軸功率的轉(zhuǎn)變過程中,其能量流失損耗示意圖。

電機輸入功率損耗流失示意圖

圖3 水泵電機軸功率輸出過程中能量損耗示意圖

  免安裝電子式扭矩儀由電參數(shù)測試單元、轉(zhuǎn)速測試單元、溫度測試單元、顯示儀表等構(gòu)成。顯示儀表包括專家數(shù)據(jù)庫、運算單元及人機界面等。

  免安裝電子式水泵扭矩儀電參數(shù)測試單元用于測量電機的輸入功率,鐵損耗相關的電壓、頻率、諧波等參數(shù),定子銅損相關的電流參數(shù)。

  免安裝電子式水泵扭矩儀轉(zhuǎn)速測試單元用于測試轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速和鐵損、定子銅損等是轉(zhuǎn)子銅損的重要參數(shù)。

  免安裝電子式水泵扭矩儀溫度測試單元用于測試定轉(zhuǎn)子繞組的溫度,用于補償由于溫度變化引起的定轉(zhuǎn)子銅損等相關參數(shù)。

  免安裝電子式水泵扭矩儀運算單元完成上述損耗計算,結(jié)合輸入電功率計算出軸功率,再根據(jù)轉(zhuǎn)速計算出水泵扭矩。

  專家數(shù)據(jù)庫保存各種型號電機的特性參數(shù),若能人工輸入水泵電機的出廠試驗相關參數(shù),將可有效提高免安裝電子式水泵扭矩儀的測量精度。

  免安裝電子式水泵扭矩儀人機界面顯示水泵電機電功率和水泵軸功率等參數(shù)。

TN4000電子式水泵扭矩儀人機界面

圖4 免安裝電子式水泵扭矩儀人機界面

四、免安裝電子式水泵扭矩儀的應用

  在潛水泵、立式泵等水泵綜合試驗場合中,或其它不能或不方便安裝傳統(tǒng)扭矩儀的場合中,免安裝電子式水泵扭矩儀是水泵軸功率測量的不二選擇。

  由于免安裝電子式水泵扭矩儀安裝方便,成本較低,非常適合于大功率風機、水泵等電機系統(tǒng)運行能效監(jiān)視。

  節(jié)能相關法規(guī)指出,100kW以上的用電設備,必須在其供電端口處安裝電能表,監(jiān)視用電情況。免安裝水泵扭矩儀的電氣連接方式與電能表非常相似,水泵電機的供電端口免安裝水泵扭矩儀除了可以測量水泵軸功率,還可同時測量水泵電機的輸入功率,并直接給出水泵電機的實時運行效率。

  免安裝電子式水泵扭矩儀還可為風機、水泵等電機系統(tǒng)節(jié)能研究提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。



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