谈机场油库变频技术的应用论文
【摘要】在机场油库的运营的过程里，最不可或缺的环节就是油品输送，它是一个极具综合性与复杂性、涉及面极广的系统科学。油品输送离心泵在工作中经常出现高能耗低产出的现象，而传统的调节方式有着诸多缺点，而在离心泵上采用变频技术不仅节能效果显著，而且具有稳定、冲击小、设备安全性高等优点。文中概述了离心泵在油库中的应用情况，分析了机场油库油品使用离心泵方式与缺点，探讨了机场油库离心泵变频调节方法及注意事项。
【关键词】变频应用技术论文
油库的油品输送业务非常广泛，例如，液态介质的存储、收发和管理等都离不开油品输送。从原理上来说，输油系统基本是利用一单台或多台具有相同或相近性能的离心泵将油品通过工艺管道输出至下一级使其能够进入下一步工序的过程[1]。但由于运行过程中诸如油品温度、油品粘度、油品输送量以及其他参数等的变化，对离心泵也有了不同的类型和功能要求[2]。本文具体探讨了基于离心泵的机场油库变频技术应用方法与效果以及相关注意事项。
1离心泵在机场油库中的应用
离心泵是一种通用的流体机械，在化工工业系统当中被广泛应用。离心泵具有适应性强、结构较简单、容易操作、运转费用低以及占地占空间少等许多优点[3]。机场油库主要就是利用其将油罐里的油品输送到飞机或者罐式加油车油罐里。泵也是能耗极高，据相关数据统计，泵耗能大约占全世界总耗能的两成，也就是20%，这一比重在石油化工领域更是高达五成。所以，加强对泵耗能的减耗研究极具现实意义，同时，也关系着整个社会的经济效益与社会效益。由于机坪加油是动态的，因此，油泵输出应与机坪需求及时匹配。而用油和供油之间的不平衡集中反映在输出管网压力上，即用油多而供油不足，输出管网压力低;用油少而供油多，则输出管网压力大。保持供油压力的相对恒定，可使供需之间保持平衡，提高提供给机坪管网的稳定性，减少对加油设备、飞机油路的冲击。由于机坪的工况复杂和动态性，油泵为满足其需求，要不断的调节输出的流量和压力。过去，离心泵的调节，普遍采用阀门控制、启闭旁通等方法，带来泵机组效率低下、电流冲击、时间滞后、能量消耗极大，在变频技术不断发展、工业化应用不断拓展的`现在，变频调节不断显示出其便捷性和经济性优势[4]。
2油品输送的离心泵方式与缺点
2.1离心泵的种类及使用
根据构造和用途，离心泵主要分为:常温中低压水泵、常温中低压石油化工泵、高入口压力离心泵、高温离心泵、低温离心泵、无泄漏离心泵、耐腐蚀离心泵等。由于目前国内民用机场油库一般只储存单一航空油料，处于机场附近，一般选用低扬程、大流量的常温中低压力油泵。
2.2离心泵传统调节方式的缺点
油泵额定流量和扬程是个固定范围，超出这个范围，泵的效率就会大幅下降。而在实际工作中，由于工况的不断改变，带来实际扬程、流量的不断变化，进而影响到泵机组的效率也在不断变化，影响到能源的使用，能源利用效率在泵机组能耗评估中是一个标志参数，它关系着机泵型号选择、运行效率以及管路设计，见公式(1)～(3):传统方法是利用油泵调节阀对泵的工作状态进行调节，其调节行为是机械的。判断标准是泵输出量与扬程是否大于系统所需要的量和扬程，此种机械调节方式的弊端是会牺牲多余流量和扬程，好处是能及时实现系统工作的恢复平稳。通过上述公式不难看出，在确定泵和电机情况下，系统的能源利用效率与泵剩余扬程和泵的自身效率直接相关。采用传统方法，泵和电机要么剩余扬程过多，通过打开调节阀调节;要么剩余扬程不足，直接启动第二台工作泵机组，这样并不会得到抑制剩余扬程过高的积极结果。据相关数据显示，油泵普遍的运行功率为额定功率的七成，可利用能源效率仅能达到三成，部分效率低下者甚至不足一成。因此，传统的机械式调节方式，极容易造成能效低下，还会带来因机械式动作产生静电、电机及油泵频繁启停而过热、机械冲击等安全隐患。在实际使用中，系统运行状态仅仅依靠机械的节流阀操作，极易导致加油系统的工作状态不断恶化，甚至造成油泵难以正常工作的恶果[6]。但若采用了变频技术进行速度调节，则可以从根本上进行泵速调节，改变油泵特性，让油泵的出口扬程能够实现与管道总压相一致或大致相等，不仅不会出现剩余扬程过高的浪费问题，也能让能源利用效率得以提高，泵始终保持高效率工作。
3油品输送的离心泵变频调节方法
为了满足机坪用油需求，作者推荐使用多泵并联变频恒压控制法。采取多泵并联变频恒压控制方式，实质上是通过启停泵台数来进行较大区间的流量控制，通过变频泵的流量动态变化来进行恒压供油。这种方法不但节能效果明显，同时还会因为调节点与管道工程曲线保持一致，因此，可以实现对管道各点所需流量及压力的满足[7]。一般来说，具体的配置模式有多变频泵组并联工作方式、变频器循环启动工作方式、固定变频泵工作方式三种。
3.1多变频泵组并联工作方式
多变频泵组并联工作方式就是一台变频器带动一台泵机组，然后多台变频泵机组并联恒压供油。采用此工作方式的油库，在当用油量小于一台泵的额定流量时，可以实现平稳的变流量保压，当用油量大于一台泵的额定流量时，正在运行的变频泵固定在额定流量高效区运行，第二台变频泵启动并起动态流量调整作用，当用油量需求再次超过两台泵额度流量时，第三台泵启动并变频调速，而前两台泵处于额定流量工况运行，以此类推。此种方式，可以最大限度减少电流冲击、流体和机械冲击，综合节能效果最好。但采取一对一变频控制，设备投资相对较大。随着变频器技术成熟和成本下降，今后将是追求高可靠性和节能效果的大型机场油库使用的主要方式。
3.2变频器循环启动方式
此种供油模式作用下，供油量低于油泵额定量时，油泵会自动进行供油量调节，而当供油量大于额定量时，则可以将油泵直接切换至电网进行供电，而将另一台油泵并入网络进行工作。如此一来便能形成一个循环切换和并入的良性网络，确保运作的平稳与正常。这种方式实际是就是把一台变频器当作软启动器轮流启动各台泵，且任何一台并联泵都有可能成为变频泵。该方式投入小，能满足启动平稳无冲击，但在流量下降迅速时，无法做到全程平稳停泵，此时管网冲击和机械冲击较大。因为变频器不允许运行中的输出端口切换，这样会造成电子器件因大电流冲击造成损坏，所以，为了保护变频器，需求设置较为复杂的用于控制的其他电路，这样就会造成变频控制柜造价过高而其运转的可靠性降低，且切换电路转换有一定滞后，如果在变频器保护跳闸时，整个系统将会停止工作，中断供油。这个缺点显然不能满足机场油库供油不能中断的要求，因此，不建议使用该方式。
3.3固定变频油泵方式
固定变频油泵的方式是，当供油量低于单油泵额定量的时候就由一台变频油泵进行调速的平衡压力供油;用油流量增大超过泵额定流量，就将变频油泵进行调速调节，而由另一台单工频油泵的定额定流运行，如此循环，其他并联系统中的工频油泵皆按照同样原理运转。当用油流量下降时，变频器频率接近零时，自动关闭一台工频泵，变频泵转速再上升以满足所需流量。该运行方式避免了电路切换，使得控制电路简化，稳定且可靠，兼顾了效率和设备投资，如果再匹配上可编程逻辑控制器(俗称PLC)，还可实现变频器、软启动器自动配合，加油管网自动保压，达到油库运行自动化运行，进一步提升油库的安全保障能力。因此，笔者认为该方式适宜在国内机场油库推广。
4离心泵变频调节方式的优点
4.1具有显著的节能效果
由于电动机输出动力与转速的三次方成正向变化，即能耗与转速的三次方成正向变化，若降低电机的转速，则耗电量急剧下降。因此，运用变频技术，调节供电频率，降低电机转速，可降低无功损耗，显著提高能量利用率。
4.2有利于保护设备，提升安全性
通过变频技术，能使输送的油料的流态均匀、平滑变化，减少了静电产生，有效防止节流阀频繁操作损坏阀门、油泵及管路等设备，尤其是避免了管路内油料急剧变化出现的水击现象，确保了加油系统平稳、安全地连续工作。
4.3便于控制
变频调节多采用通过压力传感器控制输出压力，辅以流量传感器进行流量监控，最终达到控制输出流量的目的。该方案简单可靠，显示直观，易于实现自动化控制和过程控制，避免了反复操作调节阀门，减轻了劳动强度，改善了工作条件，可较为容易实现油库收发作业可视化管理。
4.4使用电机具备良好的机械特性
实现电机的同步转换和平滑调节，实现了无级变速，同时，又保持住了异步电机的特有性能而没有转差损耗。在低频状态下变频器可以确保电机启动转矩最高达到150%或始终在加高水平线上。而确保启动电流只保持在较低的相对于额定电流1～12倍之间，避免了对电网造成冲击。此外，还很好的实现了启动损耗接近于直接启动，避免了绕组过热问题，这非常重要且对负载变化频繁的加油系统具有极大意义。
5变频器使用注意事项
5.1变频器选型上要充分考虑加油工况
机坪加油工况对电机的运行有着最重要和直接的影响。油库所在机场的航班密度、高峰加油需求、机型和航程等因素，决定着机坪加油工况始终处于一个动态变化过程中，特别是高峰期间可能会在很短时间出现加油量的巨大且反复波动。此时，油泵机组工况变化剧烈，加油管网冲击反过来对电机会产生更大的负载变化，进而影响到变频器所承受的电流。通过笔者对所在油库运行经验来看，对于航班密度大，高峰期航班加油密集的机场，变频器选配功率应比所带电机偏大30%甚至50%为宜。此举可以有效防止发生电机电流变化触发变频器过电流保护，从而保证机坪加油不间断，避免高峰期航班延误。
5.2管路工艺对变频器使用有重要影响
油库泵机组与机坪管网的高差过大，会带来启动时出口压力增加，进而引发变频器启动困难或者报故障。这时，要充分考虑到油泵出口工艺和出口静压差，最好对高落差的泵出口采取电动阀同步配合启停泵，以确保变频器处于良好工况中。
[参考文献]
[1]邢秋君，焦宗夏，吴帅.一种基于容腔节点的液压系统建模语言及实现[J].北京航空航天大学学报，2011(04).
[2]纪玉龙，李希贺，孙玉清，陈海泉，陈磊，张银东.船舶综合液压推进系统仿真[J].大连海事大学学报，2007(02).
[3]柳波，鲁湖斌，陈金涛，雷勇.A10V泵功率匹配的动态仿真[J].工程机械，2006(7).
[4]岳国良，李楠.航空液压油体积弹性模量的测定方法[J].合成润滑材料，2011(01).
[5]李浩，唐志勇，裴忠才，彭军.机载智能泵系统的PID控制[J].机床与液压，2010(13).
[6]付永领，莫建豹.一种新型机液伺服阀的设计与应用[J].机械工程师，2007(04).
[7]柳波，鲁湖斌，何清华，陈金涛，雷勇.变量泵功率匹配控制系统的动态仿真研究[J].机械科学与技术，2007(01).
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