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一种新型的免安装电子式水泵扭矩仪

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  • 发布时间:2013/10/15 11:14:50
  • 作者:AnyWay中国

一、传统水泵扭矩仪概述

  工信部、质检总局颁布的《电机能效提升计划(2013-2015)》中指出:据统计测算,2011年,我国电机保有量约17亿千瓦,总耗电量约3万亿千瓦时,占全社会总用电量的64%,其中工业领域电机总用电量为2.6万亿千瓦时,约占工业用电的75%。
  风机、水泵作为工业、农业、生活的通用类机械,是电机耗电的主体,风机水泵电机的耗电量约占电机总耗电量的三分之二。
  风机、水泵的节能是节能减排的重要议题。而风机水泵的能效计量检测,则是风机水泵节能的前提条件和技术基础,并为节能增效提供评估手段。
  水泵轴功率测量是水泵能效计量检测的重要环节,是准确计算水泵效率不可或缺的技术参数,通常采用扭矩仪测量水泵轴功率,对于立式水泵、潜水泵等,由于扭矩仪安装困难或根本不可能安装扭矩仪,如何准确计算该类水泵的效率,是水泵行业的一个难题。本文推荐一种免安装的水泵扭矩仪,测量水泵轴功率就如测量电机输入功率一样简单,只需将扭矩仪通过电气连接串入水泵电机的供电回路,即可准确测量水泵轴功率。
 传统轴功率测试用水泵扭矩仪
图1 传统轴功率测试用水泵扭矩仪

二、传统水泵扭矩仪简介

  传统水泵扭矩仪可测量水泵扭矩、转速和轴功率。依据所测量的扭矩及转速的大小,水泵扭矩仪可分为若干型号。为了达到标称的精度,选择扭矩仪时,一般要求水泵扭矩和转速在水泵扭矩仪的额定扭矩和额定转速的50%~100%之间。对于水泵制造厂家,通常需要针对水泵的不同扭矩和转速配备大量不同规格的扭矩仪。 
  扭矩仪安装包括机械联接和电气连接。
  如图2所示,水泵扭矩仪的机械安装需要联轴器和底座等辅助工装。联轴器1将动力端与扭矩传感器相连,联轴器2扭矩传感器与负载端相连。底座(支撑件)用于支撑扭矩传感器。
  为了避免传感器扭曲、变形产生附加转矩,影响扭矩传感器测量精度和降低扭矩传感器使用寿命,机械联接时,两个联轴器、水泵扭矩仪(传感器)、动力转轴及负载转轴需保持较高的同轴性,一般需要专业人员安装,安装完毕之后,需要经过测试校准方能投入使用。这也是传统水泵扭矩仪主要的安装难度所在。
传统水泵扭矩仪安装示意图 
图2 传统水泵扭矩仪安装示意图

  扭矩传感器的输出通常为脉冲信号,输出采用屏蔽电缆至连接二次仪表(扭矩仪)。

三、免安装电子式水泵扭矩仪的原理及构成

  免安装电子式水泵扭矩仪是是指免机械联接,而电气连接采用了与电能表极其相似的非常简单的方式。

  免安装电子式水泵扭矩仪的测试原理依据是能量守恒定理。即:

  电机的输入电能=电机输出机械能+电能与机械能转变过程中产生的损耗能量。

  电能与机械能的转变由水泵电机实现,其转变过程中的损耗包括:铁耗、机械耗、定子铜耗、转子铜耗和杂散损耗。

  免安装电子式水泵扭矩仪正是通过测量水泵电机运行过程中的电参量及温度、转速等参量,计算出电机运行过程中产生的各种损耗,进而得出电机的输出机械功率,也就是水泵的输入机械功率——水泵轴功率。

  图3为水泵电机在实现电功率至轴功率的转变过程中,其能量流失损耗示意图。

电机输入功率损耗流失示意图

图3 水泵电机轴功率输出过程中能量损耗示意图

  免安装电子式扭矩仪由电参数测试单元、转速测试单元、温度测试单元、显示仪表等构成。显示仪表包括专家数据库、运算单元及人机界面等。

  免安装电子式水泵扭矩仪电参数测试单元用于测量电机的输入功率,铁损耗相关的电压、频率、谐波等参数,定子铜损相关的电流参数。

  免安装电子式水泵扭矩仪转速测试单元用于测试转速,转速和铁损、定子铜损等是转子铜损的重要参数。

  免安装电子式水泵扭矩仪温度测试单元用于测试定转子绕组的温度,用于补偿由于温度变化引起的定转子铜损等相关参数。

  免安装电子式水泵扭矩仪运算单元完成上述损耗计算,结合输入电功率计算出轴功率,再根据转速计算出水泵扭矩。

  专家数据库保存各种型号电机的特性参数,若能人工输入水泵电机的出厂试验相关参数,将可有效提高免安装电子式水泵扭矩仪的测量精度。

  免安装电子式水泵扭矩仪人机界面显示水泵电机电功率和水泵轴功率等参数。

TN4000电子式水泵扭矩仪人机界面

图4 免安装电子式水泵扭矩仪人机界面

四、免安装电子式水泵扭矩仪的应用

  在潜水泵、立式泵等水泵综合试验场合中,或其它不能或不方便安装传统扭矩仪的场合中,免安装电子式水泵扭矩仪是水泵轴功率测量的不二选择。

  由于免安装电子式水泵扭矩仪安装方便,成本较低,非常适合于大功率风机、水泵等电机系统运行能效监视。

  节能相关法规指出,100kW以上的用电设备,必须在其供电端口处安装电能表,监视用电情况。免安装水泵扭矩仪的电气连接方式与电能表非常相似,水泵电机的供电端口免安装水泵扭矩仪除了可以测量水泵轴功率,还可同时测量水泵电机的输入功率,并直接给出水泵电机的实时运行效率。

  免安装电子式水泵扭矩仪还可为风机、水泵等电机系统节能研究提供可靠的数据支撑。