1、風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速改造及節(jié)能原理 2007-01-27 來源：減速機(jī)信息網(wǎng) 瀏覽：611 推薦朋友 打印本稿 字體：大 小 1 引言 工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品加工制造業(yè)中，風(fēng)機(jī)設(shè)備應(yīng)用范圍廣泛；其電能消耗和諸如閥門、擋板相關(guān)設(shè)備節(jié)流損失以及維護(hù)、維修費(fèi)用占到生產(chǎn)成本7%25%，是一筆不小生產(chǎn)費(fèi)用開支。經(jīng)濟(jì)改革不斷深入，市場競爭不斷加劇；節(jié)能降耗業(yè)已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量重要手段之一。 目前，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動技術(shù)一個(gè)主要發(fā)展方向。它卓越調(diào)速性能、顯著節(jié)電效果，改善現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行工況，提高系統(tǒng)安全可靠性和設(shè)備利用率，延長設(shè)備使用壽命等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大而到充分體現(xiàn)。 2 風(fēng)機(jī)參數(shù)及特性

2、 2.1 風(fēng)機(jī)基本參數(shù) (1) 風(fēng)量Q單位時(shí)間流過風(fēng)機(jī)空氣量(m3/s，m3/min，m3/h)； (2) 風(fēng)壓H當(dāng)空氣流過風(fēng)機(jī)時(shí)，風(fēng)機(jī)給予每立方米空氣總能量(kg·m)稱為風(fēng)機(jī)全壓Ht(kg·m/m3)，其由靜壓Hs和動壓Hd組成。即Ht=Hs+Hd； (3) 軸功率P風(fēng)機(jī)工作有效總功率，又稱空氣功率； (4) 效率風(fēng)機(jī)軸上功率P損失掉部分功率后剩下風(fēng)機(jī)內(nèi)功率與風(fēng)機(jī)軸上功率P之比，稱為風(fēng)機(jī)效率。 2.2 風(fēng)機(jī)相似理論 風(fēng)機(jī)流量，運(yùn)行壓力，軸功率這三個(gè)基本參數(shù)與轉(zhuǎn)速間運(yùn)算公式極其復(fù)雜，同時(shí)風(fēng)機(jī)類負(fù)荷隨環(huán)境變化參數(shù)也隨之變化，工程中一般風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線，進(jìn)行大致參數(shù)運(yùn)算，稱之為風(fēng)

3、機(jī)相似理論： Q/Qo=n/no H/Ho=(n/n0o)2(/o) P/P0=(n/no)3(/o) 式中：Q風(fēng)機(jī)流量； H風(fēng)機(jī)全壓； n轉(zhuǎn)速； 介質(zhì)密度； P 軸功率。 風(fēng)量Q與電機(jī)轉(zhuǎn)速n成正比，Qn；風(fēng)壓H與電機(jī)轉(zhuǎn)速n平方成正比，Hn2；軸功率P與電機(jī)轉(zhuǎn)速n立方成正比，Pn3。 2.3 電動機(jī)容量計(jì)算式中：P風(fēng)機(jī)電動機(jī)所需輸出軸功率(kW)； Q風(fēng)機(jī)風(fēng)量(m3/s)； H風(fēng)機(jī)風(fēng)壓(kg/m2)； r傳動裝置效率，直接傳動為1.0，皮帶傳動為0.90.98，齒輪傳動為0.960.98； F風(fēng)機(jī)效率； 102由kg·m/s變換為kW單位變換系數(shù)。 3 風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)輸出風(fēng)量方法 3.1

4、改變風(fēng)機(jī)管網(wǎng)特性曲線來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié) 這種辦法是調(diào)節(jié)擋風(fēng)板開關(guān)程度來實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。圖1 不同管網(wǎng)特性曲線風(fēng)機(jī)風(fēng)量特性曲線風(fēng)機(jī)檔板開度一定時(shí)，風(fēng)機(jī)管網(wǎng)特性曲線R1工作時(shí)，工況點(diǎn)為M1，其風(fēng)量、風(fēng)壓分別為Q1、H1，其輸出流量是Q1。 將風(fēng)機(jī)擋板關(guān)小，管網(wǎng)特性曲線變?yōu)镽2，工況點(diǎn)移至M2，風(fēng)量、壓力變?yōu)镼2、H2，其輸出流量是Q2。 將風(fēng)機(jī)擋板再關(guān)小，管網(wǎng)特性曲線變?yōu)镽3，工況點(diǎn)移至M3，風(fēng)量、壓力變?yōu)镼3、H3，其輸出流量是Q3。 從上面曲線分析，調(diào)速風(fēng)機(jī)檔板開度，管網(wǎng)特性參數(shù)將發(fā)生變化，輸出流量發(fā)生變化，這樣就達(dá)到了定速運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)輸出流量目標(biāo)。 調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)流量過程中，而風(fēng)機(jī)性能曲線(

5、H-Q曲線)不變，工況點(diǎn)風(fēng)機(jī)性能曲線(H-Q曲線)由M1移到M2，特性曲線由R1變?yōu)镽2，風(fēng)機(jī)輸出流量由Q1變?yōu)镼2，這種方法結(jié)構(gòu)簡單，操作容易。目前多數(shù)風(fēng)機(jī)都采用這種方法，風(fēng)機(jī)內(nèi)部壓力由H1變?yōu)镠2，這樣，流量減少同時(shí)，壓力同時(shí)上升，檔板上消耗了大量無效軸功率，極大降低了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換效率，浪費(fèi)了大量能源。 3.2 改變風(fēng)機(jī)葉片角度來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié) 當(dāng)風(fēng)機(jī)管網(wǎng)性能曲線不變時(shí)，改變風(fēng)機(jī)葉片角度，使風(fēng)機(jī)特性曲線(H-Q曲線)改變，工況點(diǎn)將管網(wǎng)特性曲線移動，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量目。 如圖2所示，風(fēng)機(jī)葉片角度為1時(shí)，M1點(diǎn)是原來工況點(diǎn)，其風(fēng)量、風(fēng)壓分別為Q1、H1；風(fēng)機(jī)葉片角度為2時(shí)，風(fēng)機(jī)性能曲線(HQ曲線)

6、由1線變?yōu)?線，與管網(wǎng)特性曲線相交于M2，風(fēng)量、風(fēng)壓變?yōu)镼2、H2；風(fēng)機(jī)葉片角度為3時(shí)，風(fēng)機(jī)性能曲線(HQ曲線)由2線變?yōu)?線，與管網(wǎng)特性曲線相交于M3，風(fēng)量、風(fēng)壓變?yōu)镼3、H3。圖2 不同風(fēng)機(jī)葉片角度時(shí)風(fēng)機(jī)風(fēng)量特性曲線這種調(diào)節(jié)風(fēng)量方法中，管網(wǎng)特性曲線不變，風(fēng)機(jī)葉片角度變化，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)性能(HQ曲線)，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量目。 這樣，調(diào)低流量同時(shí)，風(fēng)機(jī)內(nèi)部壓力也隨之下降，具有很好節(jié)電效果。這種方法使風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)磨損較大。同時(shí)，調(diào)節(jié)葉片角度必須停機(jī)進(jìn)行，無法需要風(fēng)機(jī)進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行、連續(xù)調(diào)節(jié)場合。 3.3 改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié) 風(fēng)機(jī)管網(wǎng)特性不變，風(fēng)機(jī)葉片角度不變情況下，改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)

7、速，使風(fēng)機(jī)特性曲線(HQ曲線)平行移動，工況點(diǎn)將管網(wǎng)特性曲線移動，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量目。如圖3所示。圖3 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同時(shí)特性曲線當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n1時(shí)，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓-風(fēng)量曲線與管網(wǎng)特性曲線R相交于M1點(diǎn)，其風(fēng)量、風(fēng)壓分別為Q1、H1；當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n2時(shí)，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓-風(fēng)量曲線與管網(wǎng)特性曲線R相交于M2點(diǎn)，其風(fēng)量、風(fēng)壓分別為Q2、H2。 當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，流量降低同時(shí)，風(fēng)機(jī)壓力也同時(shí)隨之降低，這樣，調(diào)低流量同時(shí)，風(fēng)機(jī)內(nèi)部壓力也隨之下降，具有極好節(jié)電效果。這種方法不必對風(fēng)機(jī)本身進(jìn)行改造，轉(zhuǎn)速由外部調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)檔板可處于全開位置保持不變，并能實(shí)現(xiàn)無級線性調(diào)節(jié)風(fēng)量，適合于需要風(fēng)機(jī)進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行，連續(xù)調(diào)節(jié)場合。 4 轉(zhuǎn)速與采用

8、檔板調(diào)節(jié)流量消耗功率差值 采用改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和改變管網(wǎng)特性進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)相同風(fēng)量時(shí)，其風(fēng)機(jī)特性曲線(H-Q曲線)變化不同，二種調(diào)節(jié)方法運(yùn)行工況點(diǎn)同，其運(yùn)行對比如圖4所示。圖4 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與檔板調(diào)節(jié)特性曲線對比4.1 額定流量Q1時(shí) 風(fēng)機(jī)檔板為額定開度，其管網(wǎng)特性曲線為R1，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，其特性曲線為n1，此時(shí)風(fēng)機(jī)處于額定出力狀態(tài)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和檔板調(diào)節(jié)工況點(diǎn)重合，處于M1點(diǎn)，此時(shí)兩種調(diào)節(jié)方式消耗軸功率是相同。 4.2 運(yùn)行中需輸出風(fēng)量Q2時(shí) 調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速將風(fēng)量調(diào)為Q2，這時(shí)風(fēng)機(jī)特性曲線(H-Q曲線)平行下移，工況點(diǎn)處于M2點(diǎn)，風(fēng)機(jī)壓力變?yōu)镠2，風(fēng)壓風(fēng)量同時(shí)下降。其消耗軸功率為：調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)檔

9、板改變管網(wǎng)特性，將風(fēng)量調(diào)為Q2，這時(shí)風(fēng)機(jī)特性曲線(H-Q曲線)不變，管網(wǎng)特性曲線由R1變化到R2，與n1時(shí)風(fēng)機(jī)特性曲線相交于M3，此時(shí)風(fēng)量為Q2，風(fēng)壓為Hf，曲線上看出，HfH1，風(fēng)量下降了，風(fēng)壓卻上長了，其消耗軸功率為：4.3 輸出風(fēng)量為Q2時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與檔板調(diào)節(jié)方式下消耗軸功率差值 （1) 風(fēng)壓變化幅度 速度調(diào)節(jié)時(shí)風(fēng)壓變化： H2=H1(n/n0)2(/0 ) 檔板調(diào)節(jié)時(shí)風(fēng)壓變化： HfH1 運(yùn)行時(shí)，用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量時(shí)，H2< （2) 檔板調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)消耗軸功率差值：將H2=H1(n/n0)2(/0 )與HfH1代入上式可： PP3 1-(n/n0)2(/0) 5 具體事例 湖南

10、華菱漣源鋼鐵集團(tuán)田湖公司活性石灰車間，回轉(zhuǎn)石灰窯配套引風(fēng)機(jī)型號為GW-GR168D，額定壓力8000Pa，配套電機(jī)型號YKK450-2-4，功率500kW，電壓為6kV三相交流異步電動機(jī)，風(fēng)門采用檔板調(diào)節(jié)，正常時(shí)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)負(fù)壓為100250Pa，運(yùn)行檔板開度為30%左右。 5.1 工頻運(yùn)行時(shí)測試結(jié)果 2005年2月1日3月2日回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)測試結(jié)果如表1所示：表1 回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)測試結(jié)果 5.2 變頻運(yùn)行時(shí)測試結(jié)果 應(yīng)用JZHICON-1A-06/063高壓變頻器對回轉(zhuǎn)窯風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造后，風(fēng)機(jī)運(yùn)行于調(diào)速狀態(tài)，6月17日到6月23日變頻運(yùn)行實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2所示。表2 變頻運(yùn)行實(shí)測數(shù)

11、據(jù)統(tǒng)計(jì) 從表2中可以看出，經(jīng)變頻改造后，滿足回轉(zhuǎn)窯負(fù)壓情況下，風(fēng)機(jī)電流明顯減少，由25A35A降為11A23.5A變頻器軸承等壽命以延長。 5.4 節(jié)能效果 石灰車間回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速工況下長時(shí)間運(yùn)行節(jié)能效果： (1) 引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間 石灰車間回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)為十二天一個(gè)生產(chǎn)周期，十天進(jìn)行活性石灰生產(chǎn)，二天進(jìn)行修窯。 (2) 引風(fēng)機(jī)月運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間 24h×30天×10天/12天=600h 引風(fēng)機(jī)年運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間：600h×11月=6600h (3) 變頻運(yùn)行后節(jié)電 引風(fēng)機(jī)運(yùn)行單耗節(jié)約量： 280.32kWh-54.5kWh=225.82kWh 2.2 引風(fēng)機(jī)年節(jié)約電量 225.82×6600=1490412kWh (4) 經(jīng)濟(jì)效益 石灰車間電價(jià)是每花費(fèi)0.57元/kWh 引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行每小時(shí)節(jié)約電費(fèi)：225.82×0.57=128.72元 引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行每月節(jié)約電費(fèi)：135492×0.57=77230.44元 引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行年節(jié)約電費(fèi)：1490412×0.57=849534元 5.5 設(shè)備投資回收 JZHICON-1A-06/063高壓變頻器引風(fēng)機(jī)上投入運(yùn)行后，石灰車間回轉(zhuǎn)窯滿負(fù)荷生產(chǎn)狀況下，引風(fēng)機(jī)每年節(jié)