風機高壓變頻調速改造及節(jié)能原理

摘要：風機在由定速改造調速運行后，在輸出相同流量同時節(jié)約大量的能源，了解其原理和計算模型。

關鍵詞：軸功率；風阻特性

1 引言

在工業(yè)生產和產品加工制造業(yè)中，風機設備應用范圍廣泛；其電能消耗和諸如閥門、擋板相關設備的節(jié)流損失以及維護、維修費用占到生產成本的7%~25%，是一筆不小的生產費用開支。隨著經濟改革的不斷深入，市場競爭的不斷加?。还?jié)能降耗業(yè)已成為降低生產成本、提高產品質量的重要手段之一。

目前，變頻調速技術已經成為現代電力傳動技術的一個主要發(fā)展方向。它的卓越的調速性能、顯著的節(jié)電效果，改善現有設備的運行工況，提高系統(tǒng)的安全可靠性和設備利用率，延長設備使用壽命等優(yōu)點隨著應用領域的不斷擴大而得到充分的體現。

2 風機的參數及特性

2.1 風機的基本參數

(1) 風量Q—單位時間流過風機的空氣量(m3/s，m3/min，m3/h)；

(2) 風壓H—當空氣流過風機時，風機給予每立方米空氣的總能量(kg·m)稱為風機的全壓Ht(kg·m/m3)，其由靜壓Hs和動壓Hd組成。即Ht=Hs+Hd；

(3) 軸功率P—風機工作有效的總功率，又稱空氣功率；

(4) 效率η—風機軸上的功率P除去損失掉的部分功率后剩下的風機內功率與風機軸上的功率P之比，稱為風機的效率。

2.2 風機的相似理論

風機的流量，運行壓力，軸功率這三個基本參數與轉速間的運算公式極其復雜，同時風機類負荷隨環(huán)境變化參數也隨之變化，在工程中一般根據風機的運行曲線，進行大致的參數運算，稱之為風機相似理論：

Q/Qo=n/no

H/Ho=(n/n0o)2(ρ/ρo)

P/P0=(n/no)3(ρ/ρo)

式中：Q—風機流量；

H—風機全壓；

n—轉速；

ρ—介質密度；

P— 軸功率。

風量Q與電機轉速n成正比，Q∝n；風壓H與電機轉速n的平方成正比，H∝n2；軸功率P與電機轉速n的立方成正比，P∝n3。

2.3 電動機容量的計算

式中：P—風機電動機所需的輸出軸功率(kW)；

Q—風機風量(m3/s)；

H—風機風壓(kg/m2)；

ηr—傳動裝置的效率，直接傳動為1.0，皮帶傳動為0.9~0.98，齒輪傳動為0.96~0.98；

ηF—風機的效率；

102—由kg·m/s變換為kW的單位變換系數。

3 風機調節(jié)輸出風量的方法

3.1 通過改變風機的管網特性曲線來實現對風機的風量的調節(jié)

這種辦法是通過調節(jié)擋風板的開關程度來實現的，如圖1所示。

圖1 不同管網的特性曲線風機風量的特性曲線

風機檔板開度一定時，風機在管網特性曲線R1工作時，工況點為M1，其風量、風壓分別為Q1、H1，其輸出流量是Q1。

將風機的擋板關小，管網特性曲線變?yōu)镽2，工況點移至M2，風量、壓力變?yōu)镼2、H2，其輸出流量是Q2。

將風機的擋板再關小，管網特性曲線變?yōu)镽3，工況點移至M3，風量、壓力變?yōu)镼3、H3，其輸出流量是Q3。

從上面的曲線分析，通過調速風機檔板的開度，管網的特性參數將發(fā)生變化，輸出流量發(fā)生變化，這樣就達到了在定速運行時調節(jié)風機輸出流量的目標。

在調節(jié)風機流量的過程中，而風機的性能曲線(H-Q曲線)不變，工況點沿著風機的性能曲線(H-Q曲線)由M1移到M2，特性曲線由R1變?yōu)镽2，風機輸出流量由Q1變?yōu)镼2，這種方法結構簡單，操作容易。目前多數風機都采用這種方法，但是由于風機的內部壓力由H1變?yōu)镠2，這樣，在流量減少的同時，壓力同時上升，在檔板上消耗了大量的無效軸功率，極大地降低了風機的轉換效率，浪費了大量的能源。

3.2 通過改變風機葉片的角度來實現對風機的風量調節(jié)

當風機管網性能曲線不變時，通過改變風機葉片的角度，使風機的特性曲線(H-Q曲線)改變，工況點將沿著管網特性曲線移動，達到調節(jié)風量的目的。

如圖2所示，風機葉片角度為α1時，M1點是原來工況點，其風量、風壓分別為Q1、H1；風機葉片角度為α2時，風機性能曲線(H—Q曲線)由α1線變?yōu)棣?線，與管網特性曲線相交于M2，風量、風壓變?yōu)镼2、H2；風機葉片角度為α3時，風機性能曲線(H—Q曲線)由α2線變?yōu)棣?線，與管網特性曲線相交于M3，風量、風壓變?yōu)镼3、H3。

圖2 不同風機葉片的角度時風機風量的特性曲線

在這種調節(jié)風量的方法中，管網特性曲線不變，通過風機葉片角度的變化，調節(jié)風機性能(H—Q曲線)，從而達到調節(jié)風機風量的目的。

這樣，在調低流量的同時，風機內部壓力也隨之下降，具有很好的節(jié)電效果。但是這種方法使風機葉輪結構復雜，調節(jié)機構磨損較大。同時，調節(jié)葉片角度必須停機進行，無法在需要風機進行連續(xù)運行、連續(xù)調節(jié)的場合。