风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座（四）

风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座（四）作 者：国家电力公司热工研究院自动化所 徐甫荣三、风机变频调速节能效果的计算方法 5 轴流式风机的节能计算轴流式风机是采用叶片(静叶或动叶)的安装角来调节风量的，静叶调节的角度调节范围较大(例如-70o+30o)，而动叶调节的角度调节范围较小(例如-30o+20o)。叶片调节范围一般是以 0100%的百分比开度表示的，应折算成实际的叶片角度后，再在阻力曲线上查到工作点，就可以查到风机的效率了。5.1 动叶可调轴流式风机的节能计算例 5：某动叶可调轴流式一次风机参数如下，试计算其节能效果。一次风机及电动机参数如表 7 所示。表 7 一次风机及电动机参数由一次风机性能曲线可以看出，一次风机在锅炉设计工况(b-mcr)点运行，叶片角度为00(开度 60%)运行时效率最高，可达 88%。通过变频器调速运行，以满足锅炉风量的要求。下面是将风机的叶片角度固定为00(开度 60%)时，调速运行的节能计算：(1)机组在额定负荷(600mw)运行时，一次风机叶片开度为 53%，由表 3 可查得风量为额定风量的 91.0%，电动机电流为 125a，由表 6 可查得功率约为额定风量时的 80%，此时一次风机转速为 91.0%额定转速，频率为 45.5 hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73261250.861117kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.80)0.913/0.961096kw节约的电功率为：1117109621kw节电率为：21kw/1117kw1.9%；(2)机组在 90%额定负荷(540mw)运行时，一次风机叶片开度为 50%，由表 3 可查得风量为额定风量的 86.5%，电动机电流为 118a，由表 6 可查得功率约为额定风量时的 74%，此时一次风机转速为 86.5%额定转速，频率为 43.3 hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73261180.861055kw变频运行时的电动机功率为：pb1( pd1/0.74)0.8653/0.96961kw节约的电功率为：105596194kw节电率为：94kw/1055kw8.9%；(3)机组在 80%额定负荷(480mw)运行时，一次风机叶片开度为 47%，由表 3 可查得风量为额定风量的 81.5%，电动机电流为 112a，由表 6 可查得功率约为额定风量时的 69%，此时一次风机转速为 81.5%额定转速，频率为 40.8 hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73261120.861001kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.69)0.8153/0.96818 kw节约的电功率为：1001818183kw节电率为：83kw/1001kw18.3%；(4)机组在 70%额定负荷(420mw)运行时，一次风机叶片开度为 43%，由表 3 可查得风量为额定风量的 76.5%，电动机电流为 108a，由表 6 可查得功率约为额定风量时的 64%，此时一次风机转速为 76.5%额定转速，频率为 38.3 hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73261080.86965kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.64)0.7653/0.96703kw节约的电功率为：965703262 kw节电率为：262kw/965kw27.2 %；(5)机组在 60%额定负荷(360mw)运行时，一次风机叶片开度为 39%，由表 3 可查得风量为额定风量的 70.2%，电动机电流为 105a，由表 6 可查得功率约为额定风量时的 60%，此时一次风机转速为 70.2%额定转速，频率为 35.1 hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73261050.86938kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.60)0.7023/0.96563kw节约的电功率为：938-563375kw节电率为：375kw/938kw40.0%；若机组的平均负荷以 75%额定负荷(450mw)计算，平均节电率按 20%计算，两台一次风机可节约电功率 420kw；年运行时间以 7000 小时计算，可节约电能 294 万 kw.h，以上网电价0.35 元/kw.h 计算：每年可节约电费 103 万元，不到三年就可以收回全部改造投资。为了获得较高的节能效果，可将叶片角度开到最大(+200)，虽然会使风机的效率有所降低 (约 12%)， 通过变频器调速运行可获得较大的节电率，并满足锅炉风量的要求。(1)机组在额定负荷(600mw)运行时，一次风机叶片开度为 53%，由表 3 可查得风量为额定风量的 66.7%，电动机电流为 125a，由表 6 可查得功率约为最大风量时的 58%，此时一次风机转速为 66.7%额定转速，频率为 33.4hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73261250.861117kw变频运行时的电动机功率为：pb1( pd1/0.58)0.6673/0.96595kw节约的电功率为：1117595522kw节电率为：522kw/1117kw46.7%；(2)机组在 90%额定负荷(540mw)运行时，一次风机叶片开度为 50%，由表 3 可查得风量为额定风量的 63%，电动机电流为 118a，由表 6 可查得功率约为最大风量时的 53%，此时一次风机转速为 63%额定转速，频率为 31.5hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73261180.861055kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.53)0.633/0.96518kw节约的电功率为：1055518537kw节电率为：537kw/1055kw50.9%；(3)机组在 80%额定负荷(480mw)运行时，一次风机叶片开度为 47%，由表 3 可查得风量为额定风量的 60%，电动机电流为 112a，由表 6 可查得功率约为最大风量时的 52%，此时一次风机转速为 60%额定转速，频率为 30hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73261120.861001kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.52)0.603/0.96433kw节约的电功率为：1001433568kw节电率为：568kw/1001kw56.7%；(4)机组在 70%额定负荷(420mw)运行时，一次风机叶片开度为 43%，由表 3 可查得风量为额定风量的 55%，电动机电流为 108a，由表 6 可查得功率约为最大风量时的 49%，此时一次风机转速为 55%额定转速，频率为 27.5hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73261080.86965kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.49)0.553/0.96341.3kw节约的电功率为：965341624kw节电率为：624kw/965kw64.6%；(5)机组在 60%额定负荷(360mw)运行时，一次风机叶片开度为 39%，由表 3 可查得风量为额定风量的 52%，电动机电流为 105a，由表 6 可查得功率约为额定风量时的 47%，此时一次风机转速为 52%额定转速，频率为 26hz，则： 工频运行时的电动机功率为：pd11.73261050.86938kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.60)0.7023/0.96292kw节约的电功率为：938-292646kw节电率为：646kw/938kw68.8%；若机组的平均负荷以 75%额定负荷(450mw)计算，平均节电率按 50%计算，两台一次风机可节约电功率 1060kw；年运行时间以 7000 小时计算，可节约电能 742 万 kw.h，以上网电价0.35 元/kw.h 计算：每年可节约电费 260 万元，不到二年就可以收回全部改造投资。一次风机运行参数及节能计算，如表 8 所示。表 8 一次风机运行参数及节能计算注：*叶片角度固定为00(开度 60%)时*叶片角度开到最大(+200)时5.2 静叶可调轴流式风机的节能计算例 6：某静叶可调轴流式引风机参数如下，试计算其节能效果。引风机及电动机设备参数，如表 9 所示。表 9 引风机及电动机设备参数由引风机运行参数可以看出，机组在额定负荷运行时，两台引风机工作，叶片开度已接近60%，角度为-10o，尚未达到设计高效点。若采用变频调速，调整叶片开度为 70%(角度为0o)，维持引风机高效运行，通过变频器调速运行，以满足锅炉风量的要求。下面是将风机的叶片角度固定为+00(开度 70%)时，调速运行的节能计算：(1)机组在额定负荷(600mw)运行时，引风机叶片开度为 58%，由表 2 可查得风量为额定风量的 93.2%，电动机电流为 284a，由表 6 可查得功率约为额定风量时的 91%，此时引风机转速为 93.2%额定转速，频率为 46.6hz，则：工频运行时的电动机功率为：pd11.73262840.832450kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.91)0.9323/0.962270kw节约的电功率为：24502270180kw节电率为：180kw/2450kw7.35%；(2)机组在 90%额定负荷(540mw)运行时，引风机叶片开度为 52%，由表 2 可查得风量为额定风量的 89.7%，电动机电流为 262a，由表 1-6 可查得功率约为额定风量时的 87%，此时引风机转速为 89.7%额定转速，频率为 44.9 hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73262620.832260kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.87)0.8973/0.961953kw节约的电功率为：22601953307kw节电率为：307kw/2260kw13.6%；(3)机组在 80%额定负荷(480mw)运行时，引风机叶片开度为 47%，由表 2 可查得风量为额定风量的 87.2%，电动机电流为 244a，由表 6 可查得功率约为额定风量时的 84%，此时引风机转速为 87.2%额定转速，频率为 43.6hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73262440.832105kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.84)0.8723/0.961731kw节约的电功率为：21051731374kw节电率为：374kw/2105kw17.8%；(4)机组在 70%额定负荷(420mw)运行时，引风机叶片开度为 42%，由表 2 可查得风量为额定风量的 83.6%，电动机电流为 228a，由表 6 可查得功率约为额定风量时的 80%，此时引风机转速为 83.6%额定转速，频率为 41.8hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73262280.831966kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.80)0.8363/0.961496kw节约的电功率为：19661496470kw节电率为：470kw/1966kw23.9%；(5)机组在 60%额定负荷(360mw)运行时，单引风机工作，叶片开度为 68%，由表 2 可查得风量为额定风量的 98.8%，此时采用单引风机变频运行已无意义，不但达不到节能效果，可能反而会费能。电动机电流为 316a，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73263160.832726kw如果采用双引风机变频运行，满足 100%风量要求时，叶片开度为 20%，单台风机的风量为57%，两台的风量为 114%，完全能满足要求。引风机转速为 57%额定转速，频率为28.5hz，则：变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.95)0.573/0.9621108kw节约的电功率为：272611081618kw节电率为：1674kw/2726kw59.4%；由于机组在低负荷运行时稳定性较差，采用双引风机变频运行，可以增强机组应对突发事故的能力，提高机组低负荷运行的稳定性，同时还可以取得明显的节能效果。若机组的平均负荷以 75%额定负荷(450mw)计算，平均节电率按 20%计算，两台引风机可节约电功率 900kw；年运行时间以 7000 小时计算，可节约电能 630 万 kw.h，以上网电价0.35 元/kw.h 计算：每年可节约电费 220 万元，不到二年就可以收回全部改造投资。为了获得较高的节能效果，可将叶片角度开到最大(+300)，虽然会使风机的效率有所降低(约 4 %)， 通过变频器调速运行可获得较大的节电率，并满足锅炉风量的要求。(1)机组在额定负荷(600mw)运行时，引风机叶片开度为 58%，由表 2 可查得风量为额定风量的 81%，电动机电流为 284a，由表 6 可查得功率约为最大风量时的 79%，此时引风机转速为 81%额定转速，频率为 40.5hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73262840.832450kw变频运行时的电动机功率为：pb1( pd1/0.79)0.813/0.961717kw节约的电功率为：24501717733kw节电率为：733kw/2450kw29.9%；(2)机组在 90%额定负荷(540mw)运行时，引风机叶片开度为 52%，由表 2 可查得风量为额定风量的 78%，电动机电流为 262a，由表 6 可查得功率约为最大风量时的 78%，此时引风机转速为 78%额定转速，频率为 39hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73262620.832260kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.78)0.783/0.961553kw节约的电功率为：22601553707kw节电率为：707kw/2260kw36.6%；(3)机组在 80%额定负荷(480mw)运行时，引风机叶片开度为 47%，由表 2 可查得风量为额定风量的 75.5%，电动机电流为 244a，由表 6 可查得功率约为最大风量时的 76%，此时引风机转速为 75.5%额定转速，频率为 37.8hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73262440.832105kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.76)0.7553/0.961245kw节约的电功率为：21051245860kw节电率为：860kw/2105kw40.8%；(4)机组在 70%额定负荷(420mw)运行时，引风机叶片开度为 42%，由表 1-2 可查得风量为额定风量的 72.5%，电动机电流为 228a，由表 1-6 可查得功率约为最大风量时的 74%，此时引风机转速为 72.5%额定转速，频率为 36.3 hz，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73262280.831966kw变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.74)0.7253/0.961054kw节约的电功率为：19661054912kw节电率为：912kw/1966kw46.4%；(5)机组在 60%额定负荷(360mw)运行时，单引风机工作，叶片开度为 68%，由表 2 可查得风量为最大风量的 50%，此时采用单引风机变频运行已无意义，不但达不到节能效果，可能反而会费能，因此必须双风机变频运行。电动机电流为 316a，则：工频运行时的电动机功率为： pd11.73263160.832726 kw如果采用双引风机变频运行，满足 100%风量要求时，叶片开度为 20%，单台风机的风量最大风量的为 57%，两台的风量为 114%，完全能满足要求。引风机转速为 57%额定转速，频率为 28.5hz，则：变频运行时的电动机功率为：pb1(pd1/0.95)0.573/0.9621108kw节约的电功率为：272611081618kw节电率为：1674kw/2726kw59.4%；由于机组在低负荷运行时稳定性较差，采用双引风机变频运行，可以增强机组应对突发事故的能力，提高机组低负荷运行的稳定性，同时还可以取得明显的节能效果。若机组的平均负荷以 75%额定负荷(750mw)计算，平均节电率按 40%计算，两台引风机可节约电功率 1500kw；年运行时间以 7000 小时计算，可节约电能 1050 万 kw.h,以上网电价0.35 元/kw.h 计算：每年可节约电费 365 万元，不到一年就可以收回全部改造投资。引风机运行参数及节能计算，如表 10 所示。表 10 引风机运行参数及节能计算注：*叶片角度固定为00(开度 70%)时*叶片角度开到最大(+300)时5.3 矿山通风机的节能计算矿山通风机很多采用对旋式静叶可调轴流风机，目的是采用低转速的电(风)机，而产生高的风压，以满足矿山通风的要求。一般高压风机必须由高速电动机拖动，而高速运转的机械其轴承容易磨损，增大了维护成本；采用对旋式轴流风机，可采用低转速的电(风)机，而产生高的风压，从而避免了机械磨损，延长了检修周期，降低了维护成本，提高了设备运行的可靠性。对旋式轴流风机是装在同一个风筒内的两台旋向相反的轴流风机，也可以拆开单独运行。采用不同的旋向主要是使风机出口的气流沿着轴向运动，从而减小阻力。对旋式轴流风机是用两倍的轴功率产生两倍的风压，而风量不变，就像是两级压缩机一样。对旋式轴流风机在工频运行时要求延时启动，目的是减小电动机启动电流对电网的影响。在采用变频器拖动时，由于启动时没有过电流，所以不需要延时启动，两台风机可以同起同落；而往往对旋式轴流风机的电动机功率都不大，所以可以采用“一拖二”的拖动方式：即用一台变频器同时拖动两台风机运行，并且同起同落，同频(速)运行，因为变频器在运行中是不允许投切负载的。矿山通风机的节能计算可以按照上述静叶可调轴流式风机的方法进行。6 罗茨风机的节能计算6.1 罗茨风机的工作原理罗茨风机是利用两个叶轮转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体的回转压缩机。这种压缩机靠转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮合。转子上每一凹入的曲面部分与气缸内壁组成工作容积，在转子回转过程中从吸气口带走气体，当移到排气口附近与排气口相连通的瞬时，因有较高压力的气体回流，这时工作容积中的压力突然升高，然后将气体输送到排气通道。两转子依次交替工作，因此，它的流量与转速成正比。两转子互不接触，它们之间靠严密控制的间隙实现密封，故排出的气体不受润滑油污染。这种鼓风机结构简单，制造方便，适用于中低压力状态下的气力输送泵和曝气设备，也当作真空泵使用。 罗茨风机为容积式风机，输送的风量与转数成比例，三叶型叶轮每转动一次由 2 个叶轮进行 3 次吸、排气。与二叶型相比，气体脉动性小，振动也小，噪声低。风机 2 根轴上的叶轮与椭圆形壳体内孔面，叶轮端面和风机前后端盖之间及风机叶轮之间者始终保持微小的间隙，在同步齿轮的带动下风从风机进风口沿壳体内壁输送到排出的一侧。风机内腔不需要润滑油，结构简单，运转平稳，性能稳定，适应多种用途，已运用于广泛的领域。6.2 罗茨风机的特性(1)由于采用了三叶转子结构形式及合理的壳体内进出风口处的结构，所以风机振动小，噪声低；(2)叶轮和轴为整体结构且无磨损，风机性能持久不变，可以长期连续运转；(3)风机容积利用率大，容积效率高，且结构紧凑，安装方式灵活多变；(4)轴承的选用较为合理，各轴承的使用寿命均匀，从而延长了风机的寿命；(5)风机油封选用进口氟橡胶材料，耐高温，耐磨，使用寿命长；(6)机种齐全，可满足不同用户不同用途的需要。6.3 罗茨风机的工频运行方式罗茨风机的工频运行方式是电机工频全速运行，依靠出口放风阀来调节所需风量大小。通过出口放风阀门调节风量的方式