风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座（二）

风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座（二）作 者：国家电力公司热工研究院自动化所 徐甫荣 1 风机(水泵)的几何相似，运动相似和动力相似两台风机（水泵）若几何相似，就是说它们的形状完全相同，只是大小不同，其中一台风机（水泵）相当于另一台风机（水泵）按一定比例的放大或缩小。举个形象的例子：两张不同比例尺的中国地图，它是几何相似的，但大小相差一定的倍数。应该指出的是：本文所说的两台风机（水泵）几何相似，是指通流部分的几何相似，并不是要求两台风机（水泵）之间的外形轮廓也必须几何相似。两台风机（水泵）的运动相似是指两台几何相似的风机（水泵）通流部分各对应点的速度三角形相似。显然，只有当两台风机（水泵）的通流部分几何相似，才有可能运动相似，但满足几何相似条件的，不一定满足运动相似的条件，只有当两台几何相似的风机（水泵）都在对应的工况点运行时（例如：都运行在最高效率工况点时），才是运动相似，所以运动相似又称工况相似。两台风机（水泵）的动力相似则是指作用于两台风机（水泵）内各对应点上力的方向相同，大小成比例。作用于风机（水泵）内流体的力主要有惯性力、粘性力的总压力。因此，为使风机（水泵）中的动力相似，必须对应点上的惯性力与弹性力（或压力与密度）之比相等，惯性力与粘性力之比相等。2 叶片式风机(水泵)的相似定律叶片式风机与水泵的相似定律是两台风机（水泵）在满足几何相似和运动相似的前提下导出的。它给出几何相似的风机（水泵）在对应工况点的流量之间、扬程（或全压）之间、功率之间的相互关系为：qv/qv=(d2/d2)3n/nv/v(1)h/h=(d2/d2)2(n/n)2h/h （2）p/p=(d2/d2)2(n/n)2/h/h （2a）p/p=(d2/d2)5(n/n)3/m/m (3)式中带“”与不带“”分别表示两台相似的风机（水泵）各自的参数。v、h、m 分别表示风机（水泵）的容积效率、流动效率和机械效率。式(1)式(3)即为叶片式泵与风机的相似定律。由于式中的 v 与 v、h 与h、m 与 m 常是未知数，故上述各式应用有困难。实践证明，若两台几何相似的风机（水泵）的线性尺寸 d2 与 d2 相差不很大（例如当 d2(大)/d2(小)3）时，且转速 n 与 n也相差不大（例如当 n/n 1.2）时，则可近似认为在对应工况点v=v、h=h、m=m。这时，式（1-1）式（1-3）可简化表示为：qv/qv=(d2/d2)3n/n (4) h/h=(d2/d2)2(n/n)2 (5)p/p=(d2/d2)2(n/n)2/ (5a)p/p=(d2/d2)5(n/n)3/ (6) 式（4）式（6）为工程实际中应用的相似定律，但它们应用于 d2(大)/d2(小)3 或n2(高)/n2(低)1.2 时存在一定误差。对于同一台风机（水泵），当输送的流体密度 不变而仅转速变化时，性能参数的变化关系式可由式（4）式（6）简化得出：qv/qv=n/n (7)h/h=(n/n)2，p/p=(n/n)2(8) p/p=(n/n)3 (9)式（7）式（9）称为比例定律。例 1 两台几何相似的离心泵，其 d2/d2=2，且 n=n，求此两台泵在对应工况点的流量比、扬程比和轴功率各为多少。解：由相似定律式（4）式（6）得：qv/qv=(d2/d2)3=8h/h=(d2/d2)2=4 p/p=(d2/d2)5=32 即把泵的线性尺寸几何相似地均放大一倍时，对应工况点的流量、扬程、轴功率将各增到原来的 8 倍、4 倍和 32 倍。例 2 某台离心式风机采用变速调节方式，当其转速降低到原来额定转速的一半时，其对应工况点的流量、全压、轴功率各降到原额定转速时的多少倍（设气体密度不变）？ 解：由比例定律式（7）式（9）得：qv/qv=n/n=1/2p/p=( n/n)2=1/4p/p=( n/n)3=1/8即当风机的转速降低到原额定转速的一半时，对应工况点的流量、全压、轴功率各下降到原来的 1/2、1/4 和 1/8，换句话说，用变速调节方式调节流量可使轴功率值大大下降，这也就是变速调节方式可以大幅度节电的原因。应该指出的是本题中的 n/n=21.3，所以计算的结果可能会有一定误差。例 3 已知 y4-73no28 型锅炉引风机在抽送 140的烟气时所需的轴功率为 600kw，试问若用以输送 20的空气时所需的轴功率为多少？已知烟气在 140时的密度为 0.85kg/m3，空气在 20时的密度为 1.2kg/m3。解：由相似定律（8）得出在抽送 20的空气时风机所消耗的轴功率 p 为：p=p/=6001.2/0.85=847(kw)故在考虑锅炉引风机和水泥旋窑高温风机的电动机和变频器的功率时，应注意到风机在冷态起动时所需的轴功率值。3 如何求出几何相似风机(水泵)之间的相似工况点相似定律只适用于几何相似的风机（水泵）对应工况点之间的关系，因此，在应用相似定律之前，需要先找到对应工况点关系。对应工况点又称相似工况点，可以通过下面两种方法求几何相似的风机（水泵）的相似工况点。(1)根据相似工况点的效率相等求相似工况点间的关系。相似定律式（4）式（6）是在假设相似工况点各效率对应相等的前提下得出的，这就是说，对应工况点的效率必相等。下面根据这一思路求相似工况点间的关系。两台几何相似的风机（水泵）的最高效率是相等的，且每台风机（水泵）都只有一个最高效率点，所以各几何相似的风机（水泵）的最高效率点是相似工况点；进一步看，在各几何相似的风机（水泵）的性能曲线上最高效率点的右侧（大流量侧）也彼此有一个效率相等的工况点，它们也都是对应工况点，同理在最高效率的左侧（小流量侧），又可找到彼此效率相等的对应工况点。(2)求出各相似工况点的连接曲线相似抛物线。下面以求同一台泵在转速变化时的相似抛物线为例说明。若某泵在额定转速 n 下某工况点的流量为 qv，扬程为 h，需要求当转速变化时，与其对应的各相似工况点。设与工况点（qv,h）对应各相似工况点的流量为 qv，扬程 h，qv 与 h 随着转速的变化而改变。因为相似工况点间都满足相似定律和比例定律，故由式（7）qv/qv=n/n与式（8）h/h=（n/n）2 联立求解，消去转速比n/n项得：h=h（qv）2 /(qv)2 (10)式（10）即为一条经坐标原点和额定转速 n 时某工况点（qv ,h）的相似抛物线。其上各点为变转速时的各相似工况点。如图 7 所示，当转速为 n1、n2时，对应的相似工况点为（qv1,h1）、（qv2,h2）。同理，（通）风机变转速时，过（qv,p）点的相似抛物为:p=p（qv）2/(qv)2 (11)4 风机变频调速节能改造能效审计参数调查表风机变频调速节能改造能效审计参数调查表注：1、如果工艺上没有此项，可以不填；2、工艺数据是指此工况下能满足工艺要求的最小数值；3、实际工况、工艺流