风机的电能平衡和节能措施.doc

风机的电能平衡和节能措施1、概述1、 风机的分类 风机是用来输送气体和提高气体压力的生产设备，它把外界输入的能量转变为气体的动能和势能，使气体的能量提高。 按工作原理不同，风机可分为叶轮式和容积式两大类。前者包括离心式和轴流式风机，后者包括活塞式风机和旋转式风机。按排气压力的高低，风机可分为通风压力在0.15大气压力以下：鼓风机压力在0.153个大气压力之间；压缩机压力在3个大气压力以上等三大类。由于风机构造、排气压力不同，各类型的风机效率和测试方法亦不相同。本部分主要介绍离心式和轴流式通风机即压力比不大于1.15的风机的电平衡测试方法和电能利用率。 二、通风机的用电系统的构成 工厂企业中的通风机大部分是使用电动机来拖动的，因此通风机的用电系统，可用能源串联图来表示，见下图：输入电能 输出的有效电能Wgg Wyx图中，元件1是电机；元件2是联轴器；元件3是通风机。因此通风机的总电能利用率为： 式中，Wyx用电系统的有效电能，kWh； Wgg用电系统的供给电能，kWh。 的另一种表达式为： 式中， ； ； 。3、 风机现场电能利用率的测试 鉴于风机的有效电能是有效电功率与使用时间的乘积，风机的有效电功率随着风机的工况（流量、全压)变化而变化，同时电能系统输入功率也会随着变化。因此在电能平衡测试中，往往用瞬时功率来计算。由于风机使用工况不同，相应的电能利用率或效率亦不同，可分为常用工况下的电能利用率或效率和最大工况下的电能利用率或效率。为了分析风机用电系统的电能利用状况，提高用电系统的电能利用率，即，风机本身的效率是影响整个用电系统电能利用率的主要环节，因此我们在风机用电系统电能利用效率分析中首先应测出风机本身的效率，即。2、 风机的基本特性1、 风机的基本参数 1、流量气体在单位时间内通过风机的体积为体积流量，用符号Q表示，单位为,；也可用重量G来表示，单位kg/s, t/h。体积流量与重量流量的关系如下： G=Q式中，气体的密度，kg/m3当大气压力为760毫米汞柱，温度为20摄氏度时，空气的密度去1.2kg/m3 。 2、全压全压可理解为单位体积的气体经过风机后能量的增加值，用符号P表示，单位为帕斯卡（Pa)、毫米汞柱（mmH2O)、千克力/米2（kgf/m2)。全压P可由下式得到： P=P2P1 式中，P1风机入口出的总压，Pa； P2风机出口出的总压，Pa 。气体的全压包括静压Ps及动压Pd，即 P1=Ps1+Pd1 P2=Ps2+Pd2静压是气体在流动过程中所体现出来的一种状态，可用压力仪表测出；动压与速度的平方成正比，即 Pd=0.5pv2。故风机的全压P可用下式表示： P=(Ps2-Ps1)+(Pd2-Pd1) 3、转速 风机叶轮每分钟的转动次数称为风机转速，用符号n表示，单位：转/分（rpm)。 4、有效功率和轴功率 气体在单位时间内从通风机中所获得的总能量，称为有效功率（或理论功率），用符号Ne表示，单位：千瓦（kW)。 Ne=PQ 式中，P风机的全压，Pa； Q风机的体积流量，m3/s 气体通过风机是有一系列损失，如流动损失、泄漏损失和机械摩擦损失，因此原动机驱动的风机轴功率N应大雨有效功率Ne。 5、风机效率 风机的有效功率与轴功率之比称为风机的效率，用符号表示，即 2、 风机的特性曲线风机是输送气体的机械，其做功的大小如上文所述，可以用流量Q和全压P乘积的大小来反眏。在一定转速条件下，一台风机的Q与P之间存在唯一对应关系，这个关系画在纵坐标为P，横坐标为Q的曲线上，就成了风机的P-Q性能曲线。同样也可以做出流量Q与轴功率N、效率的N-Q、-Q曲线，参见下图。 从性能曲线上可以知道风机在某一对应的P-Q值运行时将达到最高效率，这时的P、Q及值即为该风机的额定参数。由于风机在特定系统中运行，其流量将根据生产工艺的需要来决定，全压根据管道阻力来决定。当风机运行点落在低效区域或节流运行时，风机的运行就不经济了。因此，掌握和应用性能曲线，可以正确选择并经济合理地使用风机。 3、通风机运行效率的测试与计算 一、基本概念 本方法适用于电动机驱动的压比不超过1.15的离心式和轴流式风机，包括输送介质中含有低浓度粉尘的风机，但不包括输送物料的风机。 根据定义，通风机用电系统的电能利用率为： 在本次电平衡工作配套软件中，用户只要根据实际情况，选择电机的类型与传动方式，填写运行数据，电机效率与传动效率即可由软件自行得出，所以风机的运行效率可根据下式求出： 对通风机运行效率的测试，目的是要了解该风机在固定管道系统中使用的好坏，为节电改造提供科学依据，以便采取相应措施，提高通风机的运行效率，达到节电的目的。现场运行效率测试不同于风机特性曲线的测试。对长期稳定在某一负载下运行的风机，通常只需测试在该工况下的效率。对于受生产及季节性影响而负载变化幅度较大的风机，应根据生产中所出现的最大、最小负载工况及常用工况分别测其效率。 二、测试仪器仪表介绍 1、压力测试仪表 作用在单位面积上的垂直力称为压力，压力份绝对压力和相对压力（表压力）。所谓绝对压力就是指作用在单位面积上的全部压力P，等于表压力Pb与大气压力Pa之和。 用来测量大气压力的仪表叫气压表。用来测量气体介质压力的仪表叫做压力表。绝对压力小于大气压力时，其差值称为负压力或真空度Ps，测量负压力的表叫真空表。 在介绍压力测试仪表前，先要说明一下各压力单位的换算关系。常用的压力单位有帕斯卡、标准大气压、工程大气压、水柱高度、汞柱高度等。各单位换算关系如下表所示：单位名称工程大气压米水柱大气压毫米汞柱符号 Kgf/cmmH2OatmmmHg换算关系1100.96784735.560.110.0967873.5561.033210.332217600.001360.01320.001321 1） U型管压力计 U型管压力计是常用的测压显示仪表，由一根刻度标尺组成，在管里注入不同的测压液体。压力计测量的压力按下式计算： 式中，气体压力，Pa； 水的密度，1000kg/m3; g重力加速度，9.81m/s2 h液柱高度，m k测压液体与谁的密度比值。下表列举了常用测压液体与水的密度比值，供参考：侧压液体分子式密度比值水H2O 1乙醇（酒精）C2H8OH0.81汞（水银）Hg13.6四氯化碳CCl41.59 2） 倾斜式微压计 倾斜式微压计是实验室和工厂实验站用的携带式仪器，可测量200mm水柱以下气体的表压，负压或压差。配上皮托管可测量气体流速。3） 电子微压计 电子微压计主要应用于各种管道内较小静压、全压、动压的测量。体积小、重量轻、现场测试准确、简便、快速。若配标准型、S型皮托管则能通过另外的计算，得出流速。 2、流量测试仪表 1）毕托管 毕托管是一个复合压力计，有两个同心管构成。测量时，将毕托管正对气流流动方向，管头部通孔测量气体的全压，管外周小孔测量气体的静压。根据上文所述，二者之差为该点气流的动压，并且气流的速度亦可求出： 再根据管道截面积F，可求得流量Q： 2） 集流器 当需要测量风机流量时，还可以在吸风口装设集流器来测量。集流器有弧形和锥形两种，其形状尺寸已标准化。通过测量集流器特定处的动压（全压与静压之差），同样可以得到气体流速，进而得到流量。 3）手持式风量测速仪 在现场测试条件比较合适的情况下，可以采用手持式风量测速仪来测量风量。首先要选择比较好的管路，然后测出风速，再根据管路有效截面积和当时的环境温度进行风量计算，得到风量。 3、电参数测试仪表随着科技的进步，功率因数、电压、以及电流等参数的测量越来越方便。智能钳形电功率计，只要将电流钳，电压夹在电机供电线路上，根据电流互感等原理电功率计自身的微处理器即可测算出电流、电压、功率因数等参数，并可实时记录输出，十分方便。3、 测点的选择 通风机的测点位置应根据通风机的类型、工作方式并结合具体系统进行选择。 1、风量测点的选择 风量的测点应设在风机进气平直管道上或排气平直管道上。直管长度至少应大于45倍管径长度，如现场无此条件，只能装在较短的管道上时，应增加测点数量。这里说的管径是管道的当量直径，对于圆管就是其直径，对于矩形管道其当量直径D为： 式中，a,b矩形风管的长和宽，mm。风量测点选定后，应按管道截面形状（圆形或矩形）和大小来确定纵横向测孔数量。对于圆形管道，首先把管道截面积等分成若干个环形，且所有环形共心；再平分圆环面积：画水平轴和垂直轴与圆环相交，交点即为各测点位置。不同直径管道的测点位置和测点数见下表：直径mm3004005006007008001000120014001600180020002400280032003600测点半径mmr147677995110126158190221252284319380442500570r2 82110137164192219274329384438493548656766879985r310614117721224728335442449556563570785099011301270r41261682102502933354185015856707548371005117013401500r51421902382853323804745676647568549491140132015201710纵横向总测点数纵向10 纵横向20对于矩形管道，把被测截面积划分成若干个等截面的小矩形，测点分布在上述小矩形的对角线上。不同尺寸的风道所需的测点排数见下表：管道截面边长mm5005001001000150015002000200025002500测点排数3456782、 静压测点的选择 静压测点位置应在靠近风机进、出口气流较平稳的直管上。送风机进口静压测点一般装在导向器前；出口静压测点一般装在风机出口法兰盘附近。当风机进出口直管段长度较短不能满足测量的精度时，可越过12个弯头，选择适当的直管段安装测压管，而弯头的损失则应当补上。 由于风管内气流分布不均匀，对已选定的静压测量截面，在管壁上至少需装设通过中心线的、相互垂直的四个测点。测压孔直径为12mm，且风管内壁应光滑平整。测静压接管可用直径68mm的铜管（或钢管）垂直焊接在管壁上而成。实际测量时，可用橡皮管将四个测点连接到联通器。 当安装管壁静压测管比较困难时，可用静压测针沿截面不同半径测量，然后取其算术平均值。测点数量应按管道截面的形状尺寸来确定，具体方法与风量测点相同。 介质的温度测点、成分测点均应放在风量测点处附近。3、 电参数测点的选择对于电参数的测量，应排除线路中其它并联或串联的电气设备，测量对目标风机直接供电的线路。需要指出的是，现在许多企业都有自己的电力监控，我们需要测试的风机可能企业也有仪表监测，他们用的方法大多也是通过电流互感器，取得电流值并传送到相应仪表。这种情况下，我们在布置电流钳时可以靠近他们的测点（电流互感器的取样点），这样做的好处：一是减少出错的可能性，如夹错线，或将其它用电设备的耗电也统计了进去；二是可以和企业的表计进行对照，多了一次核查的机会。4、 测试注意事项 测试前需检查风道各处有无明显泄漏。测试仪器是否完好，如发现毕托管有堵塞现象，则用打气筒清除之。测试时不应任意更动风道上的阻力，以免影响测试性能的真实性。试验的各项读数应同时读出，并记录在固定格式的记录纸上。在记录纸上应绘制风道系统图，注明仪表安装位置，并标明各点处的断面尺寸。当读数波动较大时，应读取波动值的平均值。各测点读数应重复二次或三次以上，其读数误差不得超过2%，否则应重测以保证测试的精确性。在电参数测试时，要特别注意安全，做好必要的绝缘防护措施。5、 非标状况下的换算 风机的特性曲线是按风机的用途在规定的条件下做出的。引风机是在760mm汞柱大气压力下，气温在200，气体密度0.745kg/m3的条件下作出的，通风机是在760mm汞柱大气压力下，气温在20,气体密度1.2kg/m3的条件下做出的。为了把被测风机的特性与风机特性曲线做比较，必须把风机测量的风量、全压、轴功率换算到标准状况下的数值，换算关系如下： 风量换算 全压换算 轴功率换算 式中，Q、P、N、n、风机实测的流量、全压、轴功率、转速、气体重度； Q0、P0、n0、0风机在标准状况下的流量、全压、轴功率、转速、气体重度。其中， 式中，Pa实测大气压力，mmHg； Ps测孔截面上的平均静压，mmH2O 。4、 风机系统的节能措施 由于风机与接下来将要论述的水泵同属于流体机械，二者节能挖潜的途径与措施有许多相同之处，故我们将风机的节电改造放在水泵部分一并讲解。 一、高效风机置换技术 一些离心风机，主板采用轻型钢板，外缘加上折边以加强结构刚度，轮毂轻量化设计，侧盖板流线型设计，以旋压方式制作风机入风口，集流器，增加进口端长度这样可以改善风机进口的流畅和叶轮流道，从而提高风机的效率，降低电能的消耗。一些大中型轴流风机，也采用可装卸式，叶片角度可按需调节，不同的系统可以采用不同叶型和不同材质的叶轮，上述都是高效风机。 离心风机 轴流风机 罗茨风机 集流器 采用高效风机实际上就是根据现有的系统特工况点，以及风机的特性曲线，校核风机的运行效率。然后在此基础上进行风机置换的改造。以高效率、低能耗的风机来置换运行效率差，能耗过高的风机，以达到节约能源的目的。 我国现在国产风机样本上标注的风管风机效率一般都在55%左右，而实际上由于各方面的原因，其实际运行的效果大概在4045%左右。而现在高效风机的标注效率可以高达80%以上，若扣除传动以及系统的损失等原因，风机的效率至少可以维持在77%以上的效率。其节能的效率在20%以上。 高效风机的置换主要针对中央空调系统，系统管网比较复杂的煤矿通风系统，锅炉鼓风机系统。 二、风机变频技术 当风机负载有经常性变化或有明显季节性变化时，可采用调速办法来解决，如多速电机，变频调速技术等。调速是风机技术改造中广泛使用的一种方法，通过调速使风机性能曲线移动，相当于变成许多不同容量的风机，来适应符合的变化，使风机运行尽量处于高效区域，减少节流损失。变频调速技术内置PID调节功能，可对转速实现无极调节；另外，还可实现大电机的起停，避免了启动时的电压冲击，同时降低了对电网的容量要求和无功损耗，是目前主流的调速技术。 三、风机的叶型和结构改造技术随着风机生产工艺的进步，对风机本体改造的可能性越来越大，我们可以通过以下方面的考量来对风机系统进行改造。1、 风机的设计、工艺制造、原材料使用近年来有较大的革新，如采用机翼型的4-72通风机效率已达90%以上，比一些旧的低效风机效率提高很多。因此风机的改造可以采用高效