风机高压变频调速改造及节能原理

1、风机高压变频调速改造及节能原理 2007-01-27 来源：减速机信息网 浏览：611 推荐朋友 打印本稿 字体：大 小 1 引言 工业生产和产品加工制造业中，风机设备应用范围广泛；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备节流损失以及维护、维修费用占到生产成本7%25%，是一笔不小生产费用开支。经济改革不断深入，市场竞争不断加剧；节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品质量重要手段之一。 目前，变频调速技术已经成为现代电力传动技术一个主要发展方向。它卓越调速性能、显著节电效果，改善现有设备运行工况，提高系统安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命等优点应用领域不断扩大而到充分体现。 2 风机参数及特性

2、 2.1 风机基本参数 (1) 风量Q单位时间流过风机空气量(m3/s，m3/min，m3/h)； (2) 风压H当空气流过风机时，风机给予每立方米空气总能量(kg·m)称为风机全压Ht(kg·m/m3)，其由静压Hs和动压Hd组成。即Ht=Hs+Hd； (3) 轴功率P风机工作有效总功率，又称空气功率； (4) 效率风机轴上功率P损失掉部分功率后剩下风机内功率与风机轴上功率P之比，称为风机效率。 2.2 风机相似理论 风机流量，运行压力，轴功率这三个基本参数与转速间运算公式极其复杂，同时风机类负荷随环境变化参数也随之变化，工程中一般风机运行曲线，进行大致参数运算，称之为风

3、机相似理论： Q/Qo=n/no H/Ho=(n/n0o)2(/o) P/P0=(n/no)3(/o) 式中：Q风机流量； H风机全压； n转速； 介质密度； P 轴功率。 风量Q与电机转速n成正比，Qn；风压H与电机转速n平方成正比，Hn2；轴功率P与电机转速n立方成正比，Pn3。 2.3 电动机容量计算式中：P风机电动机所需输出轴功率(kW)； Q风机风量(m3/s)； H风机风压(kg/m2)； r传动装置效率，直接传动为1.0，皮带传动为0.90.98，齿轮传动为0.960.98； F风机效率； 102由kg·m/s变换为kW单位变换系数。 3 风机调节输出风量方法 3.1

4、改变风机管网特性曲线来实现对风机风量调节 这种办法是调节挡风板开关程度来实现，如图1所示。图1 不同管网特性曲线风机风量特性曲线风机档板开度一定时，风机管网特性曲线R1工作时，工况点为M1，其风量、风压分别为Q1、H1，其输出流量是Q1。 将风机挡板关小，管网特性曲线变为R2，工况点移至M2，风量、压力变为Q2、H2，其输出流量是Q2。 将风机挡板再关小，管网特性曲线变为R3，工况点移至M3，风量、压力变为Q3、H3，其输出流量是Q3。 从上面曲线分析，调速风机档板开度，管网特性参数将发生变化，输出流量发生变化，这样就达到了定速运行时调节风机输出流量目标。 调节风机流量过程中，而风机性能曲线(

5、H-Q曲线)不变，工况点风机性能曲线(H-Q曲线)由M1移到M2，特性曲线由R1变为R2，风机输出流量由Q1变为Q2，这种方法结构简单，操作容易。目前多数风机都采用这种方法，风机内部压力由H1变为H2，这样，流量减少同时，压力同时上升，档板上消耗了大量无效轴功率，极大降低了风机转换效率，浪费了大量能源。 3.2 改变风机叶片角度来实现对风机风量调节 当风机管网性能曲线不变时，改变风机叶片角度，使风机特性曲线(H-Q曲线)改变，工况点将管网特性曲线移动，达到调节风量目。 如图2所示，风机叶片角度为1时，M1点是原来工况点，其风量、风压分别为Q1、H1；风机叶片角度为2时，风机性能曲线(HQ曲线)

6、由1线变为2线，与管网特性曲线相交于M2，风量、风压变为Q2、H2；风机叶片角度为3时，风机性能曲线(HQ曲线)由2线变为3线，与管网特性曲线相交于M3，风量、风压变为Q3、H3。图2 不同风机叶片角度时风机风量特性曲线这种调节风量方法中，管网特性曲线不变，风机叶片角度变化，调节风机性能(HQ曲线)，达到调节风机风量目。 这样，调低流量同时，风机内部压力也随之下降，具有很好节电效果。这种方法使风机叶轮结构复杂，调节机构磨损较大。同时，调节叶片角度必须停机进行，无法需要风机进行连续运行、连续调节场合。 3.3 改变风机转速来实现对风机风量调节 风机管网特性不变，风机叶片角度不变情况下，改变风机转

7、速，使风机特性曲线(HQ曲线)平行移动，工况点将管网特性曲线移动，达到调节风量目。如图3所示。图3 风机转速不同时特性曲线当风机转速为n1时，风机风压-风量曲线与管网特性曲线R相交于M1点，其风量、风压分别为Q1、H1；当风机转速为n2时，风机风压-风量曲线与管网特性曲线R相交于M2点，其风量、风压分别为Q2、H2。 当风机转速降低，流量降低同时，风机压力也同时随之降低，这样，调低流量同时，风机内部压力也随之下降，具有极好节电效果。这种方法不必对风机本身进行改造，转速由外部调节，风机档板可处于全开位置保持不变，并能实现无级线性调节风量，适合于需要风机进行连续运行，连续调节场合。 4 转速与采用

8、档板调节流量消耗功率差值 采用改变风机转速和改变管网特性进行风量调节，调节相同风量时，其风机特性曲线(H-Q曲线)变化不同，二种调节方法运行工况点同，其运行对比如图4所示。图4 风机转速调节与档板调节特性曲线对比4.1 额定流量Q1时 风机档板为额定开度，其管网特性曲线为R1，风机转速为额定转速，其特性曲线为n1，此时风机处于额定出力状态，转速调节和档板调节工况点重合，处于M1点，此时两种调节方式消耗轴功率是相同。 4.2 运行中需输出风量Q2时 调节风机转速将风量调为Q2，这时风机特性曲线(H-Q曲线)平行下移，工况点处于M2点，风机压力变为H2，风压风量同时下降。其消耗轴功率为：调节风机档

9、板改变管网特性，将风量调为Q2，这时风机特性曲线(H-Q曲线)不变，管网特性曲线由R1变化到R2，与n1时风机特性曲线相交于M3，此时风量为Q2，风压为Hf，曲线上看出，HfH1，风量下降了，风压却上长了，其消耗轴功率为：4.3 输出风量为Q2时，风机转速调节与档板调节方式下消耗轴功率差值 （1) 风压变化幅度 速度调节时风压变化： H2=H1(n/n0)2(/0 ) 档板调节时风压变化： HfH1 运行时，用转速调节流量时，H2< （2) 档板调节与转速调节消耗轴功率差值：将H2=H1(n/n0)2(/0 )与HfH1代入上式可： PP3 1-(n/n0)2(/0) 5 具体事例 湖南

10、华菱涟源钢铁集团田湖公司活性石灰车间，回转石灰窑配套引风机型号为GW-GR168D，额定压力8000Pa，配套电机型号YKK450-2-4，功率500kW，电压为6kV三相交流异步电动机，风门采用档板调节，正常时回转窑内负压为100250Pa，运行档板开度为30%左右。 5.1 工频运行时测试结果 2005年2月1日3月2日回转窑引风机工频运行时测试结果如表1所示：表1 回转窑引风机工频运行时测试结果 5.2 变频运行时测试结果 应用JZHICON-1A-06/063高压变频器对回转窑风机进行改造后，风机运行于调速状态，6月17日到6月23日变频运行实测数据统计如表2所示。表2 变频运行实测数

11、据统计 从表2中可以看出，经变频改造后，满足回转窑负压情况下，风机电流明显减少，由25A35A降为11A23.5A变频器轴承等寿命以延长。 5.4 节能效果 石灰车间回转窑引风机变频调速工况下长时间运行节能效果： (1) 引风机运行时间 石灰车间回转窑生产为十二天一个生产周期，十天进行活性石灰生产，二天进行修窑。 (2) 引风机月运转时间 24h×30天×10天/12天=600h 引风机年运转时间：600h×11月=6600h (3) 变频运行后节电 引风机运行单耗节约量： 280.32kWh-54.5kWh=225.82kWh 2.2 引风机年节约电量 225.82×6600=1490412kWh (4) 经济效益 石灰车间电价是每花费0.57元/kWh 引风机变频运行每小时节约电费：225.82×0.57=128.72元 引风机变频运行每月节约电费：135492×0.57=77230.44元 引风机变频运行年节约电费：1490412×0.57=849534元 5.5 设备投资回收 JZHICON-1A-06/063高压变频器引风机上投入运行后，石灰车间回转窑满负荷生产状况下，引风机每年节