运用变频采调速对滤池反冲洗鼓风机控制的节能改造

1、运用变频采调速对滤池反冲洗鼓风机控制的节能改造摘要：滤池反冲洗是恢复和继续发挥滤池过滤功能的重要手段，只有选择合适的 反冲洗强度才能满足滤池反冲洗工艺的要求。本文分析了滤池反冲洗鼓风机原有 的阀板节流控制方式存在的缺陷，采用变舰器对其进行调速控制改造，通过相关 数据的测试和对此结果表明，变舰调速用于滤池反冲洗鼓风机控制既满足了生产 工艺要求，又具显著的经济效益。关健词：变舰调速 供水行业 滤池反冲洗 节能降耗一、前言随着现代控制技术的发展，气动类元件在工矿企业中被广泛应用，作为气动 能源的鼓风机，其容量也越来越大，而为其配套的电动机的容量也随之增大，且 是常年运行。由于鼓风机一直在全压全速满负

2、荷运行中，生产过程中只需要负荷 的70%就满足工艺要求。而电力拖动的设计按当时的工艺要求以最大负载来配置 电动机的容量。于是，使电动机运行效率降低，造成能源浪费，这对常年运行的 鼓风机来说很不经济的。近年来, 随着国际能源高度紧乂，各行各业都在研究对 策进行节能降耗，控制生产成本。为此，我采用目前技术已很成熟的变舰调速技 术对我厂的鼓风机系统进行节能改造。改造后的系统具有能耗低、机械噪音小、 故障维修率低、与计算机系统联结形成完善的自动化控制系统，在我厂具有明显 的经济效益和社会效益。二、滤池反冲洗工艺状况：滤池反冲洗是恢复和发挥滤池过滤功能的重要手段，滤池的效率完全依靠有 效的清洗来实现。反

3、冲洗强度不足，导致滤池清洗不干净、滤池堵塞较快、产生 泥球以至口影响过滤性能；反冲洗强度太大，可能出现滤料层、承托层翻动，膨胀太高，造成跑砂、配水系统故障或漏砂现象。因此，只有选择合适的反冲洗强 度才能满足滤池反冲洗工艺要求。净水厂V型滤池反冲洗工艺要求:滤池满足反冲 洗条件时，先进行气冲，再进行气水混合冲，后进行水冲，气冲强度的大小由鼓 风机风量和风压的大小来控制，水冲洗的强度由反冲泵流量和扬程的大小控制。三、鼓风机原有系统情况设备配置 我厂有XX鼓风机厂生产的型号C60-1.5型轴向导流、多级单吸 离心式风机二台，一用一备：进口风量60m3/min、进口风压1Mpa、出口压力 1.5Mpa

4、。匹配电机型号：Y280S-2型异步电动机，额定功率为75kw，额定电流 140A、额定电压380V、频率50Hz、转速2970r/min，三角接法，B级绝缘。采用 全压直接启动接触器控制，原主电路及控制电路如下图。220v1HR2HR3HR1P-B4Y280S-275KW-2HG3HG1KT1131380VABC1SQ2SQ121iUQ.1231KKM125G5J-XA_1HR咨-队2HR鼓风机系统工作原理简述鼓风机系统中有三个以其配套的电动阀门：分别是进风阀、出风阀、回风阀。 初始状态进风阀和出风阀关闭，回风阀打开，电机空载起动；电机开启后，依次 打开出风阀和进风阀，待两阀门开到位后，关回

5、风阀，待回风阀关到位后，风机 开始正常送风。鼓风机的风量和风压是靠人工手动调节电动阀门的开度来实现， 电机正常送风阶段一直在全压全速运行。四、提出问题在冲洗滤池时，工艺要求反冲洗的强度为14-17/，只需鼓风机进风阀开 到阀门全程的1/2就能满滤池反冲洗工艺要求。鼓风机富余的功率白白 消耗在阀门上，降低电机效率。没有与电脑控制的滤池的进出水阀及气冲 阀配起来。生产工艺要求需二个冲洗强度为最佳，鼓风机的风量的调节是通过人工 手动调节进风阀的开度来实现,未能满足工艺要求。风机从启动到正常运 行靠控制电动阀门的开关来实现，相关设备多，故障率高。电机全压直接起动，起动电流很大，对电网有冲击，尤其对风机

6、的连轴 器、轴承造成严重机械磨损。五、对提出问题的分析从节能的角度1、变频调速的基本原理根据异步电机的转速公式n = 60f(1-s)/p,要调节电动机的转速，只有 通过改变同步转速来实现。由n0=60f/p可知，一是通过改变磁极对数p来实现调速，但是这种方法的缺点是调节是有级的，且极数很少，电动机的效率将降低。二是通过改变定子电源频率1来实现调速。由no=60f/p可知，当频率连续可调时，异步电机的同步转速n0也连续可调，因为电机的转子转 速nm总是比同步转速n0赂低些。所以，当n0连续可调时，nm也连续可调。 由于异步电动机的同步转速n0与电源频率成正比，所以改变电源频率就能 改变同步转速

7、n0,从而实现调速，这就是变频调速。即将工频50Hz的交流 电输入变频调速器，通过整流、储能元件、逆变器等，变换成频率连续可调 的三相交流电流，控制电动机的转速，义根据交流电动机转矩公式：T=C T2&f2 可见 T 与仁 I 成正比，又 U = E1=C1F1 fif=E1/F1=U1/F1 要满足电动机的输出转矩不变，就要维持U1/F1为一定值，由此，变频调速 也称为VV 调速方式。2、鼓风机变频调速节能原理分析1、进风阀门开度为100%时的管网阻力特性曲线2、进风阀门升度为70%时的管网阻力特性曲线3、转速为额定转速n2(f=50Hz)时的风机特性曲线4、转速为转速n(f=40Hz)时的

8、风机特性曲线风机的设计工作流量为60m3/min，系统在这一流量下的工作点入点，阀门开度为100%,因满足滤池一定的气冲洗强度的工艺要求，风机工作 流量须保持Q1=38.8m3/min。原系统采用了将进风阀门调节在70%位置 的方法，这样相当于增加了风机管道阻力，使管道阻力曲线由1升至2, 系统工作点由入点转到8点运行。从图上看出此时风机进出风压力差由 H上升到H1,此时电机输出轴功率P1与BHOQ成正比，采用变频调速 后，电机转速由ne至n1在转速下的特性曲线为3,系统工作点由B点 转列C点，可见在满足同样流量Q1的情况下，风机进出风口压力差由 采用阀板节流时的H1下降IJH2,由于出风口压

9、力保持不变，因而进出 风口压力差的变化就是风机进风口压力变化的反应，此时电机输出轴功 率P2与CH2OQ1成正比，采用变频调速后节约的轴功率匕？与BH1H2C 面积成正比。若将采用阀板节流时风机消耗的电能表示为：W1=KH1Q1,采用变频调速 此阀板节流节省的电能为：W1-W2=K(H1-H2)Q1=KQ1H在相同出口压力、相同流量Q1下的节电率为： r=(W1-W2)/W1=KQ1H/KH1Q1=H/H1由此可见，取消阀板调节,采变频调速，是一种行之有效们节能措施.从工艺要求工艺要求保正在冲洗初期有足够的强度冲开较脏的滤料层，在该强度下 运行一个时间段后，下降到下一个速度运行，使此时的气冲强

10、度正好满足工 艺要求.采用变频调速的多段速度控制正好满足工艺要求.从起动过程看由于电机直接起动，起动电流高达额定电流的47倍，将对电网形成冲击，弓1起电压波动，对接触器主触头造成损坏。快捷的起动，常常对机械形成冲击，缩短机械传动轴、轴承的使用寿命。还有与鼓风机配合的三个电动阀门控制复杂，故障率高，维修量大。采变频调速后，由于其输出频率可以 从很低频率开始，实现了软起动，有效地降低起动电流，减少对电网、电机、 接触器的冲击。延长机械传动部分的使用寿命，取销了与鼓风机配合的三个 电动控制阀门，减少大量维修工作量。通过上述三方面分析可见，鼓风机采用变频调速控制，在企业节能中将具有 明显的经济效益和社

11、会效益。大、解决问题1.改造后的系统示意框图由下图可见，鼓风机的变频调速系统采用二段速度控制，与计算机联结形 成完善的自动化控制，风机的风压与风量的调节通过改变风机的转速实现， 满足工艺要求。2、变频器调速的多段速度控制通过变频器键盘操作，设置参数从端子选择运行/停止，由变频器内部提供 15V电源接到9号端子，由冲洗滤池的工况决定第一速度段的输出频率（50HZ 以下）接到16号端子,第二段速度频率（40HZ以下）接至端子8。鼓风机变频调 速系统就是根据多段速度的控制作用，自动调整变频器的输出频率的高低，以 此来调整电动机的转速。变频器选择1 ）鼓风机配置的电动机为Y280S-2，功率为75KW

12、、频率为50Hz、额定电压 380V、额定电流140A、转速2970r/min。我们选用了二台西门子ECO变频器 该变频器主要技术参数：可变转矩负载能力为75KW、负载电流为140A、输入电压380-415V、3相、 频率50Hz、最大输出为380-460V、其电子热继电器可调X围20%-120%变 频器额定电流，频率可调X围0-400HZ。频率设定方式：操作面板、电位器、 电压全信号（0-10）、电流信号（4-20）。该变流器有加下技术特点：该变流器是 全数字电压型IGBT功率器件模块化结构通用系列标准产品，可实现转矩限 定、转矩提升、转差补偿控制、瞬间电源故障后的平稳恢复、自动加速减速 控

13、制,自动节能运行，并有高可靠的保护和错误分柝、诊断、显示等功能 2）变频器调速的多段速度控制通过变频器键盘操作，设置参数从端子选择运行/停止，由变频器内部提供 15V电源接到变频器9号端子，由冲洗滤池的工况决定，设置第一速度段的输 出频率信号（50HZ以下）从变频器16号端子输出,与中间继电器KA1的常开触 点连按，再与变频器9号端子连按，完成第一速度段控制。设置第二段速度频率 信号（40HZ以下）从变频器8号端子输出，与中间继电器KA2的常开触点连按, 再与变频器9号端子连按，完成第二速度段控制。鼓风机变频调速系统就是根 据多段速度的控制作用，自动调整变频器的输出频率的高低，以此来调整电动

14、机的转速。3、改造后的电路设计本采统的电路设计是：由于与计算机联接形成自动化控制，结合变频器的控 制特点，取消了与鼓风机配合的三电动阀门的控制电路，轴承的温控和故障报警 弓I至计算机控制，改造后的电路简单明了，同时满足控制要求。见图10所示改 造后的主电路及其控制电路。主电路由图10可见，接触器KM用于将电源接至变频器的输入端，将变频器的输 出端接至电动机。控制电路由图10可见运行方式由三位升关、入进行选择.手动控制：当、入台至”手动”运行方式时，按下起动按钮SB2,接触器KM得电吸台，将工 频电源按到变频器输入端，并允许电动机起动。按下SB4,中间继电器KA动作并自锁,进而使中间继器KA1和

15、时间继电器KT 得电吸台，电动机开始升速，进入”变频运行”第一段速度控制,60秒后KT常闭触 点延时断开,KA1失电，结束第一段速度控制，同时KT常开触点通电延时闭台， 中间继电器KA2得电吸合，变频器进入第二速度运行，冲洗时间到，按下SB3, 心失电，变频器停止运行。按下SB1，接触器KM失电，风机手动操作完毕。自动控制：将、入台至“计控”运行方式，当滤池的冲洗条件满足，由中央控制室的计 算机系统向鼓风机系统发出控制指令信号，PC触点闭台，接触器KM得电吸合， 将工频电源接到变频器输入端，并允许电动机起动。当变频器起动条件满足，计 算机控制的指令触点闭台，中间继电器KA动作，进而使中间继器K

16、A 1和时间继 电器KT得电吸合，变频器进入第一段速度段运行，电机开始升速并在设定的频率 X围运行，60秒后KT常闭触点延时断开,KA1失电，结束第一段速度控制，同时 KT常开触点通电延时闭台，中间继电器KA2得电吸合，变频器进入第二段速度 运行，根据工况要求由计算机设定的冲洗时间到，控制变频器的计控触点断开 KA2失电，变频器停止运行，鼓风机自动控制结束。4变频器的外部接线六、变频器调速系统的安装与调试系统安装变频器是一台全电力半导体设备，由于它对环境及其按线要求较高.结合我 厂风机房的实际情况，我们将原来三个电动阀门的主控制电路取消，在原处合理布 局空气开关、接触器、变频器,使变频器竖立安

17、装柜内左侧，空气开关和按触器在柜右侧，从而使安装环境、散热效果、维护方便性都较为理想。1）主电路线径的选择安装电源与变频器之间及变频器与电动机之间的导线，采用与原主电路相同截面 积的120mm2铜导线安装。变频器的R、S、T三端通过接触器KM接入断路器 QF后的三相交流电源，变频器的U、V、可三端与电动机相接。2）控制线路的选择安装控制线路的接线主要是开关量控制线，由起动、停止、速度调整等控制组 成的开关量控制线，由于开关量的挤干扰能力较强且接线距离近,故没有使用屏蔽 线。只采用普通的1.5mm2的绝缘软铜线。变频器、电动机的接地线（16mm2）接到同一点上。系统调试在调试过程中，我们以滤池反

18、冲洗工艺对气冲强度的要求为依据制定调试方 案，具体步骤如下：1）按说明书的要求不带电机对变频器检查，对各项功能和数据进行设置和更 改。2）带上电动机进行带负载调试。先把鼓风机起动，运行到正常转速,然后逐步 把进风阀门打开。缓慢减小电机输入电压频率，观察风量、风速、电流的变化，调 到达列工艺要求的数据标准为止。反复进行多次，确定调速的频率X围。2）变流器的主要参数设置：（1）频率上限、下限设定。最高频率设定为43Hz,即电机最高转速限制在2550r/min以就以防风机风量过大造成跑砂、滤板损坏等问题。最低频率设定为28Hz，即风机启动时，频率由零迅速上升到28Hz，电机转速线性增加到对应的转速。避免了因频率过低，启动时间长，启动转矩不足的问题。（2）加速、减速时间设定。在启动变流器后，观察加速过程中的输出电流， 若出现电流过大，则延长加速时间，反之缩短加速时间；在停止变流器运行 后，观察减速过程是否出现直流电压，若出现，则延长减速时间，否则可缩 短减速时间。根