風(fēng)機(jī)水泵壓縮機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)講座（三）

1、風(fēng)機(jī)水泵壓縮機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)講座（三）作 者：國(guó)家電力公司熱工研究院自動(dòng)化所 徐甫榮三、風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能效果的計(jì)算方法1 風(fēng)門開(kāi)度與風(fēng)量的關(guān)系風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開(kāi)度(葉片角度)與風(fēng)量之間的關(guān)系是非線性的，不同類型的風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開(kāi)度(葉片角度)與風(fēng)量之間的關(guān)系也是不一樣的。從圖1、圖2可以看出：離心式風(fēng)機(jī)在不同風(fēng)門開(kāi)度時(shí)的特性曲線之間的間隔是不均勻的，也就是說(shuō)其線性度很差；而軸流式風(fēng)機(jī)在不同葉片角度時(shí)的特性曲線之間的間隔是比較均勻的，也就是說(shuō)其線性度較好；不同類型的風(fēng)機(jī)在相同的風(fēng)門開(kāi)度(葉片角度)(%)時(shí)的風(fēng)量(%)也是不一樣的。見(jiàn)圖8所示。表1 離心式風(fēng)機(jī)風(fēng)門開(kāi)度與風(fēng)量、風(fēng)壓和節(jié)電率的關(guān)系表2 靜葉可

2、調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的葉片角度和風(fēng)量、風(fēng)壓及節(jié)電率的關(guān)系表3 動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的葉片角度和風(fēng)量、風(fēng)壓及節(jié)電率的關(guān)系表4 離心式風(fēng)機(jī)采用不同的擬合法時(shí)風(fēng)門開(kāi)度與風(fēng)量的關(guān)系就拿離心式風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，可以在圖3上畫(huà)一條阻力曲線，與不同風(fēng)門開(kāi)度的特性曲線的交點(diǎn)即為不同風(fēng)門開(kāi)度時(shí)的工作點(diǎn)，由各個(gè)工作點(diǎn)讀出的風(fēng)門開(kāi)度、風(fēng)量及風(fēng)壓的關(guān)系數(shù)據(jù)列于表1，不同風(fēng)門開(kāi)度與風(fēng)量之間的關(guān)系則畫(huà)于圖8。根據(jù)圖3、圖4，用同樣的方法可以作出靜葉可調(diào)和動(dòng)葉可調(diào)的軸流式風(fēng)機(jī)不同葉片角度與風(fēng)量之間的關(guān)系，其數(shù)據(jù)列于表2、表3，曲線畫(huà)于圖8。圖8 不同類型的風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開(kāi)度(葉片角度)與風(fēng)量之間的關(guān)系由圖8可以看出，離心式風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開(kāi)度風(fēng)量曲線的線

3、性度最差：小風(fēng)門時(shí)，隨著風(fēng)門的開(kāi)大，風(fēng)量增大很快；當(dāng)風(fēng)門開(kāi)度大到50%以上時(shí)，風(fēng)量增大的速度明顯放慢，當(dāng)風(fēng)門開(kāi)度大到75%以上時(shí)，風(fēng)量增大已不太明顯了。而靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的葉片角度風(fēng)量曲線就要顯得平坦一些了，動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的葉片角度風(fēng)量曲線就接近線性了。并且可以看出，在相同的風(fēng)門開(kāi)度(葉片角度)%時(shí)，離心式風(fēng)機(jī)的風(fēng)量最大，其次是靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，而動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)量最小。因此，在相同的風(fēng)門開(kāi)度(葉片角度)%時(shí)，離心式風(fēng)機(jī)的節(jié)電率最小，其次是靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，而動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的節(jié)電率最大。而在相同的風(fēng)量時(shí)，由于三種風(fēng)機(jī)的軸功率不同(見(jiàn)表4，表5)：離心式風(fēng)機(jī)的軸功率最大，其次是靜葉可調(diào)軸

4、流風(fēng)機(jī)，而動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的軸功率最小；所以離心式風(fēng)機(jī)的節(jié)電率最大，其次是靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，而動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的節(jié)電率最小。由于大多數(shù)風(fēng)機(jī)為離心式風(fēng)機(jī)，所以我們把離心式風(fēng)機(jī)作為重點(diǎn)來(lái)討論。在知道了不同工況的風(fēng)門開(kāi)度時(shí)，就可以用查表的方法求出風(fēng)量和風(fēng)壓值，并以此作為節(jié)能計(jì)算的依據(jù)。因?yàn)椴楸淼姆椒ū容^麻煩，所以也常常用函數(shù)逼近的方法來(lái)計(jì)算，但同時(shí)也帶來(lái)了誤差。常用的函數(shù)逼近方法有開(kāi)平方法、三角函數(shù)法等。開(kāi)平方法是將風(fēng)門開(kāi)度和風(fēng)量數(shù)據(jù)都標(biāo)么化為01(0100%)，再將風(fēng)門開(kāi)度數(shù)據(jù)開(kāi)平方，即可得到風(fēng)量數(shù)據(jù)的標(biāo)么值(0100%)；三角函數(shù)法則先將風(fēng)門開(kāi)度數(shù)據(jù)標(biāo)么化為a= 00900，風(fēng)量數(shù)據(jù)標(biāo)么化為01

5、(0100%)，再用三角函數(shù)q=sina求出對(duì)應(yīng)的風(fēng)量標(biāo)么值。離心式風(fēng)機(jī)采用不同的擬合法時(shí)風(fēng)門開(kāi)度與風(fēng)量的關(guān)系數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，查表法和函數(shù)逼近法算出的風(fēng)門開(kāi)度/風(fēng)量的關(guān)系均畫(huà)于圖9。圖9 離心式風(fēng)機(jī)使用不同的逼近方法時(shí)的風(fēng)門開(kāi)度與風(fēng)量的關(guān)系曲線由圖9可見(jiàn)，開(kāi)平方法在小風(fēng)門段的風(fēng)量要大于查表法，而在大風(fēng)門段又小于查表法；三角函數(shù)法的全程風(fēng)量都要低于查表法，并且三角函數(shù)法的誤差要大于開(kāi)平方法。其實(shí)即使是用查表法得出的數(shù)據(jù)也是有誤差的，因?yàn)橛玫氖堑湫偷碾x心式風(fēng)機(jī)的特性曲線，與實(shí)際風(fēng)機(jī)的特性曲線還是有差別的，最好使用實(shí)際風(fēng)機(jī)的特性曲線，與實(shí)際的阻力曲線的交點(diǎn)為工作點(diǎn)得出的數(shù)據(jù)才是最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但是實(shí)際的阻

6、力曲線是很難繪出的。風(fēng)機(jī)的特性曲線就好像是人的身份證，其中包含了風(fēng)機(jī)的所有的信息！但是現(xiàn)場(chǎng)很難找到風(fēng)機(jī)的特性曲線，就只能向風(fēng)機(jī)的制造廠家索取了，實(shí)在找不到時(shí)就只能用典型的離心式風(fēng)機(jī)的特性曲線作為計(jì)算的依據(jù)了。2 不同風(fēng)量和不同控制方式時(shí)的軸功率由于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)調(diào)查表中提供的風(fēng)機(jī)軸功率一般不是風(fēng)機(jī)的額定軸功率，而是電動(dòng)機(jī)的額定輸出功率；而用風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量、風(fēng)壓和效率來(lái)計(jì)算風(fēng)機(jī)的額定軸功率，又因?yàn)闆](méi)有風(fēng)機(jī)效率數(shù)據(jù)以及給出的風(fēng)量和風(fēng)壓數(shù)據(jù)明顯有誤，所以也不是風(fēng)機(jī)真正的額定軸功率；即使有風(fēng)機(jī)的額定軸功率數(shù)據(jù)，由于鍋爐(窯爐)的阻力曲線也不能精確計(jì)算，所以當(dāng)風(fēng)門全開(kāi)時(shí)的風(fēng)機(jī)軸功率與其額定軸功率也會(huì)有出入：如

7、風(fēng)道的阻力過(guò)大，則因?yàn)轱L(fēng)壓增大，會(huì)使風(fēng)機(jī)的軸功率超過(guò)其額定軸功率；反之如風(fēng)道的阻力過(guò)小，則因?yàn)轱L(fēng)壓減小，而會(huì)使風(fēng)機(jī)的軸功率低于其額定軸功率等等！因?yàn)楣こ讨胁环@樣的案例：有的風(fēng)機(jī)在風(fēng)門全開(kāi)運(yùn)行時(shí)，其電動(dòng)機(jī)的電流還遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流；而有的風(fēng)機(jī)在風(fēng)門開(kāi)度尚不到50%時(shí)，其電動(dòng)機(jī)已因過(guò)載而跳閘了。圖10 離心式風(fēng)機(jī)在不同調(diào)節(jié)方式時(shí)的軸功率和效率曲線那么到底應(yīng)當(dāng)如何計(jì)算當(dāng)風(fēng)門全開(kāi)時(shí)的風(fēng)機(jī)軸功率呢？這個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)于節(jié)能計(jì)算來(lái)說(shuō)又是至關(guān)重要的！很多的節(jié)能計(jì)算出現(xiàn)較大誤差的原因主要就是不能精確的計(jì)算出當(dāng)風(fēng)門全開(kāi)時(shí)的風(fēng)機(jī)軸功率。工程上有一種計(jì)算方法算出的風(fēng)門全開(kāi)時(shí)的風(fēng)機(jī)軸功率較為準(zhǔn)確，即根據(jù)某一風(fēng)門開(kāi)度時(shí)的電動(dòng)機(jī)

8、運(yùn)行功率來(lái)反推風(fēng)門全開(kāi)時(shí)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率(包括電動(dòng)機(jī)的損耗)。其根據(jù)見(jiàn)圖10(左)，并有根據(jù)圖10(左)上查出的表5，以及表6。表5 離心式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在不同風(fēng)量(風(fēng)門開(kāi)度)和不同控制方式時(shí)的軸功率表6 軸流式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在不同風(fēng)量(葉片角度)和不同控制方式時(shí)的軸功率3 調(diào)速范圍的確定當(dāng)風(fēng)機(jī)采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)，其風(fēng)量和風(fēng)壓可用比例定律計(jì)算，在確定調(diào)速范圍時(shí)應(yīng)兼顧風(fēng)量和風(fēng)壓的要求，一般這時(shí)將風(fēng)門開(kāi)到最大，僅用轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，并留有一定的風(fēng)壓裕量。所以一定要知道生產(chǎn)工藝所要求的最小風(fēng)壓，作為確定最低轉(zhuǎn)速的根據(jù)。當(dāng)然，當(dāng)最小風(fēng)壓要求低于最小風(fēng)量要求時(shí)，可以風(fēng)量要求為準(zhǔn)。注意：這只是最低轉(zhuǎn)速，不能作為節(jié)能計(jì)算的轉(zhuǎn)速

9、依據(jù)；節(jié)能計(jì)算時(shí)應(yīng)以中心調(diào)節(jié)頻率為準(zhǔn)，中心調(diào)節(jié)頻率則為最低頻率和額定頻率(50hz)的中心值。如最低調(diào)速頻率為30hz，則中心調(diào)節(jié)頻率為40hz，為額定轉(zhuǎn)速的80%。4 節(jié)能效果的計(jì)算風(fēng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能效果計(jì)算比較簡(jiǎn)單，由于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)一般不存在反壓，所以風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行時(shí)消耗的電功率可以直接用比例定律求得。注意使用的工頻運(yùn)行電功率應(yīng)為采用風(fēng)門調(diào)節(jié)時(shí)風(fēng)機(jī)實(shí)際消耗的電功率，而不是電動(dòng)機(jī)的額定電功率。而轉(zhuǎn)速也應(yīng)為中心調(diào)節(jié)頻率(轉(zhuǎn)速)，而不是最低(頻率)轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵的是要根據(jù)風(fēng)門開(kāi)度數(shù)據(jù)測(cè)算出準(zhǔn)確的風(fēng)量數(shù)據(jù)，才能準(zhǔn)確算出節(jié)電率來(lái)。最準(zhǔn)確的是根據(jù)各種工況下的風(fēng)量、風(fēng)壓和電動(dòng)機(jī)電流數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算；其次是根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性曲

10、線以及風(fēng)門開(kāi)度和電流數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，風(fēng)門開(kāi)度決定節(jié)電率，而電動(dòng)機(jī)電流的大小則決定節(jié)電量；最后就只能根據(jù)風(fēng)門開(kāi)度數(shù)據(jù)用查表法和函數(shù)逼近法算出風(fēng)量來(lái)，然后根據(jù)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比進(jìn)行計(jì)算了。不論用哪種方法計(jì)算，風(fēng)門開(kāi)度的準(zhǔn)確性都是致關(guān)重要的！其次就是風(fēng)量的計(jì)算尤為關(guān)鍵，它對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響可謂是：“失之毫厘，差以千里”！例如在表4中，開(kāi)平方法和查表法相比，在45o(50%)風(fēng)門開(kāi)度時(shí)，其風(fēng)量的數(shù)值相差11%！算出的節(jié)電率分別為45.9%和16.5%，相差29.4%！而函數(shù)法和查表法相比，在40o(44.4%)風(fēng)門開(kāi)度時(shí)，其風(fēng)量的數(shù)值相差12.4%！算出的節(jié)電率分別為57

11、.4%和27.7%，相差29.7%！當(dāng)然這是最大誤差，但是對(duì)于節(jié)電率來(lái)說(shuō)，就是相差3%5%都是非常敏感的，更別說(shuō)是30%了！對(duì)節(jié)電量和節(jié)約電費(fèi)以及投資回報(bào)來(lái)講，則更是有天壤之別了。所以說(shuō)“失之毫厘，差以千里”是一點(diǎn)也不過(guò)分的。所以風(fēng)量的計(jì)算一定要慎之又慎！例4 某電站鍋爐為75t/h循環(huán)流化床鍋爐，其送風(fēng)機(jī)(一次風(fēng)機(jī))為離心式風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)裕量較大，在滿負(fù)荷時(shí)入口風(fēng)門開(kāi)度僅為70%(出口風(fēng)門全開(kāi))，每天運(yùn)行時(shí)間為8h；80%負(fù)荷時(shí)風(fēng)門開(kāi)度為55%，每天運(yùn)行時(shí)間為10h；60%負(fù)荷時(shí)風(fēng)門開(kāi)度為45%(低于44%開(kāi)度時(shí)風(fēng)壓報(bào)警)，每天運(yùn)行時(shí)間為6h。試計(jì)算變頻調(diào)速節(jié)能改造后的節(jié)能效果。風(fēng)機(jī)參數(shù)：額定風(fēng)

12、壓：22000pa，運(yùn)行風(fēng)壓：10000pa，10000pa報(bào)警；額定風(fēng)量：66000m3/h，滿負(fù)荷運(yùn)行風(fēng)量：55000m3/h。電動(dòng)機(jī)參數(shù)：額定功率：560kw，額定電壓：6000v；額定電流：65.4a，滿負(fù)荷運(yùn)行電流：42a；額定轉(zhuǎn)速：1486r/min；功率因數(shù)：0.85；額定效率：95%。解：首先確定調(diào)速范圍，風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速時(shí)，風(fēng)門全開(kāi)，全速運(yùn)行時(shí)輸出額定風(fēng)壓22000pa，根據(jù)比例定律，為保證最低風(fēng)壓10000pa時(shí)的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的67.49%，為了留有風(fēng)壓裕量，最低轉(zhuǎn)速取額定轉(zhuǎn)速的70%(1036 r/min)，變頻器的最低輸出頻率為35hz。(a)滿負(fù)荷時(shí)風(fēng)門開(kāi)度為70%

13、，由表1可查得風(fēng)量約為90%，變頻調(diào)節(jié)時(shí)可在90%轉(zhuǎn)速下(45hz)運(yùn)行，此時(shí)的風(fēng)壓為17820pa，滿足最低風(fēng)壓要求。由表5可查得此時(shí)的電動(dòng)機(jī)功率為全風(fēng)量功率的80%。風(fēng)機(jī)在滿負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行電流為42a，電動(dòng)機(jī)的功率為：pd=1.7326000420.85= 371kw；當(dāng)風(fēng)機(jī)在94%轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，其消耗的電功率為：pb=371kw/0.800.903/0.96=352kw，節(jié)省電功率：p=pdpb=371kw352kw=19kw節(jié)電率為：p/pd=5.12%。(b)80%負(fù)荷時(shí)風(fēng)門開(kāi)度為55%，由表1可查出風(fēng)量約為83%，變頻調(diào)節(jié)時(shí)可在83%轉(zhuǎn)速(41.5hz)下運(yùn)行，此時(shí)的風(fēng)壓為15150p

14、a，滿足最低風(fēng)壓要求。由表5可查得此時(shí)的電動(dòng)機(jī)功率為全風(fēng)量功率的73%。風(fēng)機(jī)在80%負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行電流為40a，電動(dòng)機(jī)的功率為：pd=1.7326000400.85=353kw；當(dāng)風(fēng)機(jī)在87%轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，其消耗的電功率為：pb=353kw/0.730.833/0.96=288kw；節(jié)省電功率：p=pdpb=353kw288kw=65kw；節(jié)電率為：65kw/353kw=18.4%。(c)60%負(fù)荷時(shí)風(fēng)門開(kāi)度為45%，由表1可查出風(fēng)量約為77%，變頻調(diào)節(jié)時(shí)可在77%轉(zhuǎn)速(38.5hz)下運(yùn)行，此時(shí)的風(fēng)壓為13000pa，滿足最低風(fēng)壓要求。由表5可查得此時(shí)的電動(dòng)機(jī)功率為全風(fēng)量功率的68%。風(fēng)機(jī)在60%負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行電流為38a，電動(dòng)機(jī)的功率為：pd=1.7326000380.85=335.6kw；當(dāng)風(fēng)機(jī)在83%轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，其消耗的電功率為：pb=335.6kw/0.680.773/0.96=234.7kw；節(jié)省電功率：p=pdpb=335.6kw234.7kw=100.9kw；節(jié)電率為：100.9kw/335.6kw=30.06%。日節(jié)電量為：(19kw8h65kw10h100.9kw330