第8卷第1期漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報Vol 8 No. 1年1月Journal of Zhangzhou Technical InstituteJan.2006風(fēng)機的節(jié)能技術(shù)黃玉山(漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建漳州3630000摘要:本文從實際運行工況入手,結(jié)合風(fēng)機和風(fēng)道特性,探討風(fēng)機的節(jié)能技術(shù),以流量調(diào)節(jié)為基礎(chǔ),分析各種調(diào)節(jié)方法的特點。經(jīng)過調(diào)査研究的經(jīng)濟測算,選用具有領(lǐng)先水平的交流變頻調(diào)速裝置來控制風(fēng)機運行,節(jié)能效果較顯著。關(guān)鍵詞:風(fēng)機;節(jié)能技術(shù)中圖分類號:TU8344文獻標(biāo)識碼:A章編號:1673-1417(2006)010030051引言風(fēng)機是國民經(jīng)濟各部門中應(yīng)用量大,使用面廣的通用機械,廣泛裝備在冶金、石油、化工、紡織、電力、輕工等工礦企業(yè),用以對工業(yè)生產(chǎn)過程中散發(fā)出的大量的熱、濕、工業(yè)粉塵以及有害氣體和蒸汽采取有效防護和凈化處理,回收利用,化害為利,防止大氣污染的有效措施,創(chuàng)造良好的勞動條件保障人身安全、保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要設(shè)備之改革開放以來,隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,人民生活水平的提高,采暖通風(fēng),空氣調(diào)節(jié)已經(jīng)進入千家萬戶,特別是高層智能建筑、寫字樓、商場、影劇院等較大規(guī)模旳活動場所,集中式、冷暖型的通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)成為衡量這些建筑品位檔次的內(nèi)容。但是,風(fēng)機的電耗大,效率低是工業(yè)通風(fēng)和建筑通風(fēng)共同遇到的實際問題,例如,就空調(diào)系統(tǒng)而言,利用風(fēng)機的手動或自動調(diào)節(jié)來控制新風(fēng)與回風(fēng)、冷風(fēng)和熱風(fēng)、一次風(fēng)與二次風(fēng)的混合比。其用于空調(diào)上的能耗占建筑總能耗的比例很大。因此,近年來空調(diào)設(shè)備、系統(tǒng)和自動控制裝置方面的發(fā)展是以節(jié)能為中心,各種國際空調(diào)會議皆突出“節(jié)能”的內(nèi)容。所以對風(fēng)機的控制技術(shù)和節(jié)能措施已經(jīng)越來越被人們的重視和接受。2風(fēng)機的基本特性和流量調(diào)節(jié)方法般在工業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)和建筑通風(fēng)系統(tǒng)中,使用較多的是軸流式風(fēng)機和離心式風(fēng)機。軸流式風(fēng)機是依靠葉輪的推動力作用促使氣流流動,氣流的方向與機軸相平行。所以,它產(chǎn)生的全壓較小,只能用于無需設(shè)置風(fēng)道的場合或者風(fēng)道阻力較小的系統(tǒng),多用在炎熱的車間作為扇風(fēng)散熱設(shè)備。離心式風(fēng)機的葉輪在電動機帶動下隨軸一起高速旋轉(zhuǎn),使氣體獲得壓力和動能,葉片間的氣體在離心力的作用下由徑向甩出,同時在葉輪的吸氣口形成負壓區(qū),外界氣體在大氣壓力作用下補吸入葉輪內(nèi),以補充排出的氣體;由葉輪甩出的氣體由于受到離心力的作用進入蝸牛狀機殼補壓排向風(fēng)道,從而構(gòu)成了連續(xù)的氣體吸排和加壓過程。H下面以離心式風(fēng)機為對象來分析風(fēng)機的運行性能和節(jié)能技術(shù)問題。離心式風(fēng)機一般都與風(fēng)道相聯(lián),以獲取所需的風(fēng)量、風(fēng)壓,所以它們必然要受到風(fēng)道因Qa QA圖1風(fēng)機節(jié)流調(diào)節(jié)的特性曲線收稿日期:2005-09-26作者簡介:黃玉山(1945-),男,福建平和人,高工,本科.中國煤化工CNMHG第1期黃玉山:風(fēng)機的節(jié)能技術(shù)素的制約。在研究風(fēng)機的運行情況(即運行工作點)時,除了考慮風(fēng)機的特性外,還應(yīng)考慮風(fēng)道系統(tǒng)(包括介質(zhì))的特性,圖1是離心式風(fēng)機部分與風(fēng)道系統(tǒng)的HQ特性曲線圖。交叉點A和B分別表示處在兩種不同風(fēng)道狀態(tài)(曲線Ⅰ和Ⅱ)下的系統(tǒng)的工作點。在生產(chǎn)過程中,一般是利用調(diào)節(jié)風(fēng)機的流量來實現(xiàn)某一設(shè)定的工作狀態(tài)的,其調(diào)節(jié)方法大致有:調(diào)節(jié)出口閥門(檔板)調(diào)節(jié)節(jié)流閥(檔板)(風(fēng)道節(jié)流調(diào)節(jié)法)調(diào)節(jié)入口閥門(檔板)不調(diào)速狀態(tài)調(diào)節(jié)風(fēng)機入口導(dǎo)向器葉片:(風(fēng)機本體調(diào)節(jié)法)風(fēng)機流量調(diào)節(jié)電磁調(diào)速繞線式電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速有轉(zhuǎn)差損耗調(diào)速)定子調(diào)壓調(diào)速液力耦合器調(diào)速(機械調(diào)速)調(diào)速狀態(tài)繞線式電機串級調(diào)速高效調(diào)速變極調(diào)速變頻調(diào)速由上可知,風(fēng)機的風(fēng)量調(diào)節(jié)可以從風(fēng)道系統(tǒng)或者設(shè)備本體兩個方面來采取措施:(1)屬于風(fēng)道系統(tǒng)的方法是采用節(jié)流調(diào)節(jié)法,即在電源電壓和電動機轉(zhuǎn)速不變的情況下,于風(fēng)機的進口(或出囗)風(fēng)道中安裝節(jié)流閥或檔板,來改變風(fēng)道中的流量。(2)屬于調(diào)節(jié)設(shè)備本體的方法則是在不變動風(fēng)道系統(tǒng)的情況下,只在風(fēng)機設(shè)備本身加以改造,如在風(fēng)機的進風(fēng)口處裝設(shè)導(dǎo)向器或者對電動機采用變速調(diào)節(jié)控制法不同的調(diào)節(jié)方法,所體現(xiàn)岀的運行工況是各不相同的。下面分別就各種調(diào)節(jié)流量的方法進行分析2.1節(jié)流調(diào)節(jié)法ny>n>n所謂節(jié)流調(diào)節(jié)是在不改變風(fēng)機本身特性情況下,通過改變節(jié)流檔板的開度(比如用檔板關(guān)小風(fēng)機出口的風(fēng)門),也即改變節(jié)流阻力來控制氣體的流量。改變后,圖1中風(fēng)道特性曲kk線從Ⅰ變動到Ⅱ,工作點便由A變到B,流量從Q減小到QB,風(fēng)道阻力卻由HA增加到HB3?？梢娺@種調(diào)節(jié)方法會造成很大的節(jié)流壓頭損失,并且容易使風(fēng)機的工作點偏離高效率區(qū),是很不經(jīng)濟的表1為某熱電廠一臺65t/h鍋爐送風(fēng)機的運行記錄數(shù)據(jù)圖2風(fēng)機變速調(diào)節(jié)特性曲線風(fēng)機型號G4-73-11.12D配用電動機JS-115-4135KW。風(fēng)機由檔板控制風(fēng)機的進口開度,出口無調(diào)節(jié)檔板?？梢?在電動機轉(zhuǎn)速和電源電壓不變的情況下,擋板開度增大,電機的電流隨之增大,風(fēng)道阻力也增大,節(jié)流損失增大,風(fēng)機消耗的功率也增大表1#1鍋爐在用送風(fēng)機運行記錄表(摘錄)檔板開度(%電流(A)電壓(V)風(fēng)道壓力(mmH2O)35055170380中國煤化工CNMHG32漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報2006年380380風(fēng)道的阻力為(1)式中Hz:風(fēng)道阻力(mmH2O),Kz:風(fēng)道阻力常數(shù),即單位流量時的阻力,Q:風(fēng)量(m/h)。風(fēng)道阻力常數(shù)Kz不一樣時,風(fēng)道的工作點就不同(圖2中的交點A和B),這就有可能使工作點越出風(fēng)機的高效率區(qū),導(dǎo)致工作經(jīng)濟性低劣,從節(jié)能的角度來說是最不理想22導(dǎo)向器的調(diào)節(jié)法導(dǎo)向器的調(diào)節(jié)主要是在不改變風(fēng)道特性的情況下,依靠裝在風(fēng)機進口處的導(dǎo)向器來改變氣流進入風(fēng)機葉輪時的方向流,具有預(yù)旋作用,從而改變風(fēng)機的工作特性,它的調(diào)節(jié)經(jīng)濟性要比節(jié)流調(diào)節(jié)法高得多。當(dāng)風(fēng)機在50-60%負荷下運行時,采用導(dǎo)向器調(diào)節(jié)法可節(jié)約電耗約30-35%。而且導(dǎo)向器的結(jié)構(gòu)較簡單,所以得到較廣泛的應(yīng)用。AI I2.3風(fēng)機調(diào)速法圖3為在風(fēng)道系統(tǒng)不變的情況下B(曲線Ⅰ),改變風(fēng)機轉(zhuǎn)速的運行特性。當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速為(n)時,工作點在A點,流量為QA;轉(zhuǎn)速為(n)時,工作點n為B,流量為Q3?？梢?改變風(fēng)機運行轉(zhuǎn)速時,同樣可以調(diào)節(jié)風(fēng)機的流量,而且隨著轉(zhuǎn)速的減少,流量和風(fēng)道阻力同時減少。如圖中轉(zhuǎn)速從(n)降到圖3風(fēng)機節(jié)流調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)能耗比較(n2)時,工作點￠的流量和風(fēng)道阻力比工作點A時都相應(yīng)地減少。風(fēng)機在低流量運行時,風(fēng)道阻力隨著減小,功耗減少,顯示出節(jié)能的優(yōu)勢。下面從能耗的角度來分析比較:在以風(fēng)機的流量都一樣的前提下,如果把調(diào)節(jié)檔板的節(jié)流法與用變速調(diào)節(jié)方法所消耗功率做一比較,結(jié)果將是怎樣呢?1)選定轉(zhuǎn)速不變(選用曲線n)當(dāng)用調(diào)節(jié)檔板的方法來調(diào)節(jié)流量時,使流量保持為Q不變,此時風(fēng)道曲線便由I→Ⅱ,風(fēng)機工作點從A→B,B點的流量為Q1、風(fēng)壓為HB。根據(jù)軸功率公式P=Q*H/n得,用調(diào)節(jié)節(jié)流法調(diào)節(jié)后風(fēng)機的軸功率為P=Q*H/η,忽略效率η后則得圖中矩形面積 OQBBH0。2)保持風(fēng)道不改變(選用曲線I)采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速法來調(diào)節(jié)同樣的流量Q1,此時工作點C為Q1與曲線I的交點,C點的轉(zhuǎn)速為n2(轉(zhuǎn)速由n→n2)、風(fēng)壓為Hc。P=Q1*H/η,忽略效率η后則得矩形面積0QCH0將1)的面積與2)的面積做比較得:面積0QBH0一面積0QCHC0==面積 HCC BHBH該面積則是風(fēng)機用調(diào)速法比用節(jié)流法所節(jié)省的功率,其量值為:=QH/n(2)式中:n為風(fēng)機的效率根據(jù)比例定律,離心式風(fēng)機的流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比(Q∝n);風(fēng)壓或負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比(H∝n2;M∝n2);而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比(P∝n3)。因此轉(zhuǎn)速減少時,流量減少,風(fēng)杋所消耗的軸功率減少很多。由此可以得岀:采用變速技術(shù)來調(diào)節(jié)風(fēng)杋的流量是風(fēng)機節(jié)能降耗的理想途徑。H中國煤化工CNMHG第1期黃玉山:風(fēng)機的節(jié)能技術(shù)3離心式風(fēng)機的調(diào)速方式如上所述,變速調(diào)節(jié)方法可以達到節(jié)能效果,但是,電動機的調(diào)速方式有好幾種方式,哪種最佳呢?從感應(yīng)式電動機轉(zhuǎn)速公式可知n=(1-S)60f1/P式中,n:電動機的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)分),f1:電動機端電壓的頻率(Hz),S:電動機的轉(zhuǎn)差率P:電動機定子繞組的極對數(shù)。要改變轉(zhuǎn)速,可以分別考慮以f1、S、P為變量來討論。對于鼠籠式異步電動機,常用的交流調(diào)速方法有調(diào)壓調(diào)速法、電磁調(diào)速法、變極調(diào)速變頻調(diào)速等。3.1調(diào)壓調(diào)速法異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩M正比于電源電壓U1的平方(M∝U12),而且額定轉(zhuǎn)矩MN與轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系(M∝I/n),因此,改變電源電壓即改變電磁轉(zhuǎn)矩,便改變電動機的轉(zhuǎn)速。這種方法由于電動機運行于大轉(zhuǎn)差(S)下,在調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差功率以熱能形式損耗在轉(zhuǎn)子中,必須采用特殊的籠型電動機,避免在低轉(zhuǎn)速時產(chǎn)生大電流而發(fā)熱。這種調(diào)速方法效率低,其自然機械特性較軟。要想得到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,必須采用反饋法,一般適應(yīng)30KW以下的電機中。3.2電磁調(diào)速法(滑差電動機調(diào)速)電磁調(diào)速系統(tǒng)由電磁轉(zhuǎn)差離合器(電樞與電動機同軸,激磁線圈與輸岀端同軸)、籠型電動機和控制器三部分組成的。這種調(diào)速法的電機渦流損耗大,速度損耗也大,轉(zhuǎn)差玏率以熱能形式損耗,同樣存在效率低,機楲特性軟的缺點。當(dāng)控制器故障時,負載無法切換至額定轉(zhuǎn)速運行,因此,多適應(yīng)于100KW以下的電動機中,3.3變極調(diào)速法變極調(diào)速是電動機定子繞組的極對數(shù)P,以改變旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法,這種方法雖然具有能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速無附加轉(zhuǎn)差損耗的優(yōu)點,但由于電杋的極對數(shù)只能整數(shù),因此屬于跳躍性的有級變速,須與電磁式調(diào)速系統(tǒng)配合才能平滑調(diào)速,而且電機外接線多,必須使用專用電動機,很不方便。34變頻調(diào)速法從式(3)可知,如果保持電動機的極對數(shù)P和轉(zhuǎn)差率S不變,改變電動機定子的供電頻率f,也可改變電動機的轉(zhuǎn)速n。因為U1≈E1=444KN1f1φm為了保持在調(diào)速時電動機的最大轉(zhuǎn)矩不變,就需要維持電機的磁通不變,即要求Uf1=常數(shù),也就是電動機的端電壓U1應(yīng)隨f作相應(yīng)的變化現(xiàn)在市面上為風(fēng)機的變頻調(diào)速提供了許多專用變頻器,如1PM、1GBT或AMB-G7等高性能風(fēng)機專用數(shù)字式變頻調(diào)速器。采用數(shù)字鍵盤,模擬電位器,觸摸面板控制應(yīng)用開環(huán)U1控制方式和閉環(huán)PID控制方式實現(xiàn)壓力控制、流量控制、溫度控制等程序運行,控制方式靈活。同時,應(yīng)用優(yōu)化空間矢量PwM控制,輸岀電流平穩(wěn),具有電流限幅,過壓失速,回升制動,轉(zhuǎn)速跟蹤,平滑再啟動性能。變頻調(diào)速法旳調(diào)速范圍大,精度高,運行中,只要改變電源頻率f,就能得到與之相對應(yīng)的不同的風(fēng)機機械特性,實現(xiàn)無級調(diào)速同時能使電動機軟啟動,減少啟動損耗,對于大、中型風(fēng)機,能避免對電網(wǎng)的電流沖擊,以及故障時可以不停車投入工頻狀態(tài)運行等優(yōu)點。其節(jié)能方面具有世界領(lǐng)先的技術(shù)。4調(diào)查與經(jīng)濟測算福州二化廠是將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)機運行比較早的單位,他們對5#鍋爐的引風(fēng)機電機采用變頻調(diào)速裝置。引風(fēng)機型號為Y4-73-1INO12D,配置JO292-4電機,功率100KW。改造前采用調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量。改造時選用104KVA變頻器,取得了節(jié)電70.1%顯著效益。表3是該廠5#爐技改前后分別測試的運行記錄。中國煤化工CNMHG34漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報2006年表3改造前運行記錄(調(diào)節(jié)擋板方法)項目產(chǎn)氣量表壓電壓電流風(fēng)門開頻率功率因?qū)嵱秒妵嵠墓?jié)電率時間(t)(Ma)((A(比)數(shù)量(Kw電M(%22日616.40.6138285全速0.981340.12.17423日602.40.63808720全速0.981294.22.14824日60240.65380全速0.9812422148改造后運行記錄(變頻調(diào)速方法)項目產(chǎn)氣量表壓電壓電流風(fēng)門開頻率功率因?qū)嵱秒妵嵠墓?jié)電率時間(tMPa)(V)度(H2)數(shù)量(%)(KW)KWh29日49770.7537526全開260.993318.60.6430日640.5070374全開270.99242570.665日592405937528全開270.99245450762注:經(jīng)測算后,節(jié)電率可達70.0%,按當(dāng)年的電價及總投資計算,219天便可收回5幾點看法5.1我國能源政策是開發(fā)與節(jié)能并重,節(jié)能的重要措施是盡可能地采用先進技術(shù)。從工業(yè)通風(fēng)情況看,風(fēng)機的耗電量是比較大的,目前還有相當(dāng)數(shù)量的設(shè)備是較陳舊,而且仍采用節(jié)流調(diào)節(jié)的傳統(tǒng)方法,所以從對其進行技改,其節(jié)能潛力很大52對于流量調(diào)節(jié)幅度大,低負荷下運行時間長的風(fēng)機調(diào)速系統(tǒng),變頻變壓調(diào)速法的節(jié)能效益和提高自動化程度更為突出。因此,伴隨高科技的進步,高新技術(shù)、新設(shè)備不斷涌現(xiàn),風(fēng)機的調(diào)速方面推薦多采用變頻調(diào)速法。53隨著人們生活水平的提高,產(chǎn)品質(zhì)量對生產(chǎn)環(huán)境的嚴(yán)格要求,創(chuàng)造能綜合滿足人們感覺舒適的室內(nèi)環(huán)境,將對智能建筑的暖通、空調(diào)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用技術(shù)提岀更高的要求。風(fēng)機的節(jié)能技術(shù)問題必須引起足夠的重視,一要注意風(fēng)機等設(shè)備選用節(jié)能型,盡量避免“大馬拉小車”現(xiàn)象;二要從設(shè)計、安裝施工中注意風(fēng)道、節(jié)流環(huán)節(jié)的合理性,以減小節(jié)流損失。盡量使風(fēng)機旳運行風(fēng)壓和流量接近于額定壓力和流量,使運行工作點長時間地保持在高效率區(qū)。54如果是繞線式電動機拖動的風(fēng)機,采用串級調(diào)速裝置,其節(jié)能效果也很顯著。5.5采用調(diào)速方法調(diào)節(jié)時,應(yīng)注意避開機組的機械臨界共振轉(zhuǎn)速。參考文獻:沈鴻主編電機工程手冊[M]北京:機械工業(yè)出版社2]上海經(jīng)委節(jié)能辦公室風(fēng)機水泵調(diào)速節(jié)能手冊[M北京:機械工業(yè)出版社「3]宋容卿,王慶修主編建筑工程水電設(shè)備[M]北京:中國環(huán)境科學(xué)出版.The energy conservation technology of FanHUANG Yu-san(Zhangzhou institute of Technology, Zhangzhou 363000, China)Abstract: This article starts with discussing the practical operating situations, and combining the characteristicsof fans and air ducts, it probes into the energy conservation technology of fans. Based on the flow regulation, thisarticle analyses the characteristics of different regulating methods. Though economical calculations, the selectionof using leading level A.C. frequency converter speed regulating devices to control fans'operating would bringelatively remarkable energy conservation effectsKey words: fan, energy conservation technology中國煤化工CNMHG