風機的電能平衡和節(jié)能措施

1、風機的電能平衡和節(jié)能措施1、概述1、 風機的分類 風機是用來輸送氣體和提高氣體壓力的生產(chǎn)設(shè)備，它把外界輸入的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的動能和勢能，使氣體的能量提高。 按工作原理不同，風機可分為葉輪式和容積式兩大類。前者包括離心式和軸流式風機，后者包括活塞式風機和旋轉(zhuǎn)式風機。按排氣壓力的高低，風機可分為通風壓力在0.15大氣壓力以下：鼓風機壓力在0.153個大氣壓力之間；壓縮機壓力在3個大氣壓力以上等三大類。由于風機構(gòu)造、排氣壓力不同，各類型的風機效率和測試方法亦不相同。本部分主要介紹離心式和軸流式通風機即壓力比不大于1.15的風機的電平衡測試方法和電能利用率。 二、通風機的用電系統(tǒng)的構(gòu)成 工廠企業(yè)中的通

2、風機大部分是使用電動機來拖動的，因此通風機的用電系統(tǒng)，可用能源串聯(lián)圖來表示，見下圖：輸入電能 輸出的有效電能Wgg Wyx圖中，元件1是電機；元件2是聯(lián)軸器；元件3是通風機。因此通風機的總電能利用率為： 式中，Wyx用電系統(tǒng)的有效電能，kWh； Wgg用電系統(tǒng)的供給電能，kWh。 的另一種表達式為： 式中， ； ； 。3、 風機現(xiàn)場電能利用率的測試 鑒于風機的有效電能是有效電功率與使用時間的乘積，風機的有效電功率隨著風機的工況（流量、全壓)變化而變化，同時電能系統(tǒng)輸入功率也會隨著變化。因此在電能平衡測試中，往往用瞬時功率來計算。由于風機使用工況不同，相應的電能利用率或效率亦不同，可分為常用工況

3、下的電能利用率或效率和最大工況下的電能利用率或效率。為了分析風機用電系統(tǒng)的電能利用狀況，提高用電系統(tǒng)的電能利用率，即，風機本身的效率是影響整個用電系統(tǒng)電能利用率的主要環(huán)節(jié)，因此我們在風機用電系統(tǒng)電能利用效率分析中首先應測出風機本身的效率，即。2、 風機的基本特性1、 風機的基本參數(shù) 1、流量氣體在單位時間內(nèi)通過風機的體積為體積流量，用符號Q表示，單位為,；也可用重量G來表示，單位kg/s, t/h。體積流量與重量流量的關(guān)系如下： G=Q式中，氣體的密度，kg/m3當大氣壓力為760毫米汞柱，溫度為20攝氏度時，空氣的密度去1.2kg/m3 。 2、全壓全壓可理解為單位體積的氣體經(jīng)過風機后能量的

4、增加值，用符號P表示，單位為帕斯卡（Pa)、毫米汞柱（mmH2O)、千克力/米2（kgf/m2)。全壓P可由下式得到： P=P2P1 式中，P1風機入口出的總壓，Pa； P2風機出口出的總壓，Pa 。氣體的全壓包括靜壓Ps及動壓Pd，即 P1=Ps1+Pd1 P2=Ps2+Pd2靜壓是氣體在流動過程中所體現(xiàn)出來的一種狀態(tài)，可用壓力儀表測出；動壓與速度的平方成正比，即 Pd=0.5pv2。故風機的全壓P可用下式表示： P=(Ps2-Ps1)+(Pd2-Pd1) 3、轉(zhuǎn)速 風機葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)動次數(shù)稱為風機轉(zhuǎn)速，用符號n表示，單位：轉(zhuǎn)/分（rpm)。 4、有效功率和軸功率 氣體在單位時間內(nèi)從通風機中

5、所獲得的總能量，稱為有效功率（或理論功率），用符號Ne表示，單位：千瓦（kW)。 Ne=P·Q 式中，P風機的全壓，Pa； Q風機的體積流量，m3/s 氣體通過風機是有一系列損失，如流動損失、泄漏損失和機械摩擦損失，因此原動機驅(qū)動的風機軸功率N應大雨有效功率Ne。 5、風機效率 風機的有效功率與軸功率之比稱為風機的效率，用符號表示，即 2、 風機的特性曲線風機是輸送氣體的機械，其做功的大小如上文所述，可以用流量Q和全壓P乘積的大小來反眏。在一定轉(zhuǎn)速條件下，一臺風機的Q與P之間存在唯一對應關(guān)系，這個關(guān)系畫在縱坐標為P，橫坐標為Q的曲線上，就成了風機的P-Q性能曲線。同樣也可以做出流量Q

6、與軸功率N、效率的N-Q、-Q曲線，參見下圖。 從性能曲線上可以知道風機在某一對應的P-Q值運行時將達到最高效率，這時的P、Q及值即為該風機的額定參數(shù)。由于風機在特定系統(tǒng)中運行，其流量將根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要來決定，全壓根據(jù)管道阻力來決定。當風機運行點落在低效區(qū)域或節(jié)流運行時，風機的運行就不經(jīng)濟了。因此，掌握和應用性能曲線，可以正確選擇并經(jīng)濟合理地使用風機。 3、通風機運行效率的測試與計算 一、基本概念 本方法適用于電動機驅(qū)動的壓比不超過1.15的離心式和軸流式風機，包括輸送介質(zhì)中含有低濃度粉塵的風機，但不包括輸送物料的風機。 根據(jù)定義，通風機用電系統(tǒng)的電能利用率為： 在本次電平衡工作配套軟件中，

7、用戶只要根據(jù)實際情況，選擇電機的類型與傳動方式，填寫運行數(shù)據(jù)，電機效率與傳動效率即可由軟件自行得出，所以風機的運行效率可根據(jù)下式求出： 對通風機運行效率的測試，目的是要了解該風機在固定管道系統(tǒng)中使用的好壞，為節(jié)電改造提供科學依據(jù)，以便采取相應措施，提高通風機的運行效率，達到節(jié)電的目的?，F(xiàn)場運行效率測試不同于風機特性曲線的測試。對長期穩(wěn)定在某一負載下運行的風機，通常只需測試在該工況下的效率。對于受生產(chǎn)及季節(jié)性影響而負載變化幅度較大的風機，應根據(jù)生產(chǎn)中所出現(xiàn)的最大、最小負載工況及常用工況分別測其效率。 二、測試儀器儀表介紹 1、壓力測試儀表 作用在單位面積上的垂直力稱為壓力，壓力份絕對壓力和相對壓

8、力（表壓力）。所謂絕對壓力就是指作用在單位面積上的全部壓力P，等于表壓力Pb與大氣壓力Pa之和。 用來測量大氣壓力的儀表叫氣壓表。用來測量氣體介質(zhì)壓力的儀表叫做壓力表。絕對壓力小于大氣壓力時，其差值稱為負壓力或真空度Ps，測量負壓力的表叫真空表。 在介紹壓力測試儀表前，先要說明一下各壓力單位的換算關(guān)系。常用的壓力單位有帕斯卡、標準大氣壓、工程大氣壓、水柱高度、汞柱高度等。各單位換算關(guān)系如下表所示：單位名稱工程大氣壓米水柱大氣壓毫米汞柱符號 Kgf/cmmH2OatmmmHg換算關(guān)系1100.96784735.560.110.0967873.5561.033210.332217600.00136

9、0.01320.001321 1） U型管壓力計 U型管壓力計是常用的測壓顯示儀表，由一根刻度標尺組成，在管里注入不同的測壓液體。壓力計測量的壓力按下式計算： 式中，氣體壓力，Pa； 水的密度，1000kg/m3; g重力加速度，9.81m/s2 h液柱高度，m k測壓液體與誰的密度比值。下表列舉了常用測壓液體與水的密度比值，供參考：側(cè)壓液體分子式密度比值水H2O 1乙醇（酒精）C2H8OH0.81汞（水銀）Hg13.6四氯化碳CCl41.59 2） 傾斜式微壓計 傾斜式微壓計是實驗室和工廠實驗站用的攜帶式儀器，可測量200mm水柱以下氣體的表壓，負壓或壓差。配上皮托管可測量氣體流速。3） 電

10、子微壓計 電子微壓計主要應用于各種管道內(nèi)較小靜壓、全壓、動壓的測量。體積小、重量輕、現(xiàn)場測試準確、簡便、快速。若配標準型、S型皮托管則能通過另外的計算，得出流速。 2、流量測試儀表 1）畢托管 畢托管是一個復合壓力計，有兩個同心管構(gòu)成。測量時，將畢托管正對氣流流動方向，管頭部通孔測量氣體的全壓，管外周小孔測量氣體的靜壓。根據(jù)上文所述，二者之差為該點氣流的動壓，并且氣流的速度亦可求出： 再根據(jù)管道截面積F，可求得流量Q： 2） 集流器 當需要測量風機流量時，還可以在吸風口裝設(shè)集流器來測量。集流器有弧形和錐形兩種，其形狀尺寸已標準化。通過測量集流器特定處的動壓（全壓與靜壓之差），同樣可以得到氣體流

11、速，進而得到流量。 3）手持式風量測速儀 在現(xiàn)場測試條件比較合適的情況下，可以采用手持式風量測速儀來測量風量。首先要選擇比較好的管路，然后測出風速，再根據(jù)管路有效截面積和當時的環(huán)境溫度進行風量計算，得到風量。 3、電參數(shù)測試儀表隨著科技的進步，功率因數(shù)、電壓、以及電流等參數(shù)的測量越來越方便。智能鉗形電功率計，只要將電流鉗，電壓夾在電機供電線路上，根據(jù)電流互感等原理電功率計自身的微處理器即可測算出電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)，并可實時記錄輸出，十分方便。3、 測點的選擇 通風機的測點位置應根據(jù)通風機的類型、工作方式并結(jié)合具體系統(tǒng)進行選擇。 1、風量測點的選擇 風量的測點應設(shè)在風機進氣平直管道上或排

12、氣平直管道上。直管長度至少應大于45倍管徑長度，如現(xiàn)場無此條件，只能裝在較短的管道上時，應增加測點數(shù)量。這里說的管徑是管道的當量直徑，對于圓管就是其直徑，對于矩形管道其當量直徑D為： 式中，a,b矩形風管的長和寬，mm。風量測點選定后，應按管道截面形狀（圓形或矩形）和大小來確定縱橫向測孔數(shù)量。對于圓形管道，首先把管道截面積等分成若干個環(huán)形，且所有環(huán)形共心；再平分圓環(huán)面積：畫水平軸和垂直軸與圓環(huán)相交，交點即為各測點位置。不同直徑管道的測點位置和測點數(shù)見下表：直徑mm3004005006007008001000120014001600180020002400280032003600測點半徑mmr1

13、47677995110126158190221252284319380442500570r2 82110137164192219274329384438493548656766879985r310614117721224728335442449556563570785099011301270r41261682102502933354185015856707548371005117013401500r51421902382853323804745676647568549491140132015201710縱橫向總測點數(shù)縱向10 縱橫向20對于矩形管道，把被測截面積劃分成若干個等截面的小矩形，測點

14、分布在上述小矩形的對角線上。不同尺寸的風道所需的測點排數(shù)見下表：管道截面邊長mm500>500100>10001500>15002000>20002500>2500測點排數(shù)3456782、 靜壓測點的選擇 靜壓測點位置應在靠近風機進、出口氣流較平穩(wěn)的直管上。送風機進口靜壓測點一般裝在導向器前；出口靜壓測點一般裝在風機出口法蘭盤附近。當風機進出口直管段長度較短不能滿足測量的精度時，可越過12個彎頭，選擇適當?shù)闹惫芏伟惭b測壓管，而彎頭的損失則應當補上。 由于風管內(nèi)氣流分布不均勻，對已選定的靜壓測量截面，在管壁上至少需裝設(shè)通過中心線的、相互垂直的四個測點。測壓孔直徑為1

15、2mm，且風管內(nèi)壁應光滑平整。測靜壓接管可用直徑68mm的銅管（或鋼管）垂直焊接在管壁上而成。實際測量時，可用橡皮管將四個測點連接到聯(lián)通器。 當安裝管壁靜壓測管比較困難時，可用靜壓測針沿截面不同半徑測量，然后取其算術(shù)平均值。測點數(shù)量應按管道截面的形狀尺寸來確定，具體方法與風量測點相同。 介質(zhì)的溫度測點、成分測點均應放在風量測點處附近。3、 電參數(shù)測點的選擇對于電參數(shù)的測量，應排除線路中其它并聯(lián)或串聯(lián)的電氣設(shè)備，測量對目標風機直接供電的線路。需要指出的是，現(xiàn)在許多企業(yè)都有自己的電力監(jiān)控，我們需要測試的風機可能企業(yè)也有儀表監(jiān)測，他們用的方法大多也是通過電流互感器，取得電流值并傳送到相應儀表。這種情

16、況下，我們在布置電流鉗時可以靠近他們的測點（電流互感器的取樣點），這樣做的好處：一是減少出錯的可能性，如夾錯線，或?qū)⑵渌秒娫O(shè)備的耗電也統(tǒng)計了進去；二是可以和企業(yè)的表計進行對照，多了一次核查的機會。4、 測試注意事項 測試前需檢查風道各處有無明顯泄漏。測試儀器是否完好，如發(fā)現(xiàn)畢托管有堵塞現(xiàn)象，則用打氣筒清除之。測試時不應任意更動風道上的阻力，以免影響測試性能的真實性。試驗的各項讀數(shù)應同時讀出，并記錄在固定格式的記錄紙上。在記錄紙上應繪制風道系統(tǒng)圖，注明儀表安裝位置，并標明各點處的斷面尺寸。當讀數(shù)波動較大時，應讀取波動值的平均值。各測點讀數(shù)應重復二次或三次以上，其讀數(shù)誤差不得超過2%，否則應重測

17、以保證測試的精確性。在電參數(shù)測試時，要特別注意安全，做好必要的絕緣防護措施。5、 非標狀況下的換算 風機的特性曲線是按風機的用途在規(guī)定的條件下做出的。引風機是在760mm汞柱大氣壓力下，氣溫在200，氣體密度0.745kg/m3的條件下作出的，通風機是在760mm汞柱大氣壓力下，氣溫在20,氣體密度1.2kg/m3的條件下做出的。為了把被測風機的特性與風機特性曲線做比較，必須把風機測量的風量、全壓、軸功率換算到標準狀況下的數(shù)值，換算關(guān)系如下： 風量換算 全壓換算 軸功率換算 式中，Q、P、N、n、風機實測的流量、全壓、軸功率、轉(zhuǎn)速、氣體重度； Q0、P0、n0、0風機在標準狀況下的流量、全壓、

18、軸功率、轉(zhuǎn)速、氣體重度。其中， 式中，Pa實測大氣壓力，mmHg； Ps測孔截面上的平均靜壓，mmH2O 。4、 風機系統(tǒng)的節(jié)能措施 由于風機與接下來將要論述的水泵同屬于流體機械，二者節(jié)能挖潛的途徑與措施有許多相同之處，故我們將風機的節(jié)電改造放在水泵部分一并講解。 一、高效風機置換技術(shù) 一些離心風機，主板采用輕型鋼板，外緣加上折邊以加強結(jié)構(gòu)剛度，輪轂輕量化設(shè)計，側(cè)蓋板流線型設(shè)計，以旋壓方式制作風機入風口，集流器，增加進口端長度這樣可以改善風機進口的流暢和葉輪流道，從而提高風機的效率，降低電能的消耗。一些大中型軸流風機，也采用可裝卸式，葉片角度可按需調(diào)節(jié)，不同的系統(tǒng)可以采用不同葉型和不同材質(zhì)的葉

19、輪，上述都是高效風機。 離心風機 軸流風機 羅茨風機 集流器 采用高效風機實際上就是根據(jù)現(xiàn)有的系統(tǒng)特工況點，以及風機的特性曲線，校核風機的運行效率。然后在此基礎(chǔ)上進行風機置換的改造。以高效率、低能耗的風機來置換運行效率差，能耗過高的風機，以達到節(jié)約能源的目的。 我國現(xiàn)在國產(chǎn)風機樣本上標注的風管風機效率一般都在55%左右，而實際上由于各方面的原因，其實際運行的效果大概在4045%左右。而現(xiàn)在高效風機的標注效率可以高達80%以上，若扣除傳動以及系統(tǒng)的損失等原因，風機的效率至少可以維持在77%以上的效率。其節(jié)能的效率在20%以上。 高效風機的置換主要針對中央空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)管網(wǎng)比較復雜的煤礦通風系統(tǒng)，

20、鍋爐鼓風機系統(tǒng)。 二、風機變頻技術(shù) 當風機負載有經(jīng)常性變化或有明顯季節(jié)性變化時，可采用調(diào)速辦法來解決，如多速電機，變頻調(diào)速技術(shù)等。調(diào)速是風機技術(shù)改造中廣泛使用的一種方法，通過調(diào)速使風機性能曲線移動，相當于變成許多不同容量的風機，來適應符合的變化，使風機運行盡量處于高效區(qū)域，減少節(jié)流損失。變頻調(diào)速技術(shù)內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能，可對轉(zhuǎn)速實現(xiàn)無極調(diào)節(jié)；另外，還可實現(xiàn)大電機的起停，避免了啟動時的電壓沖擊，同時降低了對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗，是目前主流的調(diào)速技術(shù)。 三、風機的葉型和結(jié)構(gòu)改造技術(shù)隨著風機生產(chǎn)工藝的進步，對風機本體改造的可能性越來越大，我們可以通過以下方面的考量來對風機系統(tǒng)進行改造。1、 風機的設(shè)計、工藝制造、原材料使用近年來有較大的革新，如采用機翼型的4-72通風機效率已達90%以上，比一些舊的低效風機效率提高很多。因此風機的改造可以采