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

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）第一講風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)（三）國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)門開度與風(fēng)量的關(guān)系風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度（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)門開度時(shí)的特性曲線之間的間隔是不均勻的，也就是說其線性度很差；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，也就是說其線性度較好；不同類型的風(fēng)機(jī)在相同的風(fēng)門開度（葉片角度）（）時(shí)的風(fēng)量（）也是不一樣的。見圖8所示。就拿離心式風(fēng)機(jī)來說，可以在圖3上畫一條阻力

2、曲線，與不同風(fēng)門開度的特性曲線的交點(diǎn)即為不同風(fēng)門開度時(shí)的工作點(diǎn)，由各個(gè)工作點(diǎn)讀出的風(fēng)門開度、風(fēng)量及風(fēng)壓的關(guān)系數(shù)據(jù)列于表1，不同風(fēng)門開度與風(fēng)量之間的關(guān)系則畫于圖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，曲線畫于圖8。由圖8可以看出，離心式風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度風(fēng)量曲線的線性度最差：小風(fēng)門時(shí)，隨著風(fēng)門的開大，風(fēng)量增大很快；當(dāng)風(fēng)門開度大到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

3、以看出，在相同的風(fēng)門開度（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)軸流風(fēng)機(jī)，而動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的軸功率最?。凰噪x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。表1離心式風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度與風(fēng)量、風(fēng)壓和節(jié)電率的關(guān)系風(fēng)門開度（°）風(fēng)門開度（）風(fēng)量（）風(fēng)壓（）節(jié)電率（）10° 11.1 25

4、.0 10.0 90 15° 16.7 35.0 15.0 80 20° 22.2 45.0 22.0 70 25° 27.7 55.0 32.0 60 30° 33.3 61.7 42.0 50 35° 38.9 68.3 50.0 40 40° 44.4 76.7 60.0 30 45° 50.0 81.7 68.0 20 50° 55.6 83.3 75.0 16 55° 61.1 85.5 80.0 13 60° 66.7 88.3 84.0 10 65° 72.2 90.8

5、87.3 7 70° 77.8 93.1 90.4 5 75° 83.3 95.1 93.3 3 80° 88.9 96.7 95.8 2 85° 94.4 98.8 98.0 0 90° 100.0 100.0 100.04表2 靜葉可調(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)系葉片角度葉片角度全風(fēng)量額定風(fēng)量風(fēng)壓節(jié)電率70°018.6 21.55.3590 65°526.7 30.86.868060°1036.441.98.5475 55°1542.9 49.510.87050°2049.4

6、57.012.96545°2556.665.415.26040°3061.571.017.955 35°3566.376.623.35030°4071.282.229.04625°4574.485.935.64320°5076.988.841.93815°5579.391.6 48.7 3410°6081.794.354.830.85°6584.197.1 60.226.4 0°7086.610065.821.65°75 89.3 73.515.3 10°80 92.280.

7、610.815°85 94.8 85.16.920°90 96.889.04.325°95 98.5 94.31.830°100100100.04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)系葉片角度葉片角度全風(fēng)量額定風(fēng)量風(fēng)壓節(jié)電率 32° 0 8.3 11.3 1.0 90 28° 8 16.7 22.8 5.35 80 24° 16 25.0 34.1 10.8 70 20°23 33.3 45.4 17.9 64.5 16° 31 42.0 57.3 29.0 57.3 12°

8、 38 50.7 69.2 41.949.8 8° 46 58.7 80.1 52.8 42.7 4°53 66.7 91.0 62.7 33.5 0° 60 73.3100.0 71.427.4 4° 68 79.3 80.6 21.68°76 85.3 86.5 14.212°84 90.791.08.816°92 95.7 96.3 2.320° 100100.0100.04圖8 不同類型的風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度（葉片角度）與風(fēng)量之間的關(guān)系 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)來討論。在知道了不同

9、工況的風(fēng)門開度時(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)逼近的方法來計(jì)算，但同時(shí)也帶來了誤差。常用的函數(shù)逼近方法有開平方法、三角函數(shù)法等。開平方法是將風(fēng)門開度和風(fēng)量數(shù)據(jù)都標(biāo)么化為01（0100），再將風(fēng)門開度數(shù)據(jù)開平方，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（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)門開度與風(fēng)量的關(guān)系數(shù)據(jù)見表4，查表法和函數(shù)逼近法算出的風(fēng)門開度/風(fēng)量的關(guān)系均畫于圖9。由圖9可見，開平方法在小風(fēng)門

10、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。表4 離心式風(fēng)機(jī)采用不同的擬合法時(shí)風(fēng)門開度與風(fēng)量的關(guān)系風(fēng)門開

11、度（°）風(fēng)門開度（）風(fēng)量（查表）風(fēng)量（開方）風(fēng)量（sin a）0° 0.0 3.60.00.05° 5.5 14.5 23.68.710° 11.1 25.0 33.3 17.4 15° 16.7 35.0 40.8 25.9 20° 22.2 45.0 47.1 34.2 25° 27.7 55.0 52.6 42.3 30° 33.3 61.7 57.7 50.0 35° 38.9 68.3 62.4 57.4 40° 44.4 76.7 66.6 64.3 45° 50.0 81

12、.7 70.7 70.7 50° 55.6 83.3 74.6 76.6 55° 61.1 85.5 78.2 81.9 60° 66.7 88.3 81.6 86.6 65° 72.2 90.8 85.0 90.6 70° 77.8 93.1 88.2 94.0 75° 83.3 95.1 91.3 96.6 80° 88.9 96.7 94.2 98.5 85° 94.4 98.8 97.2 99.6 90° 100.0 100.0 100.0100.0圖9 離心式風(fēng)機(jī)使用不同的逼近方法時(shí)的風(fēng)門開度與

13、風(fēng)量的關(guān)系曲線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)壓和效率來計(jì)算風(fēng)機(jī)的額定軸功率，又因?yàn)闆]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)門全開時(shí)的風(fēng)機(jī)軸功率與其額定軸功率也會(huì)有出入：如風(fēng)道的阻力過大，則因?yàn)轱L(fēng)壓增大，會(huì)使風(fēng)機(jī)的軸功率超過其額定軸功率；反之如風(fēng)道的阻力過小，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)門全開運(yùn)行時(shí)

14、，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)門開度尚不到50時(shí)，其電動(dòng)機(jī)已因過載而跳閘了。那么到底應(yīng)當(dāng)如何計(jì)算當(dāng)風(fēng)門全開時(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)算來說又是至關(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)門開度時(shí)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率來反推風(fēng)門全開時(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)見圖10（左），并有根據(jù)圖10（左）上查出的表5，以及表6。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表5離心式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在不同風(fēng)量（風(fēng)門開度）和不同控制方式時(shí)的軸功率風(fēng)門開

15、度（）風(fēng)量（Qe）入口門控制（Pe）出口門控制（Pe）10 23 526015 33 546720 42 56 7425 51 58 813058 60 85 35 65 63 89 40 71 65 91 45 77 68 9350 82 71 94 55 83 73 95 60 85 75 96 65 87 78 97 70 89 80 97.575 91 83 98 80 93 86 98.5 85 95 90 99 90 97 95 99.5 95 99 98 99.8100 100 100 100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)的軸功率葉片角度（）風(fēng)量（Qe）

16、靜葉調(diào)節(jié)（Pe）動(dòng)葉調(diào)節(jié)（Pe）10 18.146341524.3483520 29.250362535.953383041.75641 35 46.9 59 44 40 52.3 63 47 45 57.8 67 5050 63.9 7054 55 68.7 72 58 60 73.6 75 62 65 78.4 78 66 70 83.3 80 7075 86.8 8374 80 89.2 86 79 85 92.3 90 84 90 95.1 95 90 95 97.6 98 97100 100.0 100 1003 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

17、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)門開到最大，僅用轉(zhuǎn)速來調(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)

18、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。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)的特性曲線以及風(fēng)門開度和電流數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，風(fēng)門開度決定節(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)門開度數(shù)據(jù)用查表法和函數(shù)逼近法算出風(fēng)量來，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

19、，差以千里”！例如在表4中，開平方法和查表法相比，在45O（50）風(fēng)門開度時(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57.4和27.7，相差29.7！當(dāng)然這是最大誤差，但是對(duì)于節(jié)電率來說，就是相差35都是非常敏感的，更別說是30了！對(duì)節(jié)電量和節(jié)約電費(fèi)以及投資回報(bào)來講，則更是有天壤之別了。所以說“失之毫厘，差以千里”是一點(diǎn)也不過分的。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

20、口風(fēng)門開度僅為70（出口風(fēng)門全開），每天運(yùn)行時(shí)間為8h；80負(fù)荷時(shí)風(fēng)門開度為55，每天運(yùn)行時(shí)間為10h；60負(fù)荷時(shí)風(fēng)門開度為45（低于44開度時(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)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，全速運(yùn)行時(shí)

21、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)門開度為70，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=1.732×6000×42×0.85= 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/0.80×0.903/0.96=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15150Pa，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=1.732×6000×40&#