维普资讯 http://www.cqvip.com 第１期（总第２Ｏ期） ２００７年１月 赢体秸动与控副 ｎｕｉｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｏ．１（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２０） Ｊａｎ．，２００７ 利用变频器调速调节风机风量和压力的节能措施 王智堂 （中国铝业青海分公司第三电解厂青海大通８１０１０８） 摘要：通过阐述离心引风机在铝电解生产中的作用和地位，提出做好其节能措施的必要性。并从电动阀门、挡风板等 装置调节风机风量和压力存在的问题着手，引出利用变频技术改变电机转速来调节风量和压力的先进技术，能很好 的避免其存在的问题，取得明显的节能效果，本文将其原理作一阐述分析。 关键词：变频器；风机；节能 中图分类号：ＴＨＩ３７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—８９０４（２００７）０１—００５６—００３ 的，不仅造成电能的浪费，工作效率低，而且开动阀 前言 离心式引风机是本公司电解生产过程中用来 门时，还发出啸声和振动，经常发生事故。近几年来 变频技术的出现，彻底改变了这一状况，实践证明 给输送氧化铝的风动溜槽供应高压风的主要设备， 为了可靠地为电解生产供给氧化铝，必须给风动溜 在风机的系统中接人变频系统，利用变频技术改变 电机转速来调节风量和压力的变化用来取代阀门 槽供给一定压力的高压风，才能保证净化供料系统 的正常进行，可靠地将氧化铝输送到电解槽的墙壁 料箱，通过槽控机自动控制电解槽的下料量。全公 控制风量，能取得明显的节能效果，本文将作一阐 述分析。 司三个电解厂共３６台功率为３７ ｋＷ的离心式引风 机，几乎都是长时间满负荷运行，这样，要消耗巨大 的电能。同时，由于离心式引风机都采用直接启动， １离心式引风机的工作原理 离心式引风机的结构简图如图ｌ所示，该电动 机的型号：Ｙ１６０Ｌ一２ ３７ ｋＷ电压：３８０ Ｖ，电动机 耗电量极大，起动电流很高，要求变压器有足够大 的富余量，而且用电动阀门、挡风板等装置来调节 风量，在风道系统设计时，为满足生产环境的最大 驱动轴承箱内的轴承旋转，再通过传动机构驱动风 叶旋转，产生的高压风通过管道进入风动溜槽风 室。它为铝电解生产过程中输送氧化铝的风动溜槽 要求，必须留有余量，因此风机的风量和压力往往 偏大，功率的偏大必然造成能量的浪费。在传统的 情况中，都是采用阀门来调节风量的，有些也采用 提供高压风，保证电解槽生产过程中氧化铝的供 应，风动溜槽分为走料室和风室，中间通过帆布作 为隔层，只要风室内通有高压风，氧化铝被高压风 吹起沸腾，并顺着风向向前沸腾流动，完成氧化铝 输送任务的。 旁通阀或者回流阀来解决流量和压力余量过大的 问题，这些方法都存在着很大的能量消耗，很多的 风机有３０％－７０％的能量是消耗在调节阀的压降上 ２现状分析 收稿日期： ＋１０—２６ 用电动阀门、挡风板等装置来调节风量，在风 作者简介： 笔，３－稃Ｉ『『ｌｉ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年１月 王智堂：利用变频器调速调节风机风量和压力的节能措施 ５７ １一电动机；２－联轴器；３－轴承箱；４一风叶箱；５一进风口 图１离心引风机风机结构示意图 道系统设计时，为满足生产环境的最大要求，必须 留有余量，因此风机的风量和压力往往偏大，功率 的偏大必然造成能量的浪费。在传统的情况中，都 是采用阀门来调节风量的，有些也采用旁通阀或 者回流阀来解决流量和压力余量过大的问题，这 些方法都存在着很大的能量消耗，很多的风机有 ３０％－７０％的能量是消耗在调节阀的压降上的，不仅 造成电能的浪费，工作效率低，而且开动阀门时，还 发出啸声和振动，经常发生事故。 ３改造节能原理 利用变频器来控制离心式引风机，通过调节电 机转速来控制风量大小和压力，可以较好地避免采 用阀门控制风量额外的能量消耗，能取得明显的节 能效果，具体分析如下： ３．１变频调速技术的节能原理与负载关系 变频器在离心式引风机调速控制系统中应 用，其主要目的是节能，变流异步机的转速公式 为：ｎ＝６Ｏｆ／ｐ（１－Ｓ）可以看出电源频率与转速成正比． 即改变频率可改变电机转速，理论上风量与转速的一 次方成正比，轴功率与转速的三次方成正比，调节风 门和调节转速时的测试数据分别如表１、表２所示。 表１调节风门时的测试数据 风量／（ｍ ｓｊ ０．０３６ ０．１２３ ０．１９５ ０．２６６ ０．３０８ ０．３３９ 电功率／ｋｗ ｌ ０．８６ ０．９０ ０．９８ １．０２ １．０６ １．１２ 表２调节转速时的测试数据 转速／（ｒ／ｍｉｎＩ ｌ６０ ４９０ ８８０ ｌ０３０ ｌ１７０ １４４０ ＸＪＪ￣／ｋｗ ｌ ０．０３７ ０．０６５ ０．１５０ ０．２６０ ０．３６５ １．１２０ 由表可见，与调节风门相比，调节转速具有十 分显著的节能效果（被测风电机‰＝１６ ｋＷ ｎ￣＝１４３０ ｒ／ｍｉｎ） ３．２恒转矩类负载的节能分析 风机类负载其中空气、介质对机器中的叶片之 阻力基本上和转速的平方成正比，即：眠＝ 式中 Ｋ为比例系数，其负载转矩特性如图２所示，实际的 风机由于轴承上有一定的摩擦转矩 ，是反抗性负 载性质的，，要由外加转矩克服这个 后，才能使风 机转动，因此，实际的风机负载转矩为 ＋Ｋ几 ， 其负载特性如图２虚线所示。以恒转矩类负载与离 心风机为例分析节能特性，为了分析简便假定电动 机的输人功能等于这类装置的轴功率，即不考虑装 置效率影响。由于风机最大特点是负载转矩与转速 的平方成正比，而轴功率与转速的立方成正比，因 此如将电机的定速运转改为根据需要的流量来调 节电机的转速就可节约大量的电能。 ０ 图２风机类负载特性 ３．３用变频控制风量的节能分析 离心引风机的运行工况由其负荷情况决定，其 节电运行示意图如图３所示，根据流体力学理论， 电机轴功率Ｐ和风量Ｑ、压力 之间的关系为： 维普资讯 http://www.cqvip.com ５８ Ｐ＝－ＫｘＨｘＱ／￣ 澈体钴动 控副 ２００７年第１期 由流体力学可知，风量Ｑ与转速的一次方成正 其中Ｋ为常数； 比，风压Ｈ与转速的平方成正比，轴功率Ｐ与ｎ的 立方成正比，当风量减少，风机转速下降时，起功率 下降很多。例如风量下降到８０％，转速也下降到 ８０％时，则轴功率下降到额定功率的５ １％；如风量下 降到５０％，功率Ｐ可下降到额定功率的１３％，当然 由于实际工况的影响，节能的实际值不会有这么明 显，即使这样，节能的效果也是十分明显的。因此在 有风机、水泵的机械设备中，采用变频调速的方式 来调节风量和流量，在节能上是一个最有效的方 法。 １１为效率。 它们与转速ｎ之间的关系为： Ｑ ／Ｑ２＝Ｎ ／Ｎ２ Ｈ Ｈ Ｎ Ｎ ２ Ｐ Ｐｔ＝ Ｎ Ｎ ３ 图中曲线１为风机在恒速下压力Ｈ和流量Ｑ 的特性曲线，曲线２是管网风阻特性（阀门开度为 １００％）。假设风机在设计时工作在Ａ点的效率最 高，输出风量Ｑ。为１００％，此时的轴功率Ｐ。＝Ｑ。ｘＨ。 与面积ＡＨ１０Ｑ。成正比。根据工艺要求，当风量需从 Ｑ。减少到Ｑ：（例如７０％）时，如采用调节阀门的方法 ４效果分析 综上所述，只要在正常生产过程中电动阀门的 开度在８５％以下，在安装节能系统之后，我们预计 节能率应在３０％以上。同时节能系统还具有以下优 点： 相当于增加了管网阻力，使管网阻力特性由曲线２ 变到曲线３，系统由原来的工况Ａ点变到新的工况 Ｂ点运行，由图中可以看出，风压反而增加了，轴功 率Ｐ２与面积ＢＨ２０Ｑ：成正比，减少不多。如果采用 变频调速控制方式，将风机转速由Ｎ。降到Ｎ：，根据 风机的比例定律，可以画出在转速Ｎ 下压力Ｈ和 流量Ｑ特性如曲线４所示，可见在满足同样风量 （１）采用闭环控制系统，可靠性，精确度，稳定 性都有很大提高。 （２）实现电机软起动，消除电机起动电流的冲 Ｑ：的情况下，风压Ｈ。将大幅度降低，功率Ｐ。（相等 于面积ＣＨ３０Ｑ：）也随着显著减少，节省的功率 Ａ．Ｐ＝ＡＨＱ 与面积ＢＨ２Ｈ３Ｃ成正比，节能的效果是 十分明显的。 击，延长机械设备的使用寿命。 （３）运行平稳，减低噪音，改善工作环境。 参考文献 ［１】风机变频器改造相关技术资料 ［２】ＭＩＣＲＯＭＡＳＴＥＲ变频器说明书 Ｓｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｎ Ｂｌｏｗｅｒ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ＷＡＮＧ Ｚｈｉ－ｔａｎｇ
