风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座四Word文档格式.docx
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0.86=1117kw
变频运行时的电动机功率为:
pb1=(pd1/0.80)×
0.913/0.96=1096kw
节约的电功率为:
1117-1096=21kw
节电率为:
21kw/1117kw=1.9%;
(2)机组在90%额定负荷(540mw)运行时,一次风机叶片开度为50%,由表3可查得风量为额定风量的86.5%,电动机电流为118a,由表6可查得功率约为额定风量时的74%,此时一次风机转速为86.5%额定转速,频率为43.3hz,则:
118×
0.86=1055kw
pb1=(pd1/0.74)×
0.8653/0.96=961kw
1055-961=94kw
94kw/1055kw=8.9%;
(3)机组在80%额定负荷(480mw)运行时,一次风机叶片开度为47%,由表3可查得风量为额定风量的81.5%,电动机电流为112a,由表6可查得功率约为额定风量时的69%,此时一次风机转速为81.5%额定转速,频率为40.8hz,则:
112×
0.86=1001kw
pb1=(pd1/0.69)×
0.8153/0.96=818kw
1001-818=183kw
83kw/1001kw=18.3%;
(4)机组在70%额定负荷(420mw)运行时,一次风机叶片开度为43%,由表3可查得风量为额定风量的76.5%,电动机电流为108a,由表6可查得功率约为额定风量时的64%,此时一次风机转速为76.5%额定转速,频率为38.3hz,则:
108×
0.86=965kw
pb1=(pd1/0.64)×
0.7653/0.96=703kw
965-703=262kw
262kw/965kw=27.2%;
(5)机组在60%额定负荷(360mw)运行时,一次风机叶片开度为39%,由表3可查得风量为额定风量的70.2%,电动机电流为105a,由表6可查得功率约为额定风量时的60%,此时一次风机转速为70.2%额定转速,频率为35.1hz,则:
105×
0.86=938kw
pb1=(pd1/0.60)×
0.7023/0.96=563kw
938-563=375kw
375kw/938kw=40.0%;
若机组的平均负荷以75%额定负荷(450mw)计算,平均节电率按20%计算,两台一次风机可节约电功率420kw;
年运行时间以7000小时计算,可节约电能294万kw.h,以上网电价0.35元/kw.h计算:
每年可节约电费103万元,不到三年就可以收回全部改造投资。
为了获得较高的节能效果,可将叶片角度开到最大(+200),虽然会使风机的效率有所降低(约12%),通过变频器调速运行可获得较大的节电率,并满足锅炉风量的要求。
(1)机组在额定负荷(600mw)运行时,一次风机叶片开度为53%,由表3可查得风量为额定风量的66.7%,电动机电流为125a,由表6可查得功率约为最大风量时的58%,此时一次风机转速为66.7%额定转速,频率为33.4hz,则:
pb1=(pd1/0.58)×
0.6673/0.96=595kw
1117-595=522kw
522kw/1117kw=46.7%;
(2)机组在90%额定负荷(540mw)运行时,一次风机叶片开度为50%,由表3可查得风量为额定风量的63%,电动机电流为118a,由表6可查得功率约为最大风量时的53%,此时一次风机转速为63%额定转速,频率为31.5hz,则:
pb1=(pd1/0.53)×
0.633/0.96=518kw
1055-518=537kw
537kw/1055kw=50.9%;
(3)机组在80%额定负荷(480mw)运行时,一次风机叶片开度为47%,由表3可查得风量为额定风量的60%,电动机电流为112a,由表6可查得功率约为最大风量时的52%,此时一次风机转速为60%额定转速,频率为30hz,则:
pb1=(pd1/0.52)×
0.603/0.96=433kw
1001-433=568kw
568kw/1001kw=56.7%;
(4)机组在70%额定负荷(420mw)运行时,一次风机叶片开度为43%,由表3可查得风量为额定风量的55%,电动机电流为108a,由表6可查得功率约为最大风量时的49%,此时一次风机转速为55%额定转速,频率为27.5hz,则:
pb1=(pd1/0.49)×
0.553/0.96=341.3kw
965-341=624kw
624kw/965kw=64.6%;
(5)机组在60%额定负荷(360mw)运行时,一次风机叶片开度为39%,由表3可查得风量为额定风量的52%,电动机电流为105a,由表6可查得功率约为额定风量时的47%,此时一次风机转速为52%额定转速,频率为26hz,则:
0.7023/0.96=292kw
938-292=646kw
646kw/938kw=68.8%;
若机组的平均负荷以75%额定负荷(450mw)计算,平均节电率按50%计算,两台一次风机可节约电功率1060kw;
年运行时间以7000小时计算,可节约电能742万kw.h,以上网电价0.35元/kw.h计算:
每年可节约电费260万元,不到二年就可以收回全部改造投资。
一次风机运行参数及节能计算,如表8所示。
表8一次风机运行参数及节能计算
注:
*叶片角度固定为+00(开度60%)时
**叶片角度开到最大(+200)时
5.2静叶可调轴流式风机的节能计算
例6:
某静叶可调轴流式引风机参数如下,试计算其节能效果。
引风机及电动机设备参数,如表9所示。
表9引风机及电动机设备参数
由引风机运行参数可以看出,机组在额定负荷运行时,两台引风机工作,叶片开度已接近60%,角度为-10o,尚未达到设计高效点。
若采用变频调速,调整叶片开度为70%(角度为0o),维持引风机高效运行,通过变频器调速运行,以满足锅炉风量的要求。
下面是将风机的叶片角度固定为+00(开度70%)时,调速运行的节能计算:
(1)机组在额定负荷(600mw)运行时,引风机叶片开度为58%,由表2可查得风量为额定风量的93.2%,电动机电流为284a,由表6可查得功率约为额定风量时的91%,此时引风机转速为93.2%额定转速,频率为46.6hz,则:
284×
0.83=2450kw
pb1=(pd1/0.91)×
0.9323/0.96=2270kw
2450-2270=180kw
180kw/2450kw=7.35%;
(2)机组在90%额定负荷(540mw)运行时,引风机叶片开度为52%,由表2可查得风量为额定风量的89.7%,电动机电流为262a,由表1-6可查得功率约为额定风量时的87%,此时引风机转速为89.7%额定转速,频率为44.9hz,则:
262×
0.83=2260kw
pb1=(pd1/0.87)×
0.8973/0.96=1953kw
2260-1953=307kw
307kw/2260kw=13.6%;
(3)机组在80%额定负荷(480mw)运行时,引风机叶片开度为47%,由表2可查得风量为额定风量的87.2%,电动机电流为244a,由表6可查得功率约为额定风量时的84%,此时引风机转速为87.2%额定转速,频率为43.6hz,则:
244×
0.83=2105kw
pb1=(pd1/0.84)×
0.8723/0.96=1731kw
2105-1731=374kw
374kw/2105kw=17.8%;
(4)机组在70%额定负荷(420mw)运行时,引风机叶片开度为42%,由表2可查得风量为额定风量的83.6%,电动机电流为228a,由表6可查得功率约为额定风量时的80%,此时引风机转速为83.6%额定转速,频率为41.8hz,则:
228×
0.83=1966kw
0.8363/0.96=1496kw
1966-1496=470kw
470kw/1966kw=23.9%;
(5)机组在60%额定负荷(360mw)运行时,单引风机工作,叶片开度为68%,由表2可查得风量为额定风量的98.8%,此时采用单引风机变频运行已无意义,不但达不到节能效果,可能反而会费能。
电动机电流为316a,则:
316×
0.83=2726kw
如果采用双引风机变频运行,满足100%风量要求时,叶片开度为20%,单台风机的风量为57%,两台的风量为114%,完全能满足要求。
引风机转速为57%额定转速,频率为28.5hz,则:
pb1=(pd1/0.95)×
0.573/0.96×
2=1108kw
2726-1108=1618kw
1674kw/2726kw=59.4%;
由于机组在低负荷运行时稳定性较差,采用双引风机变频运行,可以增强机组应对突发事故的能力,提高机组低负荷运行的稳定性,同时还可以取得明显的节能效果。
若机组的平均负荷以75%额定负荷(450mw)计算,平均节电率按20%计算,两台引风机可节约电功率900kw;
年运行时间以7000小时计算,可节约电能630万kw.h,以上网电价0.35元/kw.h计算:
每年可节约电费220万元,不到二年就可以收回全部改造投资。
为了获得较高的节能效果,可将叶片角度开到最大(+300),虽然会使风机的效率有所降低(约4%),通过变频器调速运行可获得较大的节电率,并满足锅炉风量的要求。
(1)机组在额定负荷(600mw)运行时,引风机叶片开度为58%,由表2可查得风量为额定风量的81%,电动机电流为284a,由表6可查得功率约为最大风量时的79%,此时引风机转速为81%额定转速,频率为40.5hz,则:
pb1=(pd1/0.79)×
0.813/0.96=1717kw
2450-1717=733kw
733kw/2450kw=29.9%;
(2)机组在90%额定负荷(540mw)运行时,引风机叶片开度为52%,由表2可查得风量为额定风量的78%,电动机电流为262a,由表6可查得功率约为最大风量时的78%,此时引风机转速为78%额定转速,频率为39hz,则:
pb1=(pd1/0.78)×
0.783/0.96=1553kw
2260-1553=707kw
707kw/2260kw=36.6%;
(3)机组在80%额定负荷(480mw)运行时,引风机叶片开度为47%,由表2可查得风量为额定风量的75.5%,电动机电流为244a,由表6可查得功率约为最大风量时的76%,此时引风机转速为75.5%额定转速,频率为37.8hz,则:
pb1=(pd1/0.76)×
0.7553/0.96=1245kw
2105-1245=860kw
860kw/2105kw=40.8%;
(4)机组在70%额定负荷(420mw)运行时,引风机叶片开度为42%,由表1-2可查得风量为额定风量的72.5%,电动机电流为228a,由表1-6可查得功率约为最大风量时的74%,此时引风机转速为72.5%额定转速,频率为36.3hz,则:
pb1=(pd1/0.74)×
0.7253/0.96=1054kw
1966-1054=912kw
912kw/1966kw=46.4%;
(5)机组在60%额定负荷(360mw)运行时,单引风机工作,叶片开度为68%,由表2可查得风量为最大风量的50%,此时采用单引风机变频运行已无意义,不但达不到节能效果,可能反而会费能,因此必须双风机变频运行。
0.83=2726kw
如果采用双引风机变频运行,满足100%风量要求时,叶片开度为20%,单台风机的风量最大风量的为57%,两台的风量为114%,完全能满足要求。
若机组的平均负荷以75%额定负荷(750mw)计算,平均节电率按40%计算,两台引风机可节约电功率1500kw;
年运行时间以7000小时计算,可节约电能1050万kw.h,以上网电价0.35元/kw.h计算:
每年可节约电费365万元,不到一年就可以收回全部改造投资。
引风机运行参数及节能计算,如表10所示。
表10引风机运行参数及节能计算
*叶片角度固定为+00(开度70%)时
**叶片角度开到最大(+300)时
5.3矿山通风机的节能计算
矿山通风机很多采用对旋式静叶可调轴流风机,目的是采用低转速的电(风)机,而产生高的风压,以满足矿山通风的要求。
一般高压风机必须由高速电动机拖动,而高速运转的机械其轴承容易磨损,增大了维护成本;
采用对旋式轴流风机,可采用低转速的电(风)机,而产生高的风压,从而避免了机械磨损,延长了检修周期,降低了维护成本,提高了设备运行的可靠性。
对旋式轴流风机是装在同一个风筒内的两台旋向相反的轴流风机,也可以拆开单独运行。
采用不同的旋向主要是使风机出口的气流沿着轴向运动,从而减小阻力。
对旋式轴流风机是用两倍的轴功率产生两倍的风压,而风量不变,就像是两级压缩机一样。
对旋式轴流风机在工频运行时要求延时启动,目的是减小电动机启动电流对电网的影响。
在采用变频器拖动时,由于启动时没有过电流,所以不需要延时启动,两台风机可以同起同落;
而往往对旋式轴流风机的电动机功率都不大,所以可以采用“一拖二”的拖动方式:
即用一台变频器同时拖动两台风机运行,并且同起同落,同频(速)运行,因为变频器在运行中是不允许投切负载的。
矿山通风机的节能计算可以按照上述静叶可调轴流式风机的方法进行。
6罗茨风机的节能计算
6.1罗茨风机的工作原理
罗茨风机是利用两个叶轮转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体的回转压缩机。
这种压缩机靠转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮合。
转子上每一凹入的曲面部分与气缸内壁组成工作容积,在转子回转过程中从吸气口带走气体,当移到排气口附近与排气口相连通的瞬时,因有较高压力的气体回流,这时工作容积中的压力突然升高,然后将气体输送到排气通道。
两转子依次交替工作,因此,它的流量与转速成正比。
两转子互不接触,它们之间靠严密控制的间隙实现密封,故排出的气体不受润滑油污染。
这种鼓风机结构简单,制造方便,适用于中低压力状态下的气力输送泵和曝气设备,也当作真空泵使用。
罗茨风机为容积式风机,输送的风量与转数成比例,三叶型叶轮每转动一次由2个叶轮进行3次吸、排气。
与二叶型相比,气体脉动性小,振动也小,噪声低。
风机2根轴上的叶轮与椭圆形壳体内孔面,叶轮端面和风机前后端盖之间及风机叶轮之间者始终保持微小的间隙,在同步齿轮的带动下风从风机进风口沿壳体内壁输送到排出的一侧。
风机内腔不需要润滑油,结构简单,运转平稳,性能稳定,适应多种用途,已运用于广泛的领域。
6.2罗茨风机的特性
(1)由于采用了三叶转子结构形式及合理的壳体内进出风口处的结构,所以风机振动小,噪声低;
(2)叶轮和轴为整体结构且无磨损,风机性能持久不变,可以长期连续运转;
(3)风机容积利用率大,容积效率高,且结构紧凑,安装方式灵活多变;
(4)轴承的选用较为合理,各轴承的使用寿命均匀,从而延长了风机的寿命;
(5)风机油封选用进口氟橡胶材料,耐高温,耐磨,使用寿命长;
(6)机种齐全,可满足不同用户不同用途的需要。
6.3罗茨风机的工频运行方式
罗茨风机的工频运行方式是电机工频全速运行,依靠出口放风阀来调节所需风量大小。
通过出口放风阀门调节风量的方式存在如下弊端:
(1)出口放风阀调节反应滞后,调节速度慢,调节精度低,往往对现场所需风量控制不到位,不能满足现场的生产工艺要求。
(2)出口放风阀调节不经济,浪费资源,采用放风阀调节虽然结构简单,投资少,但是由于采用出口放风阀调节,人为的放掉了风道的风压和风量,大量的能源白白浪费被放风阀放出,在能源日益紧缺的今天,显然已经不能适应经济发展的需要,节能改造势在必行。
(3)电机工频全速运行时,电机轴承等机械部位磨损严重,另外,由于是转子绕线式异步电机,转子高速运转时,其滑环上的碳刷磨损也相当严重,更换周期短,设备维护量大。
(4)启动过程复杂,转子串联电阻启动方式附带了很多二次回路,维护量大,使用效率却不高,然而却不可缺少,启动方式属于落后工艺。
综上所述,要想彻底的改变现有工艺,就必须从源头改进,即通过改变电机转速来调节风机转速,从而达到调节风量的目的,以此来满足现场工艺要求。
6.4罗茨风机的负载特性
由于罗茨风机为容积式风机,其负载特性与螺杆式压缩机相似,罗茨风机的负载特性属于周期性冲击负载,也可以说是“平均恒转矩负载”,轴功率与转速的一次方成正比。
在变频调速节能计算时可按恒转矩负载计算。
转速的改变只改变风量,而不改变出口压力。
6.5罗茨风机的节能计算
由于罗茨风机的工频运行方式是电机工频全速运行,依靠出口放风阀来调节所需风量大小,所以其消耗的电功率基本与风量的大小无关,始终维持在较高的水平;
既然罗茨风机的负载特性属恒转矩性负载,其轴功率与转速的一次方成正比,其节电率的计算与采用液力耦合器调速相似,即:
节电率=变频器效率-转速比。
图11罗茨风机示意图
作者简介
徐甫荣(1946-)男1970年毕业于西安交通大学电机工程系发电厂电力网及电力系统专业,后在西安电子科技大学攻读硕士研究生。
毕业后国家电力公司热工研究院自动化所工作,任总工程师,教授级高工,现为深圳市科陆变频器公司工程技术总监,享受国家特殊津贴的专家。
主要从事火电厂热工自动化和交直流电机调速拖动及节能技术的研究工作,在国内外各类学术刊物上发表论文五十余篇,专著“高压变频调速技术应用实践”等两本。
参考文献(略)
(未完待续)
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- 风机 水泵 压缩机 变频 调速 节能 技术讲座