风机高压变频调速改造及节能原理
2007-01-27 来源：减速机信息网浏览：611
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1 引言
工业生产和产品加工制造业中，风机设备应用范围广泛；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备节流损失以及维护、维修费用占到生产成本7%~25%，是一笔不小生产费用开支。

经济改革不断深入，市场竞争不断加剧；节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品质量重要手段之一。

目前，变频调速技术已经成为现代电力传动技术一个主要发展方向。

它卓越调速性能、显著节电效果，改善现有设备运行工况，提高系统安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命等优点应用领域不断扩大而到充分体现。

2 风机参数及特性
2.1 风机基本参数
(1) 风量Q—单位时间流过风机空气量(m3/s，m3/min，m3/h)；
(2) 风压H—当空气流过风机时，风机给予每立方米空气总能量(kg·m)称为风机全压Ht(kg·m/m3)，其由静压Hs和动压Hd组成。

即Ht=Hs+Hd；
(3) 轴功率P—风机工作有效总功率，又称空气功率；
(4) 效率η—风机轴上功率P损失掉部分功率后剩下风机内功率与风机轴上功率P 之比，称为风机效率。

2.2 风机相似理论
风机流量，运行压力，轴功率这三个基本参数与转速间运算公式极其复杂，同时风机类负荷随环境变化参数也随之变化，工程中一般风机运行曲线，进行大致参数运算，称之为风机相似理论：
Q/Qo=n/no
H/Ho=(n/n0o)2(ρ/ρo)
P/P0=(n/no)3(ρ/ρo)
式中：Q—风机流量；
H—风机全压；
n—转速；
ρ—介质密度；
P—轴功率。

风量Q与电机转速n成正比，Q∝n；风压H与电机转速n平方成正比，H∝n2；轴功
率P与电机转速n立方成正比，P∝n3。

2.3 电动机容量计算
式中：P—风机电动机所需输出轴功率(kW)；
Q—风机风量(m3/s)；
H—风机风压(kg/m2)；
ηr—传动装置效率，直接传动为1.0，皮带传动为0.9~0.98，齿轮传动为0.96~0.98；ηF—风机效率；
102—由kg·m/s变换为kW单位变换系数。

3 风机调节输出风量方法
3.1 改变风机管网特性曲线来实现对风机风量调节
这种办法是调节挡风板开关程度来实现，如图1所示。

图1 不同管网特性曲线风机风量特性曲线
风机档板开度一定时，风机管网特性曲线R1工作时，工况点为M1，其风量、风压分别为Q1、H1，其输出流量是Q1。

将风机挡板关小，管网特性曲线变为R2，工况点移至M2，风量、压力变为Q2、H2，其输出流量是Q2。

将风机挡板再关小，管网特性曲线变为R3，工况点移至M3，风量、压力变为Q3、H3，其输出流量是Q3。

从上面曲线分析，调速风机档板开度，管网特性参数将发生变化，输出流量发生变
化，这样就达到了定速运行时调节风机输出流量目标。

调节风机流量过程中，而风机性能曲线(H-Q曲线)不变，工况点风机性能曲线(H-Q 曲线)由M1移到M2，特性曲线由R1变为R2，风机输出流量由Q1变为Q2，这种方法结构简单，操作容易。

目前多数风机都采用这种方法，风机内部压力由H1变为
H2，这样，流量减少同时，压力同时上升，档板上消耗了大量无效轴功率，极大降低了风机转换效率，浪费了大量能源。

3.2 改变风机叶片角度来实现对风机风量调节
当风机管网性能曲线不变时，改变风机叶片角度，使风机特性曲线(H-Q曲线)改变，工况点将管网特性曲线移动，达到调节风量目。

如图2所示，风机叶片角度为α1时，M1点是原来工况点，其风量、风压分别为Q1、H1；风机叶片角度为α2时，风机性能曲线(H—Q曲线)由α1线变为α2线，与管网特性曲线相交于M2，风量、风压变为Q2、H2；风机叶片角度为α3时，风机性能曲线(H—Q曲线)由α2线变为α3线，与管网特性曲线相交于M3，风量、风压变为Q3、H3。

图2 不同风机叶片角度时风机风量特性曲线
这种调节风量方法中，管网特性曲线不变，风机叶片角度变化，调节风机性能(H—Q 曲线)，达到调节风机风量目。

这样，调低流量同时，风机内部压力也随之下降，具有很好节电效果。

这种方法使风机叶轮结构复杂，调节机构磨损较大。

同时，调节叶片角度必须停机进行，无法需要风机进行连续运行、连续调节场合。

3.3 改变风机转速来实现对风机风量调节
风机管网特性不变，风机叶片角度不变情况下，改变风机转速，使风机特性曲线(H —Q曲线)平行移动，工况点将管网特性曲线移动，达到调节风量目。

如图3所示。