風機變頻節(jié)能原理
2014-07-10
1. 風機運行曲線
風機運行曲線由圖可以說明其節(jié)電原理：
圖中，曲線（1）為風機在恒定轉速n1下的風壓一風量（H-Q）特性，曲線（2） 為管網(wǎng)風阻特性（風門全開）。曲線（4） 為變頻運行特性（風門全開）
假設風機工作在A點效率最高，此時風壓為H2，風量為Q1，軸功率N1與Q1、H2的乘積成正比，在圖中可用面積AH2OQ1表示。如果生產(chǎn)工藝要求，風量需要從Q1減至Q2，這時用調(diào)節(jié)風門的方法相當于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線（3），系統(tǒng)由原來的工況點A變到新的工況點B運行。從圖中看出，風壓反而增加，軸功率與面積BH1OQ2成正比。顯然，軸功率下降不大。如果采用變頻器調(diào)速控制方式，風機轉速由n1降到 n2，根據(jù)風機參數(shù)的比例定律，畫出在轉速n2風量（Q-H）特性，如曲線（4）所示?？梢娫跐M足同樣風量Q2的情況下，風壓H3大幅度降低，功率N3隨著顯著減少，用面積CH3OQ2表示。節(jié)省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面積BH1H3C表示。顯然，節(jié)能的經(jīng)濟效果是十分明顯的。
風機在不同頻率下的節(jié)能率
從流體力學原理得知，風機風量與電機轉速功率相關：風機的風量與風機（電機）的轉速成正比，風機的風壓與風機（電機）的轉速的平方成正比，風機的軸功率等于風量與風壓的乘積，故風機的軸功率與風機（電機）的轉速的三次方成正比（即風機的軸功率與供電頻率的三次方成正比）：請看風機定律
頻率f(Hz) 轉速N% 流量O% 揚程H% 軸功率P% 節(jié)電率
50 100% 100% 100% 100% 00%
45 90% 90% 81% 9% 10%
40 80% 80% 64% 2% 80%
35 70% 70% 49% 3% 70%
30 60% 60% 36% 6% 40%
25 50% 50% 25% 5% 5%
根據(jù)上述原理可知改變風機的轉速就可改變風機的功率。
例如：將供電頻率由50Hz降為45Hz，
則P45/P50=453/503=0.729，
即P45=0.729P50將供電頻率由50 Hz降為40Hz，
則P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50
鍋爐風機的變頻節(jié)能改造：
鍋爐的變頻節(jié)能改造通常是指對鍋爐風機的變頻節(jié)能改造。
鍋爐風機在設計時是按最大工況來考慮的，在實際使用中有很多時間風機都需要根據(jù)實際工況進行調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)的做法是用開關風門、閥門的方式進行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式增大了供風系統(tǒng)的節(jié)流損失，在啟動時還會有啟動沖擊電流，且對系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)也是階段性的，調(diào)節(jié)速度緩慢，減少損失的能力很有限，也使整個系統(tǒng)工作在波動狀態(tài)；而通過在鍋爐風機上加裝變頻調(diào)速器(裝置)則可一勞永逸的解決好這些問題，可使系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定，并可通過變頻節(jié)能收回投資。鍋爐的變頻改造方案一例如下：
鍋爐風機的裝機概況：2×75KW，1×55KW。
所有風機均采用一對一（即 一臺變頻器配一臺電機）的配置 方式，保留原工頻系統(tǒng)且與變頻系統(tǒng)互為備用，一般情況下的調(diào) 節(jié)方式均為開環(huán)調(diào)節(jié)。
投資與節(jié)能：
變頻節(jié)能系統(tǒng)（裝置）在各類調(diào)速系統(tǒng)中使用時其節(jié)能效果對于單臺設備可做到20-55%，在風機這類設備的一般應用的節(jié)能效果平均也可做到20-50%，在未受到其它因素的影響的情況下一般可取平均值，這些節(jié)能效果平均值是由實際應用中得到，權威性數(shù)據(jù)可由市場上公開出售的資料（書）查到；通過這些數(shù)據(jù)再進行一些簡單的投資回收率的計算可知：變頻節(jié)能系統(tǒng)（裝置）的投資回收期一般為6-15個月（這是經(jīng)驗值也是權威數(shù)據(jù)）。
編輯本段故障分析振動故障
風機與電動機之間由聯(lián)軸器鏈接，傳遞運動和轉矩。不對中是風機最常見的故障，風機的故障60%與不對中相關。風機的不對中故障是指風機、電動機兩轉子的軸心線與軸承中心線的傾斜或偏移程度。風機轉子的不對中可以分為聯(lián)軸器不對中和軸承不對中。風機轉子系統(tǒng)產(chǎn)生不對中故障后，在旋轉過程中會產(chǎn)生一系列對設備運行不利的動態(tài)效應，引起聯(lián)軸器的偏轉、軸承的磨損、油膜穩(wěn)態(tài)和軸的撓曲變形等，不僅使轉子的軸頸與軸承的相互位置和軸承的工作狀態(tài)發(fā)生了變化，也同時降低了軸系的固有頻率，使轉子受力及軸承所受的附加力導致風機的異常振動和軸承的早期損壞，危害極大。對于風機的不對中故障，可以用激光對中儀來解決，方便快捷。
總結風機故障現(xiàn)象及原因，有其規(guī)律可循，風機故障按其原因及分類，有以下幾種：
設計原因
設計不當，動態(tài)特性不良，運行時發(fā)生強迫振動或自激振動
結構不合理，應力集中
設計工作轉速接近或落入臨界轉速區(qū)
熱膨脹量計算不準，導致熱態(tài)對中不良
制造原因
零部件加工制造不良，精度不夠
零件材質(zhì)不良，強度不夠，制造缺陷
轉子動平衡不符合技術要求
安裝維修原因
機械安裝不當，零部件錯位，預負荷大
軸系對中不良
機器幾何參數(shù)(如配合間隙、過盈量及相對位置)調(diào)整不當
管道應力大，機器在工作狀態(tài)下改變了動態(tài)特性和安裝精度
轉子長期放置不當，改變了動平衡精度
未按規(guī)程檢修，破壞了機器原有的配合性質(zhì)和精度
操作運行
工藝參數(shù)(如介質(zhì)的溫度、壓力、流量、負荷等)偏離設計值，機器運行工況不正常
機器在超轉速、超負荷下運行，改變了機器的工作特性
運行點接近或落入臨界轉速區(qū)
潤滑或者冷卻不良
轉子局部損壞或結垢
啟停機或升降速過程操作不當，暖機不夠，熱膨脹不均勻或在臨界區(qū)停留時間過久
機器劣化原因
長期運行，轉子撓度增大或動平衡劣化
轉子局部損壞、脫落或產(chǎn)生裂紋
零部件磨損、點蝕或腐蝕等
配合面受力劣化，產(chǎn)生過盈不足或松動等，破壞了配合性質(zhì)和精度
機器基礎沉降不均勻，機器殼體變形。
編輯本段安裝準備工作
風機開箱前應檢包裝是否完整無損，風機的銘牌參數(shù)是否符合要求，各隨帶附件是否完整齊全。
仔細檢查風機在運輸過程中有無變形或損壞，堅固件是否松動或脫落，葉輪是否有擦碰現(xiàn)象，并對風機各部分零件進行檢查。如發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，應待修復后再使用。
用500V兆歐表測量風機外殼與電機繞組間的絕緣電阻，其值應大于0.5兆歐，否則應對電機繞駔進行烘干處理,烘干時溫度不許超過120℃。
準備好風機安裝所需的各種材料、工具及場地。
工作開始
1.仔細閱讀風機使用說明書及產(chǎn)品樣本，熟悉和了解風機的規(guī)格、形式、葉輪旋轉方向和氣流進出方向等；再次檢查風機各零部件是否完好，否則應待修復后方可安裝使用。
2.風機安裝時必須有安全裝置以防止事故發(fā)生，并由熟悉相關安全要求的專業(yè)人士安裝和接線。
3.聯(lián)接風機進出口的風管有單獨支撐，不允許將管道重疊重量加在風機的部件上；風機安裝時應注意風機的水平位置，對風機與地基的結合面與出風管道的聯(lián)接應調(diào)整，使之自然吻合，不得強行聯(lián)接。
4.風機安裝后，用手或杠桿撥動葉輪，檢查是否有過緊或擦碰現(xiàn)象，有無妨礙轉動的物品，無異?，F(xiàn)象下，方可進行試運轉，風機傳動裝置的外露部份應有防護罩（用戶自備）如風機進風口不接管道時，也需添置防護網(wǎng)或其他安裝裝置（用戶自備）。
5.風機所配電控箱必須與對應風機相匹配（指功率、電壓、氣動方式、控制形式等）。
6.風機接線應由專業(yè)電工接線，接線必須正確可靠，尤其是電控箱處的接線編號與風機接線柱上的編號一致對應，風機外殼應可靠接地，接地必須可靠，不能用接零代替接地。
7.風機全部安裝后應檢查風機內(nèi)部是否有遺留的工具盒雜物
注意事項
風機外殼或電機外殼的接地必須可靠；
禁止反方向旋轉，禁止超額定電流運行，禁止缺相運行；
禁止在運轉中維護風機。
編輯本段維護
使用環(huán)境應經(jīng)常保持整潔，風機表面保持清潔，進、出風口不應有雜物。定期消除風機及管內(nèi)的灰塵等雜物。
只能在風機完全正檔情況下方可運轉，同時要保持供電設施容量充足，電壓穩(wěn)定，嚴禁缺相運行，供電線路必須為專用線路，不應長期用臨時線路供電。
風機在運行過程中發(fā)現(xiàn)風機有異常聲、電機嚴重發(fā)熱、外殼帶電、開關跳閘、不能起動等現(xiàn)象，應立即停機檢查。為了保證安全，不允許在風機運行中進行維修。檢修后應進行試運轉五分鐘左右，確認無異?，F(xiàn)象再開機運轉。
根據(jù)使用環(huán)境條件不定期對軸承補充或更換潤滑油脂（電機封閉軸承在使用壽命期內(nèi)不必更換潤滑油脂），為保證風機在運行過程中的良好的潤滑，加油次數(shù)不少于1000小時/次，封閉軸承和電機軸承，加油用ZL–3鋰基潤滑油脂填充軸承內(nèi)外圈的2/3。嚴禁缺油運轉。
風機應貯存在干燥的環(huán)境中，避免電機受潮。風機在露天存放時，應有防雨措施。在貯存與搬運過程中應防止風機磕碰，以免風機受到損傷。
擇風機殼主要看冷鍍鋅板的鍍層厚薄。薄的易銹，不宜選用；風機進風罩有鍍鋅鋼板和玻璃2種材質(zhì)，選用鍍鋅鋼板為好；與之匹配的電機功率有750瓦和1100瓦2種，選擇1100瓦的電機為好；風機類型較多，材質(zhì)有不銹鋼、鍍鋅鋼板、鋁合金、彩鋼板，從性能而言，宜選用不銹鋼風葉。風葉造型多種多樣，性能好的造型和加工工藝均復雜；轉動總成有壓鑄鋁、鑄鐵2種，相比之下，壓鑄鋁性能較好；百葉窗自動開啟裝置有離心錘式、重力錘式和風吹式。從經(jīng)驗看，離心錘式較穩(wěn)定，重力錘式易受積塵影響，啟閉易失靈。風吹式主要用于36寸風機。百葉窗主要看其密合性是否優(yōu)良。
在電力、鋼鐵、水泥、造紙等行業(yè)中大量使用的風機設備，因輸送的氣體介質(zhì)中含有大量的硬質(zhì)粉塵顆粒和酸性氣體，這些設備的過流部件，受到強烈的沖刷腐蝕，尤其是其心臟部件葉輪，在其葉片的末端運行線速度達到160米每秒，磨損速度比其它部位更為嚴重。據(jù)統(tǒng)計，使用普通的碳鋼或一般耐磨鋼16Mn制造的葉輪，一般使用壽命只有半年，最短的只有幾十天，雖然使用過各種表面防磨措施如堆焊，噴涂，噴焊、涂覆高分子耐磨材料等，使用壽命也難以得到顯著提高。比較常用的方法中，以堆焊使用比較多，效果尚可，一般能使用一年以上而不需要大面積修理。其缺點是由于堆焊輸入大量熱量，如果控制不好，會導致葉輪變形，而且不能反復修理使用。熱噴涂噴焊也有同樣的問題，而大大限制了它們的應用。
一種較好的方法是在葉輪活蝸殼便面粘貼或者鑲嵌耐磨陶瓷，由于耐磨陶瓷有良好的耐磨性能，可以大大提高分機的耐磨性能。
編輯本段常見故障
水泥行業(yè)風機工作介質(zhì)中常含有一定量大小不等、形狀各異的同體顆粒，如除塵系統(tǒng)的引風機、氣力輸送的鼓風機。由于這些風機是在含塵氣流中工作的，氣流中的粉塵顆粒既要對風機產(chǎn)生磨損，又要在風機葉片上附著積灰，且這種磨損和積灰都是不均勻的。因而使風機轉子的平衡遭到破壞，引起風機振動，縮短風機壽命，嚴重時可使風機不能正常工作。尤其是風機葉片的磨損最為嚴重，它不僅破壞風機內(nèi)的流動特性，且容易引發(fā)葉片斷裂及飛車等重大事故。
傳動部位磨損也是風機普遍存在的問題，其中包括各種軸類、輥類、減速機、電機、泵類等軸承位、軸承座、鍵槽及螺紋等部位，傳統(tǒng)的補焊機加工方法易造成材質(zhì)損傷，導致部件變形或斷裂，具有較大的局限性；刷鍍和噴涂再機加工的方法往往需要外協(xié)，不僅修復周期長、費用高，而且因修補的材料還是金屬材料，不能從根本上解決造成磨損的原因（金屬抗沖擊能力及退讓性較差）；更有許多部件只能采取報廢更換，大大增加了生產(chǎn)成本和庫存?zhèn)浼?，使企業(yè)良好的資源優(yōu)勢遭到閑置和浪費。
編輯本段喘振條件
1、風機的工作點落在具有駝峰形Q－H性能曲線的不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)；
2、風道系統(tǒng)具有足夠大的容積，它與風機組成一個彈性的空氣動力系統(tǒng)；
3、整個循環(huán)的頻率與系統(tǒng)的氣流振蕩頻率合拍時，產(chǎn)生共振。
編輯本段應用范圍
風機廣泛用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風、排塵和冷卻；鍋爐和工業(yè)爐窯的通風和引風；空氣調(diào)節(jié)設備和家用電器設備中的冷卻和通風；谷物的烘干和選送；風洞風源和氣墊船的充氣和推進等。 風機的工作原理與透平壓縮機基本相同，只是由于氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。
編輯本段調(diào)試
風機允許全壓起動或降壓起動，但應注意，全壓起動時的電流約為5~7倍的額定電流，降壓起動轉距與電流平方成正比，當電網(wǎng)容量不足時，應采用降壓起動。（當功率大于11KW時，宜采用降壓起動。）風機在試車時，應認真閱讀產(chǎn)品說明書，檢查接線方法是否同接線圖相符；應認真檢查供給風機電源的工作電壓是否符合要求，電源是否缺相或同相位，所配電器元件的容量是否符合要求。
試車時人數(shù)不少于兩人，一人控制電源，一人觀察風機運轉情況，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象立即停機檢查；首先檢查旋轉方向是否正確；風機開始運轉后，應立即檢查運轉電流是否平衡、電流是否超過額定電流；若不有正常現(xiàn)象，應停機檢查。運轉五分鐘后，停機檢查風機是否有異常現(xiàn)象，確認無異常現(xiàn)象再開機運轉。
雙速風機試車時，應先起動低速，并檢查旋轉方向是否正確；起動高速成時必須待風機靜止后再起動，以防高速反向旋轉，引起開關跳閘及電機受損。
風機達到正常轉速時，應檢測風機輸入電流是否正常，風機的運行電流不能超過其額定電流。若運行電流超過其額定電流，應檢查供給風機的電壓是否正常。
風機所需電機功率是指在一定工況下，對離心風機和風機箱，進風口全開時所需功率較大。若進風口全開進行運轉，則電機有損壞的可能。風機試車時最好將風機進口或出口管路上的閥門關閉，運轉后將閥門漸漸開啟，達到所需工況為止，并注意風機的運轉電流是否超過額定電流。
編輯本段未來發(fā)展
風機包括通風機、透平鼓風機、羅茨鼓風機和透平壓縮機，詳細劃分包括離心式壓縮機、軸流式壓縮機、離心式鼓風機、羅茨鼓風機、離心式通風機、軸流式通風機和葉氏鼓風機等7大類。未來風機發(fā)展趨勢和方向分析如下：
從風機需求特點預測對于使用量大面廣的中小型風機，產(chǎn)品結構及制造工藝比較簡單，成本也較低，用戶主要追求的是高效率、低噪聲、長壽命，且價格便宜。另一種是 資金、技術密集型，產(chǎn)品結構復雜，制造周期長，成套性和系統(tǒng)性也強，而且在高壓、高溫及高速條件下運行，有的甚至在惡劣工況下運行，用戶對該類風機各有不同要求。對透平鼓 風機和壓縮機及大型通風機，用戶主要追求的是高質(zhì)量、高可靠性、運轉平穩(wěn)且周期長。
從主要領域需求結構預測一般通風換氣風機(一般為中小型離心和軸流通風機)使用最廣泛，需求量最多，制造廠商也最多?？傮w講，這類產(chǎn)品供大于求。特殊用途風機(包括防腐風機、高溫風機、耐磨風機、消防排煙風機等)需求量雖然不很大，但因作業(yè)環(huán)境特殊，需要區(qū)別對待，因為主要材質(zhì)要求較特殊。羅茨鼓風機的最大 特點是當壓力在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時，流量變化甚微，壓力選擇范圍寬，具有強制輸氣特征，主要缺點是噪聲較大。通過引進技術、合資及自行開發(fā)等，我國已推出噪聲較低的三葉羅茨鼓風機，頗受用戶歡迎，市場前景較好。透平壓縮機(包括離心壓縮機、軸流壓縮機和軸流-離心復合式壓縮機)是重大工程成套裝置重要設備，在國民經(jīng)濟中起著重要作用。 對透平壓縮機的性能要求既要壓力高，又要流量大。隨著成套裝置大型化，要求透平壓縮機參數(shù)越來越高。如高爐冶煉裝置、大型煤化工裝置、大型化肥裝置、大型乙烯裝置、大型空分裝置、天然氣管線輸送裝置及油田注氣裝置等。這類產(chǎn)品需求量占風機總量很少，但由于重要，以及結構復雜，制造周期長，技術含量高，因此，有比較好的經(jīng)濟效益和社會效益。透平壓縮機制造水平代表了風機行業(yè)整體水平。
從國內(nèi)市場容量預測風 機根據(jù)不同壓力和流量等要求，差異很大。因此，風機需求應按其類型、大小加以區(qū)別，按不同行業(yè)需求情況來預測。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國風機產(chǎn)量從1 980年到1996年，年均增長率為13.8%。預計2005年全國風機總產(chǎn)量在260萬～290萬臺之間，201 0年將達310萬～325萬臺。根據(jù)風機行業(yè)歷年統(tǒng)計，預測離心式壓縮機2005 年產(chǎn)量為160萬～180萬臺， 2010年將達200萬～210萬臺；軸流壓縮機2005 產(chǎn)量為26萬臺，2010年預計達36萬臺；透平壓縮機和鼓風機2005年市場占有率可達70%左右。
從國外市場預測中國通用機械風機行業(yè)協(xié)會會員單位2000年出口風機7969臺，出口交貨值為8115 .7萬元。1991年～2000年出口風機總臺數(shù)為72876臺，出口交貨總值為74726萬元。
全球經(jīng)濟一體化趨勢越來越明顯，各國經(jīng)濟將進一步互相依存，國際經(jīng)濟合作和交往日趨緊密，國際市場處在大幅度交叉和融合階段。同時，全球性產(chǎn)業(yè)結 構調(diào)整步伐正在加快，國際分工規(guī)模和深度都出現(xiàn)重大進展，發(fā)達國家不斷將工業(yè)生產(chǎn)轉向資本密集型和技術密集型行業(yè)，勞動密集型產(chǎn)品向發(fā)展中國家和地區(qū)轉 移。這為我國發(fā)揮自身優(yōu)勢，躋身國際市場提供了很好的發(fā)展機遇。
國內(nèi)從20世紀70年代開始引進國外離心壓縮機先進技術，經(jīng)過消化吸收和創(chuàng)新，提高了產(chǎn)品檔次。只要保證質(zhì)量和交貨期，利用價格優(yōu)勢，在國際上是有競爭力的。特別是中國加入WTO后，增加風機出口是完全可能的。從歷史情況分析，主要出口品種是中小型通風 機以及風機配件。國內(nèi)生產(chǎn)這類風機的企業(yè)，主要差距是表面質(zhì)量達不到出口要求，若提高外觀質(zhì)量，又具有價格優(yōu)勢，在國外市場的前景是廣闊的。從1991 年～2000年風機出口情況看，中小型通風機出口不夠穩(wěn)定，沒有明顯增長趨勢。但隨著技術不斷進步，預計這類風機出口量會不斷增加，預測在 2000年基礎上會以5%左右的年均速度遞增。
離心式壓縮機和鼓風機從1991年到2000年出口有較明顯的增加，2000 年已達到87臺。主要出口國是印度、巴基斯坦、伊朗、越南等發(fā)展中國家。預計這種趨勢還會發(fā)展，每年可達到100臺。
編輯本段種類
風機可分類很多種,如：負壓風機,水空調(diào),水簾,屋頂風機等下通風降溫設備.這時候就要靠大家如何去選擇了,今天筆者在這里簡單的說說車間降溫的幾種方法,希望對大家有所幫助.
負壓風機主要是利用空氣對流,負壓換氣的降溫原理來進行工作.由安裝地點對向大門或者是窗戶自然吸入新鮮的空氣,迅速將室內(nèi)的空氣排出室外.(這款通風降溫設備很不錯,如今廣泛運用到各各車間工廠里面,受到不少客戶的青睞，值得推薦）
冷風機主要利用地下水進行工作,夏天利用水泵把水抽出來,在經(jīng)過室內(nèi)的風機盤來達到降溫的目的
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