鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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車間降溫風機_變頻調速技術在風機、泵類應用中的節(jié)能分析機械百
| 變頻調速技術在風機、泵類應用中的節(jié)能分析 |
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| 一、引言 在工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品加工制造業(yè)中，風機、泵類設備應用范圍廣泛；其電能消耗和諸如閥門、擋板相關設備的節(jié)流損失以及維護、維修費用占到生產(chǎn)成本的7%~25%，是一筆不小的生產(chǎn)費用開支。隨著經(jīng)濟改革的不斷深入，市場競爭的不斷加��；節(jié)能降耗業(yè)已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質量的重要手段之一。 而八十年代初發(fā)展起來的變頻調速技術，正是順應了工業(yè)生產(chǎn)自動化發(fā)展的要求，開創(chuàng)了一個全新的智能電機時代。一改普通電動機只能以定速方式運行的陳舊模式，使得電動機及其拖動負載在無須任何改動的情況下即可以按照生產(chǎn)工藝要求調整轉速輸出，從而降低電機功耗達到系統(tǒng)高效運行的目的。 八十年代末，該技術引入我國并得到推廣�，F(xiàn)已在電力、冶金、石油、化工、造紙、食品、紡織等多種行業(yè)的電機傳動設備中得到實際應用。目前，變頻調速技術已經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動技術的一個主要發(fā)展方向。卓越的調速性能、顯著的節(jié)電效果，改善現(xiàn)有設備的運行工況，提高系統(tǒng)的安全可靠性和設備利用率，延長設備使用壽命等優(yōu)點隨著應用領域的不斷擴大而得到充分的體現(xiàn)。 ?? 二、綜述 通常在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中風機設備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風系統(tǒng)等場合，根據(jù)生產(chǎn)需要對爐膛壓力、風速、風量、溫度等指標進行控制和調節(jié)以適應工藝要求和運行工況。而最常用的控制手段則是調節(jié)風門、擋板開度的大小來調整受控對象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風機都要全速運轉，而運行工況的變化則使得能量以風門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗。從而導致生產(chǎn)成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下。 泵類設備在生產(chǎn)領域同樣有著廣闊的應用空間，提水泵站、水池儲罐給排系統(tǒng)、工業(yè)水（油）循環(huán)系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)均使用離心泵、軸流泵、齒輪泵、柱塞泵等設備。而且，根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設備進行流量、壓力、水位等信號的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費，管路、閥門等密封性能的破壞；還加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴重時損壞設備、影響生產(chǎn)、危及產(chǎn)品質量。 風機、泵類設備多數(shù)采用異步電動機直接驅動的方式運行，存在啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點。不僅影響設備使用壽命，而且當負載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設備，時常出現(xiàn)泵損壞同時電機也被燒毀的現(xiàn)象。 近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對產(chǎn)品質量不斷提高的要求，加之采用變頻調速器（簡稱變頻器）易操作、免維護、控制精度高，并可以實現(xiàn)高功能化等特點；因而采用變頻器驅動的方案開始逐步取代風門、擋板、閥門的控制方案。 變頻調速技術的基本原理是根據(jù)電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術，電力電子、微電腦控制等技術于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。 ?? 三、節(jié)能分析 通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。 以一臺水泵為例，它的出口壓頭為H0（出口壓頭即泵入口和管路出口的靜壓力差），額定轉速為n0,閥門全開時的管阻特性為r0,額定工況下與之對應的壓力為H1,出口流量為Q1。流量-轉速-壓力關系曲線如下圖所示。 ?? 在現(xiàn)場控制中，通常采用水泵定速運行出口閥門控制流量。當流量從Q1減小50%至Q2時，閥門開度減小使管網(wǎng)阻力特性由r0變?yōu)閞1，系統(tǒng)工作點沿方向I由原來的A點移至B點；受其節(jié)流作用壓力H1變?yōu)镠2。水泵軸功率實際值（kW）可由公式：P =Q?H／（η c?η b）×10-3得出。其中，P、Q 、H 、η c 、η b 分別表示功率、流量、壓力、水泵效率、傳動裝置效率，直接傳動為1。假設總效率（η c?η b）為1，則水泵由A點移至B點工作時，電機節(jié)省的功耗為AQ1OH1和BQ2OH2的面積差。如果采用調速手段改變水泵的轉速n，當流量從Q1減小50%至Q2時，那么管網(wǎng)阻力特性為同一曲線r0，系統(tǒng)工作點將沿方向II由原來的A點移至C點，水泵的運行也更趨合理。在閥門全開，只有管網(wǎng)阻力的情況下，系統(tǒng)滿足現(xiàn)場的流量要求，能耗勢必降低。此時，電機節(jié)省的功耗為AQ1OH1和CQ2OH3的面積差。比較采用閥門開度調節(jié)和水泵轉速控制，顯然使用水泵轉速控制更為有效合理，具有顯著的節(jié)能效果。 另外，從圖中還可以看出：閥門調節(jié)時將使系統(tǒng)壓力H升高，這將對管路和閥門的密封性能形成威脅和破壞；而轉速調節(jié)時，系統(tǒng)壓力H將隨泵轉速n的降低而降低，因此不會對系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。 從上面的比較不難得出：當現(xiàn)場對水泵流量的需求從100%降至50%時，采用轉速調節(jié)將比原來的閥門調節(jié)節(jié)省BCH3H2所對應的功率大小，節(jié)能率在75%以上。 與此相類似的，如果采用變頻調速技術改變泵類、風機類設備轉速來控制現(xiàn)場壓力、溫度、水位等其它過程控制參量，同樣可以依據(jù)系統(tǒng)控制特性繪制出關系曲線得出上述的比較結果。亦即，采用變頻調速技術改變電機轉速的方法，要比采用閥門、擋板調節(jié)更為節(jié)能經(jīng)濟，設備運行工況也將得到明顯改善。 ?? 四、節(jié)能計算 對于風機、泵類設備采用變頻調速后的節(jié)能效果，通常采用以下兩種方式進行計算： 1、根據(jù)已知風機、泵類在不同控制方式下的流量－負載關系曲線和現(xiàn)場運行的負荷變化情況進行計算。 以一臺IS150-125-400型離心泵為例，額定流量200.16m3/h，揚程50m；配備Y225M-4型電動機，額定功率45kW。泵在閥門調節(jié)和轉速調節(jié)時的流量－負載曲線如下圖示。根據(jù)運行要求，水泵連續(xù)24小時運行，其中每天11小時運行在90%負荷，13小時運行在50%負荷；全年運行時間在300天。 ?? 則每年的節(jié)電量為：W1=45×11×（100%－69%）×300=46035kW?h W2=45×13×（95%－20%）×300 =131625kW?h W = W1＋W2=46035＋131625=177660kW?h 每度電按0.5元計算，則每年可節(jié)約電費8.883萬元。 2、根據(jù)風機、泵類平方轉矩負載關系式：P / P0=（n / n0）3計算，式中為P0額定轉速n0時的功率；P為轉速n時的功率。 以一臺工業(yè)鍋爐使用的22 kW鼓風機為例。運行工況仍以 24小時連續(xù)運行，其中每天11小時運行在90%負荷（頻率按46Hz計算,擋板調節(jié)時電機功耗按98%計算），13小時運行在50%負荷（頻率按20Hz計算，擋板調節(jié)時電機功耗按70%計算）；全年運行時間在300天為計算依據(jù)。 則變頻調速時每年的節(jié)電量為：W1=22×11×[1－（46/50）3]×300=16067kW?h W2=22×13×[1－（20/50）3]×300=80309kW?h W = W1＋W2=46035＋131625=177660kW?h ?? 擋板開度時的節(jié)電量為：W1=22×（1－98%）×11×300=1452kW?h W2=22×（1－70%）×11×300=21780kW?h Wd = W1＋W2=1452＋21780=23232 kW?h 相比較節(jié)電量為：W= Wb－Wd=96376－23232=73144 kW?h 每度電按0.5元計算，則采用變頻調速每年可節(jié)約電費3.657萬元。 某工廠離心式水泵參數(shù)為：離心泵型號6SA-8，額定流量53. 5 L/s，揚程50m；所配電機Y200L2-2型37 kW。對水泵進行閥門節(jié)流控制和電機調速控制情況下的實測數(shù)據(jù)記錄如下： ?? 流 量L/s 時 間（h） 消耗電網(wǎng)輸出的電能（kW?h） 閥門節(jié)流調節(jié) 電機變頻調速 47 2 33.2×2=66.4 28.39×2=56.8 40 8 30×8=240 21.16×8=169.3 30 4 27×4=108 13.88×4=55.5 20 10 23.9×10=239 9.67×10=96.7 合計 24 653.4 378.3 相比之下，在一天內變頻調速可比閥門節(jié)流控制節(jié)省275.1 kW?h的電量，節(jié)電率達42.1%。 ?? 五、結束語 風機、泵類等設備采用變頻調速技術實現(xiàn)節(jié)能運行是我國節(jié)能的一項重點推廣技術，受到國家政府的普遍重視，《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條就把它列為通用技術加以推廣。實踐證明，變頻器用于風機、泵類設備驅動控制場合取得了顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且因此而大大減少了設備維護、維修費用，還降低了停產(chǎn)周期。直接和間接經(jīng)濟效益十分明顯，設備一次性投資通�？梢栽�9個月到16個月的生產(chǎn)中全部收回。
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收錄時間:2011年01月02日 11:32:24 來源: 作者: |
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n 該切換控制方式優(yōu)點：
2 變頻器輸進、輸出設計有隔離刀閘，便于變頻器的維護與檢驗。
2 該切換控制有兩種起動方式,不論那種方式起動運行,都具有軟起動功能,不造成對電網(wǎng)沖擊.
2 操縱方便，可以就地操縱，也可遠程操縱，易于實現(xiàn)自動控制。
4.變頻調速系統(tǒng)控制方式
(1)我方提供的CHH100變頻器控制方式：
我公司CHH100系列高壓變頻器在現(xiàn)場采用手動和自動兩種方式控制：在檢驗,非生產(chǎn)時,采用手動控制方式,在正常生產(chǎn)時,采用自動控制方式.
n 手動控制方式
值班電工根據(jù)壓縮機進口所要求的壓力(流量), 通過在遠程監(jiān)控反饋信號,手動調節(jié)頻率給定信號,從而達到滿足風機需要的風量和風壓要求。
n 自動控制方式
自動控制方式有兩種選擇，一是壓縮機進口要求控制的壓力值由手操器給定(4~20mA電流信號)，壓縮機進口反饋信號經(jīng)壓力變送器檢測后，再由DCS供給。壓力比較和PID運算均由DCS完成，其變換出來信號作為變頻器給定信號，以控制電動機轉速，使壓縮機進口的壓力穩(wěn)定在壓力設定值上，達到自動跟蹤壓縮機進口壓力的目的。同時，通過變頻器的模擬量輸出接口將壓縮機進口壓力、實際電壓、電流、頻率反饋到DCS監(jiān)控系統(tǒng)上。變頻器仍然作為一個執(zhí)行機構，類似擋板特性，只是時間系數(shù)需要重新調整，這種調節(jié)方式比較簡便公道，只需要DCS根據(jù)以往的工頻調節(jié)方式增加變頻調節(jié)回路，以前的工頻擋板控制方式繼續(xù)保存?zhèn)溆谩Ａ硪环N方式是壓縮機進口反饋信號送至變頻器進行變換和處理，變頻器本身也具有PID功能。實現(xiàn)頻率的自動調整,也就是說對風機電機的轉速進行控制,以達到根據(jù)負荷變化而調整輸出功率、穩(wěn)定壓縮機進口壓力和節(jié)能降耗的目的。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，建議采用DCS完成自動調節(jié)功能。
(2).高壓變頻用具有遠程和本機控制功能。
高壓變頻用具有遠程和本機控制功能。本機控制時通過高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動、停止高壓變頻器，可以調整電機轉速、頻率。遠程控制放在控制室，設有操縱臺和上位機，由配電工操縱控制。通過上位機配電工可以隨時了解設備的運行情況，通過操縱臺可實現(xiàn)對高壓變頻器進行簡單的遠方操縱。配電工可以根據(jù)工況自由選定高壓變頻器“手動/自動”調速運行。
四.現(xiàn)場運行情況
煤氣脫硫羅茨風機所配置的高壓變頻器（型號CHH100-0900-06，額定電壓6KV，額定電流106A）于2009年12月11日開始安裝就位；2009年12月15日開始一次調試成功投進運行。裝調試周期都很短，為系統(tǒng)的正常生產(chǎn)提供了有利的保證。該煤氣脫硫羅茨風機是技改項目,所配套電機和輔助高壓配電控制柜及水阻軟起動柜。
五.節(jié)能效果
1．羅茨風機變頻調速節(jié)能原理
１.１羅茨風機的理論流量與轉子轉速的關系式為：
Qth=(丌/2)D2LλN (1)
式中： Qth??理論流量，m3/min D??葉輪外徑，m
L??葉輪長度，m N??葉輪轉速r/min
λ??面積利用系數(shù)；表征風機氣缸空間的有效利用程度（圓弧一漸開線型線的面積利用系數(shù)λ＝0.563～0.521）
１.２ 羅茨風機的實際流量Q，為：
Q＝Qthη (2)
式中：η??容積效率，一般為0.7～0.9
由（１）和（２）可知，對每一臺具體的羅茨風機，其葉輪外徑長度和面積利用系數(shù)都是一個定值，當可忽略容積效率的變化時，羅茨風機的流量正比于轉速．
１.３功率特性
羅茨風機的軸功率為：
P =( QthΔH)/6000β (3)
式中： P??軸功率，KW Qth??理論流量，m3/min
ΔH??風機進出口壓差，Pa β??機械效率，一般為0.9
由式（１）和（３）可知，當羅茨風機轉速變化時，其軸功率與轉速成正比，
１.４轉矩特性
羅茨風機的轉矩為：
M=9552(P/N) (4)
由于羅茨風機的軸功率與轉速在正比，因此式（４）可知，當轉速變化時，轉矩不變，即羅茨風機屬于恒轉矩運行．
可見羅茨風機風量Q和電機的轉速n是成正比關系的，而軸功率P與轉速也是成正比關系。所以當需要80％的額定風量時，通過變頻調節(jié)電機的轉速至額定轉速的80％，即調節(jié)頻率到40赫茲即可，這時所需功率將僅為原來的80％．
考慮減速后效率下降和調速裝置的附加損耗，通過實踐的統(tǒng)計，羅茨風機類通過調速控制可節(jié)能 10％～40％。
實測節(jié)能比較
2009年12月20日在中化平原化工有限公司煤氣脫硫羅茨風機現(xiàn)場通過丈量儀表進行丈量數(shù)據(jù)如下表:
測試結果表明,
900 KW/6KV煤氣鼓風機在閥門調節(jié)和變頻調節(jié)的節(jié)能比較如下表:
可見，投進一臺深圳市英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的CHH100系列高壓變頻器后，該項目全年節(jié)約電費均可達45萬元左右。另外，由于深圳市英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的CHH100系列高壓變頻器功率因數(shù)可達0.95以上，大于電機功率因數(shù)0.89，減少大量無功。并且實現(xiàn)電機軟啟動，可避免因大電流啟動沖擊造成對電機盡緣的影響，減少電機維護量，節(jié)約檢驗維護用度，同時電機壽命大幅度延長。減輕了運行職員的勞動強度，深受運行職員和維修職員的歡迎。
???? 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 范圍內調節(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。近年來，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。 目前，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。國內生產(chǎn)這類風機的企業(yè)，主要差距是表面質量達不到出口要求，若提高外觀質量，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。 綜上所述，未來幾年風機市場會有較大發(fā)展，其中中小型風機國內市場需求也會相應增長，但總體供大于求。國家在宏觀調控方面，應出臺相應的經(jīng)濟政策，限制這類企業(yè)進一步發(fā)展，鼓勵擴大出口，開拓國外市場。對于透平壓縮機，國內只有沈陽鼓風機廠、陜西鼓風機（集團） 有限公司、上海鼓風機廠有限公司、重慶通用（集團）有限責任公司等 少數(shù)企業(yè)能夠生產(chǎn)，目前國內市場占有率只有50％。因此，對這類產(chǎn)品國家不但不能限制其發(fā)展，在宏觀調控上還應給予支持，鼓勵用戶使用國產(chǎn)化設備。同時，對這類設備的出口也應給予相應支持。 相關閱讀: 鋒速達負壓風機-大北農集團巨農種豬示范基地風機設備水簾設備供應商！臺灣九龍灣負壓風機配件供應商！ 主要產(chǎn)品豬舍通風降溫,豬棚通風降溫,豬場通風降溫,豬舍風機,養(yǎng)殖地溝風機,豬舍地溝風機,豬舍多少臺風機,廠房多少臺風機,車間多少臺風機,豬舍什么風機好,廠房什么風機好,車間什么風機好,多少平方水簾,多大的風機,哪個型號的風機 相關的主題文章: 
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