空气悬浮离心鼓风机节能分析备课讲稿
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ZCJSD
电机—鼠笼电机
❖ 鼠笼异步电机结构简单，调速性能差，启动力矩小等特点，最高效率85%左右。
ZCJSD
电机—感应电机和永磁电机
JSD永磁电机的实测效率达到了97%。 永磁电机的效率比感应电机的效率高3-5%。
ZCJSD
传动方式--变频和调速
增速箱
叶轮与电机转子直连，传动效率100%，采用变频驱动的高速永磁电机，效率会有改善， 同时温升会降低20%左右，能适应频繁调速的场合，在电磁振动和噪声方面也优于普通电 机。变频电机的功率因数在0.95左右，功率因数的提高，实际输入到变频器的电流减小， 从而减少了电网至变频器之间的线路损耗，无功电流同样减小，电网能负担更多的负载。
滚动轴承支撑的100千瓦罗茨风机，轴承功率损耗在1.5-3千瓦。
ZCJSD
轴承—滑动轴承
滑动轴承：转子和轴承之间靠一定压力的润滑油来形成承载。滑动轴承的摩擦损耗一 方面来源于油膜自身，一方面来源于外部供油设备的能量消耗。功率消耗与转速、轴承直 径和宽度、动力粘度、油膜厚度直接相关。
采用可倾瓦支撑的100千瓦单机高速风机，轴承功率损耗在15-20千瓦，巨大的功率消耗
❖ 容积式风机的典型代表为罗茨风机，应用比较广泛，转速较低，噪声大，输 出压力越高，效率越低。对于80kPa压力下，气动效率为54%。
❖ 速度型风机的典型代表为离心风机，应用广泛，转速高，对于80kPa压力下, 气动效率为83%。
ZCJSD
轴承--滚动轴承
滚动体与滚道之间为油润滑存在情况下的线接触或点接触，摩擦损耗主要为弹性迟滞、差 动滑动、自旋滑动、陀螺旋转、保持架与滚动体和套圈以及润滑剂之间的摩擦损耗几个方面， 功率损耗与转速和预紧力以及摩擦力矩成正比。
❖ (3)叶轮与扩压器（型环）之间的间隙变化。对叶轮与扩压器（型环）之间的 间隙有着非常严格的要求。间隙过大会发生泄漏串气,导致空气流量减少;间隙过 小,通过的空气流量变小。因此叶轮与扩压器（型环）之间的间隙过大和过小都 会造成空气流量变小,使风机无法提高输出压力,从而形成喘振故障。
❖ (4)风机进气口空气温度变化。设计上的风量是指在25℃,一个标准大气压的条 件下的压缩量。恒压的条件下,在温度升高时,空气密度降低,实际压缩的空气流 量减少,导致输出压力不足,形成喘振现象。实际使用过程中,夏季比冬季更容易 发生喘振现象就可以说明这个原因。
造成润滑油温度很高，需要体积庞大的润滑站及冷却系统。
ZCJSD
轴承--动压空气轴承
空气动力粘度仅为是水的粘度的1/50，动压空气轴承不需要外部气源，无任何外设和动 力消耗，风磨损耗极低。
采用动压空气轴承支撑的100千瓦的风机，全部功耗仅为150-200w，并且实现了绝对无 油。
ZCJSD
轴承—磁悬浮轴承
❖ (1)叶轮磨损或者粘附物太多时,会改变叶轮自身的曲线结构,降低叶轮增加空 气压力和速度的能力。
❖ (2)一般约有1/3的压力是在扩压器内提高的，当扩压器的曲线腐蚀磨损比较 严重时,高速的空气经过扩压器时就容易形成涡旋,进气量就会减少,无法提高空 气压力,导致空压机的输出压力降低,从而容易形成喘振。
磁悬浮轴承为电磁原理，轴承和转子间为风磨损耗，传统磁浮轴承结构复杂且功耗很 大，相当于一台电机加一台功率放大器，还需辅助一套复杂的控制系统。磁轴承的功率损 耗主要包括电磁方面的铁损、铜损，电磁损耗大小与支撑转子转速、重量以及控制精度高 低有直接关系，还包括功率放大器和控制系统损耗等。轴承功率损耗在3.5-5千瓦之间。
《风机调节方法》指出速度调节模式比旁通调节节能44.5%，导叶调节比旁通 调节节能30.6%。
ZCJSD
喘振
❖ 离心式风机的性能变化曲线清晰地表明了各种工况下的性能、稳定工作范围 等，在转速不变的情况下，当流量Q增大到某个最大值时，压比和效率垂直下降， 出现阻塞现象。当流量Q减小到某个最小值时，出现喘振现象。
ZCJSD
调节模式—旁通调节
罗茨风机以及不能变频调速的离心风机，风量调节方式为在管路上开旁路， 放掉部分风量。
ZCJSD
调节模式—导叶调节
进口导叶
单级高速风机在变工况情况下，采用进口导流器调节风量。
ZCJSD
调节模式—速度调节
采用PLC与变频调速控制系统，PID自动调节风量风压，使风机工作范围内达 到最经济运行状态。控制系统对转速、风压、风量、温度等进行自检，具备防喘 振和报警自动停机功能。具有五种控制模式，工况适应更灵活。
❖ 发生旋转脱离时，叶道中的气流通不过去，压力也突然下降，排气管内较高 压力的气流便倒流回来，瞬间倒流的气体就补充了级流量的不足，使叶轮又恢复 了正常工作，从而重新把倒流回来的气体压出去，这样又使级中流量减少，于是 压力又突然下降，级后的压力气体又倒回级中来，如此周而复始，在系统中产生 了周期性的气流振荡现象，这种现象称为“喘振”。
❖ 因此离心式风机的喘振现象的产生有两个主要原因：风机流量减少，它是喘 振产生的内因；与风机联合工作的管网特性是喘振产生的外界条件。此外，被输 送气体的吸入状态，也是使压缩机产生喘振的因素，一般讲，吸入气体的温度或 压力越低，风机越容易进入喘振区。
ZCJSD
❖ 离心式风机的喘振主要原因除了上述原因之外，与叶轮磨损或粘附物太多、 扩压器腐蚀磨损、叶轮与扩压器之间的间隙变化、过滤阻塞、进气空气温度变化 有关。
P 压 力
喘振工况区
Hale Waihona Puke Baidu
喘
振防
固定转速的特征曲线 设计点
线护
线
稳定工况区
阻塞工况区
流量 Q
ZCJSD
❖ 当流量Q减小到某个值时，气流向着叶片的工作面冲击，在叶片的非工作面 的前缘部分，产生很大的局部扩压度，于是在叶片非工作面上出现了气流边界层 分离现象并形成漩涡区，并向叶轮出口处逐渐扩大，气量越小，则分离现象越严 重，气流的分离区域也就越大。当流量减少到一定程度，由于叶轮的连续旋转和 气流的连续性，使这种边界层分离现象将扩大到整个流道，而且由于气流分离沿 着叶轮旋转的反方向扩展，从而使叶道中形成气流涡旋，再从叶轮外圆折回到叶 轮内圆，此现象称为旋转脱离。
空气悬浮离心鼓风机节能分析
ZCJSD
节能分析
1、风机类型 容积型罗茨风机和速度型离心风机
2、轴承种类 滚动轴承、滑动轴承、磁悬浮轴承、动压空气轴承
3、电机的选择 普通鼠笼电机、高速感应电机、永磁同步电机
4、控制模式 支管放空、导叶调节、速度调节
5、传动方式 变频和调速
空气悬浮鼓风机
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节能分析—风机类型
电机—鼠笼电机
❖ 鼠笼异步电机结构简单，调速性能差，启动力矩小等特点，最高效率85%左右。
ZCJSD
电机—感应电机和永磁电机
JSD永磁电机的实测效率达到了97%。 永磁电机的效率比感应电机的效率高3-5%。
ZCJSD
传动方式--变频和调速
增速箱
叶轮与电机转子直连，传动效率100%，采用变频驱动的高速永磁电机，效率会有改善， 同时温升会降低20%左右，能适应频繁调速的场合，在电磁振动和噪声方面也优于普通电 机。变频电机的功率因数在0.95左右，功率因数的提高，实际输入到变频器的电流减小， 从而减少了电网至变频器之间的线路损耗，无功电流同样减小，电网能负担更多的负载。
滚动轴承支撑的100千瓦罗茨风机，轴承功率损耗在1.5-3千瓦。
ZCJSD
轴承—滑动轴承
滑动轴承：转子和轴承之间靠一定压力的润滑油来形成承载。滑动轴承的摩擦损耗一 方面来源于油膜自身，一方面来源于外部供油设备的能量消耗。功率消耗与转速、轴承直 径和宽度、动力粘度、油膜厚度直接相关。
采用可倾瓦支撑的100千瓦单机高速风机，轴承功率损耗在15-20千瓦，巨大的功率消耗
❖ 容积式风机的典型代表为罗茨风机，应用比较广泛，转速较低，噪声大，输 出压力越高，效率越低。对于80kPa压力下，气动效率为54%。
❖ 速度型风机的典型代表为离心风机，应用广泛，转速高，对于80kPa压力下, 气动效率为83%。
ZCJSD
轴承--滚动轴承
滚动体与滚道之间为油润滑存在情况下的线接触或点接触，摩擦损耗主要为弹性迟滞、差 动滑动、自旋滑动、陀螺旋转、保持架与滚动体和套圈以及润滑剂之间的摩擦损耗几个方面， 功率损耗与转速和预紧力以及摩擦力矩成正比。
❖ (3)叶轮与扩压器（型环）之间的间隙变化。对叶轮与扩压器（型环）之间的 间隙有着非常严格的要求。间隙过大会发生泄漏串气,导致空气流量减少;间隙过 小,通过的空气流量变小。因此叶轮与扩压器（型环）之间的间隙过大和过小都 会造成空气流量变小,使风机无法提高输出压力,从而形成喘振故障。
❖ (4)风机进气口空气温度变化。设计上的风量是指在25℃,一个标准大气压的条 件下的压缩量。恒压的条件下,在温度升高时,空气密度降低,实际压缩的空气流 量减少,导致输出压力不足,形成喘振现象。实际使用过程中,夏季比冬季更容易 发生喘振现象就可以说明这个原因。
造成润滑油温度很高，需要体积庞大的润滑站及冷却系统。
ZCJSD
轴承--动压空气轴承
空气动力粘度仅为是水的粘度的1/50，动压空气轴承不需要外部气源，无任何外设和动 力消耗，风磨损耗极低。
采用动压空气轴承支撑的100千瓦的风机，全部功耗仅为150-200w，并且实现了绝对无 油。
ZCJSD
轴承—磁悬浮轴承
❖ (1)叶轮磨损或者粘附物太多时,会改变叶轮自身的曲线结构,降低叶轮增加空 气压力和速度的能力。
❖ (2)一般约有1/3的压力是在扩压器内提高的，当扩压器的曲线腐蚀磨损比较 严重时,高速的空气经过扩压器时就容易形成涡旋,进气量就会减少,无法提高空 气压力,导致空压机的输出压力降低,从而容易形成喘振。
磁悬浮轴承为电磁原理，轴承和转子间为风磨损耗，传统磁浮轴承结构复杂且功耗很 大，相当于一台电机加一台功率放大器，还需辅助一套复杂的控制系统。磁轴承的功率损 耗主要包括电磁方面的铁损、铜损，电磁损耗大小与支撑转子转速、重量以及控制精度高 低有直接关系，还包括功率放大器和控制系统损耗等。轴承功率损耗在3.5-5千瓦之间。
《风机调节方法》指出速度调节模式比旁通调节节能44.5%，导叶调节比旁通 调节节能30.6%。
ZCJSD
喘振
❖ 离心式风机的性能变化曲线清晰地表明了各种工况下的性能、稳定工作范围 等，在转速不变的情况下，当流量Q增大到某个最大值时，压比和效率垂直下降， 出现阻塞现象。当流量Q减小到某个最小值时，出现喘振现象。
ZCJSD
调节模式—旁通调节
罗茨风机以及不能变频调速的离心风机，风量调节方式为在管路上开旁路， 放掉部分风量。
ZCJSD
调节模式—导叶调节
进口导叶
单级高速风机在变工况情况下，采用进口导流器调节风量。
ZCJSD
调节模式—速度调节
采用PLC与变频调速控制系统，PID自动调节风量风压，使风机工作范围内达 到最经济运行状态。控制系统对转速、风压、风量、温度等进行自检，具备防喘 振和报警自动停机功能。具有五种控制模式，工况适应更灵活。
❖ 发生旋转脱离时，叶道中的气流通不过去，压力也突然下降，排气管内较高 压力的气流便倒流回来，瞬间倒流的气体就补充了级流量的不足，使叶轮又恢复 了正常工作，从而重新把倒流回来的气体压出去，这样又使级中流量减少，于是 压力又突然下降，级后的压力气体又倒回级中来，如此周而复始，在系统中产生 了周期性的气流振荡现象，这种现象称为“喘振”。
❖ 因此离心式风机的喘振现象的产生有两个主要原因：风机流量减少，它是喘 振产生的内因；与风机联合工作的管网特性是喘振产生的外界条件。此外，被输 送气体的吸入状态，也是使压缩机产生喘振的因素，一般讲，吸入气体的温度或 压力越低，风机越容易进入喘振区。
ZCJSD
❖ 离心式风机的喘振主要原因除了上述原因之外，与叶轮磨损或粘附物太多、 扩压器腐蚀磨损、叶轮与扩压器之间的间隙变化、过滤阻塞、进气空气温度变化 有关。
P 压 力
喘振工况区
Hale Waihona Puke Baidu
喘
振防
固定转速的特征曲线 设计点
线护
线
稳定工况区
阻塞工况区
流量 Q
ZCJSD
❖ 当流量Q减小到某个值时，气流向着叶片的工作面冲击，在叶片的非工作面 的前缘部分，产生很大的局部扩压度，于是在叶片非工作面上出现了气流边界层 分离现象并形成漩涡区，并向叶轮出口处逐渐扩大，气量越小，则分离现象越严 重，气流的分离区域也就越大。当流量减少到一定程度，由于叶轮的连续旋转和 气流的连续性，使这种边界层分离现象将扩大到整个流道，而且由于气流分离沿 着叶轮旋转的反方向扩展，从而使叶道中形成气流涡旋，再从叶轮外圆折回到叶 轮内圆，此现象称为旋转脱离。
空气悬浮离心鼓风机节能分析
ZCJSD
节能分析
1、风机类型 容积型罗茨风机和速度型离心风机
2、轴承种类 滚动轴承、滑动轴承、磁悬浮轴承、动压空气轴承
3、电机的选择 普通鼠笼电机、高速感应电机、永磁同步电机
4、控制模式 支管放空、导叶调节、速度调节
5、传动方式 变频和调速
空气悬浮鼓风机
ZCJSD
节能分析—风机类型