高压电动机节能方案

变频调速技术改造可行性方案

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二O—五年一月

第一部分节能计算性分析

声明：

A、节能计算是一个很复杂的过程，需要大量各个工作点的数据。如各个负荷下的运行小时数、电流，检测工作点的流量、压力（扬程）及风机的额定压力、轴功率、效率等。

B、在本次以贵公司提供数据采集，同时，采集的数据是某一时间段的数据，并不能代替全年的平均状况，运行工况的波动也会使计算出现误差。

C、本次节能计算是以贵公司提供的数据为基础，节能计算方法采用中国电力出版社出版的徐甫荣的《高压变频调速技术工程实践》一书中的计算方法。

1.概述

风机在实际应用中数量众多，分布面极广，耗电量巨大。据有关部门的统计，全国风机、水泵电动机装机总容量约 40000MW V耗电量约占全国电力消耗总量的 40%左右。目前，靠节流调节变负荷运行的定速风机还有很大的节电潜力，其潜力挖掘的焦点是提高风机的运行效率。

一般来讲，风机基本上都采用定速驱动。这种定速驱动的风机，如果需要调节服务点的压力或流量，只好采用节流阀或风门调节流量，这样就存在严重的节流损耗。尤其在变负荷运行时，由于风机的运行偏离高效点，使运行效率降低。调查表明：我国风机运行效率低于70%的占一半以上，低于50%的占1/5左右，有的甚至不到30%，结果是白白地浪费掉大量的电能，已经到了非改不可的地步。

风机是工业过程工艺系统中的重要辅助设备，但实际运行效率并不高，其主要原因是风机的调整性能差，设计选型误差和变负荷工艺要求使运行点远离风机的最高效率点。如由于在设计过程中，很难准确地计算出管网的阻力，我国现行的某些设计规程规定风机风量裕度为 5%〜10%，风压裕度为10%〜15%。设计人员考虑到长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总是把系统的最大风量和风压富裕量作为选择风机型号的设计值。但风机的型号和系列是有限的，往往

在选用不到合适的风机型号时，只好往大机号上靠。这样，风机的风量和风压富

裕度达20%〜30%是比较常见的。很大一部分是因风机的型号与管网系统的参数不匹配及调节方式不当而被调节机构消耗掉的。因此，改进风机的调节方式是提高风机效率，降低风机耗电量的最有效途径。

2.风机拖动系统的运行特点

风机系统传统的调节方式是调节入口或出口的挡板阀门开度，以此来调节流量和压力，是一种经济效益差、能耗大、设备损坏严重、维修难度大、运行费用高的落后办法。主要存在以下问题：

（1）采用挡板阀门调节时，大量的能量损耗在挡板阀门的截流过程中。对风

机而言，最有效的节能措施是采用调速来调节流量。由于风机大都为平方转矩负载，轴功率则与转速大致成立方关系，所以当风机转速下降时，消耗的功率大大下降。图2-10表示了风机采用各种调节方法时消耗功率与风量关系曲线。其中曲

线1为输出端风门控制时电机消耗的功率；曲线2为输入端风门控制时电机消耗的功率线；曲线3为转差调速控制（采用滑差电机，液力耦合器）时电动机消耗的功率；曲线4为变频调速控制时电动机消耗的功率；最下面一条曲线为调速控制时风机实际所需轴功率（即电机轴输出功率）。可见，在众多的调节方式中，节能效果最好的是变频调速。

（2）介质对挡板阀门和管道冲击较大，设备损坏严重。

（3）挡板阀门动作迟缓，手动时人员不易操作，而且操作不当会造成风机震

动。挡板阀门执行机构一般为大力矩的电动执行器，故障较多，不能适应长期频

繁调节，调节线性度差，构成闭环自动控制较难，且动态性能不理想。

（4）异步电动机在直接起动时起动电流一般达到电机额定电流的 6〜8倍，对电网冲击较大，也会引起电机发热，强大的冲击转矩对电机和风机的机械寿命存在很多不利的影响。

总之，风机采用变频调速改造后，不仅节约了大量电能，由于对电机实现真正的软启动，对电机、风机、风门、高压开关等设备以及电网的启动冲击大大减少，它们的使用寿命得以延长，可以大幅度节省这些设备的维护费用。另外，变频器

高精度、宽范围的无级调速功能，不仅可以全面满足流量的动态调节需要，而且变频器属于高度智能化的新型设备，完全可以实现提高生产效率和机组自动化水平的要求。

叶片式风机的负载特性属于平方转矩型，即其轴上需要提供的转矩与转速的二次方成正比。风机水泵在满足流体力学的三个相似条件：几何相似、运动相似

和动力相似的情况下遵循相似定律；对于同一台风机，当输送的流体密度P不

变仅转速改变时，其性能参数的变化遵循比例定律：流量与转速的一次方成正比；扬程（压力）与转速的二次方成正比；轴功率则与转速的三次方成正比。即：

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风机转速变化时，其本身性能曲线的变化可由比例定律作出，如图2-1 所示。因管路阻力曲线不随转速变化而变化，故当转速由 n变至『时，运行工况点将由M点变至M点。

图2-1 转速变化时风机装置运行工况点的变化

（a）风机（当管路静压Pst=O时），

应该注意的是：风机比例定律三大关系式的使用是有条件的，在实际使用中，风机由于受系统参数和运行工况的限制，并不能简单地套用比例定律来计算调速范围和估算节能效果。

当管路阻力曲线的静压等于零时，即P ST=O时，管路阻力曲线是一条通过坐标原点的二次抛物线，它与过 M点的变转速时的相拟抛物线重合，因此， M与M又都是相似工况点，故可用比例定律直接由M点的参数求出M点的参数。对于风机，其管路静压一般为零，故可用相似定律直接求出变速后的参数。

3.风机变频调速节能效果的计算方法

3.1风门开度与风量的关系

风机的风门开度（叶片角度）与风量之间的关系是非线性的，不同类型的风机的风门开度（叶片角度）与风量之间的关系也是不一样的。离心式风机在不同

风门开度时的特性曲线之间的间隔是不均匀的，也就是说其线性度很差；而轴流

式风机在不同叶片角度时的特性曲线之间的间隔是比较均匀的，也就是说其线性