摘 要：根據(jù)風(fēng)機(jī)定律，結(jié)合風(fēng)機(jī)流量、風(fēng)壓、功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，通過(guò)理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量的對(duì)比，分析變頻器應(yīng)用在實(shí)際工程中真實(shí)的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)；風(fēng)機(jī)定律；變頻器

據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)部門中所占比例約為全國(guó)總電力消耗的40%。根據(jù)風(fēng)機(jī)定律，如采用傳統(tǒng)節(jié)流調(diào)控方式運(yùn)行，存在運(yùn)行效率低、電耗高的缺陷，不符合國(guó)家節(jié)能降耗的要求。因此，提高風(fēng)機(jī)負(fù)載的運(yùn)行效率，從而降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行電耗，是設(shè)計(jì)者反復(fù)考慮的問(wèn)題。目前常見(jiàn)的調(diào)控方式主要包括變頻調(diào)控、液力耦合器調(diào)控、內(nèi)饋斬波調(diào)控等，其中最為普遍接受并且效率較高的方式是變頻調(diào)速控制。但變頻調(diào)控方式的實(shí)際效果具體怎樣，各變頻器廠家及設(shè)計(jì)單位各說(shuō)各異。結(jié)合我公司總承包建設(shè)的一臺(tái)40 t/h燃?xì)忮仩t項(xiàng)目的實(shí)地檢測(cè)，最終得出一組數(shù)據(jù)。結(jié)合理論計(jì)算及檢測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證變頻調(diào)速的實(shí)際節(jié)能效果。

一、理論計(jì)算

1.節(jié)流調(diào)節(jié)方式下風(fēng)機(jī)電耗

鍋爐引風(fēng)機(jī)（配套電機(jī)160kW）廠家經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)提供的風(fēng)機(jī)效率曲線圖，分析風(fēng)機(jī)在節(jié)流調(diào)節(jié)方式下的實(shí)際電耗。

引風(fēng)機(jī)性能表及性能曲線如下：

■

通過(guò)上圖可知，風(fēng)機(jī)的最佳運(yùn)行工況點(diǎn)是在全壓P=2815 Pa，流量Q=112375 m3/h，此時(shí)風(fēng)機(jī)的效率是85.3%，所需功率為131.4 KW。風(fēng)機(jī)選配電機(jī)為132 kW。

因此風(fēng)機(jī)風(fēng)量通過(guò)節(jié)流調(diào)節(jié)的工況下，在風(fēng)機(jī)流量的降低過(guò)程中，全壓逐步提高，風(fēng)機(jī)所需功率也在降低，但降低幅度不大。在流量Q=71099 m3/h時(shí)，風(fēng)機(jī)的消耗功率P=98.2 kW。

2.變頻調(diào)速原理

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（n）取決于三個(gè)參數(shù)：供電頻率（f），電機(jī)極數(shù)（P）以及電機(jī)轉(zhuǎn)差率（s）。轉(zhuǎn)速計(jì)算公式如下：

n=60×f×（1-s）/（2P） （公式1）

一臺(tái)已經(jīng)出廠的電機(jī)，其極數(shù)和額定轉(zhuǎn)差率已經(jīng)確定，因此，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速最為方便的方式就是改變供電頻率。采用變頻調(diào)速的原理就是通過(guò)在電機(jī)與電網(wǎng)間串接一臺(tái)變頻器，從而改變電機(jī)的供電頻率，達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的。

例1.鍋爐鼓風(fēng)機(jī)所配的電機(jī)為4極三相異步電機(jī)，額定轉(zhuǎn)差率為2%，求該電機(jī)在額定頻率下的額定轉(zhuǎn)速和電機(jī)在頻率為32 Hz下的轉(zhuǎn)速。

根據(jù)公式1可得：

n0=60×50×（1-2%）/2=1480轉(zhuǎn)/分鐘；

n1=60×32×（1-2%）/2=940轉(zhuǎn)/分鐘。

3.風(fēng)機(jī)定律

風(fēng)機(jī)定律是風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能的理論基礎(chǔ)，其具體表述為“如果風(fēng)機(jī)滿足幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似三個(gè)相似條件，風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中流量、風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速以及功率間滿足以下三個(gè)條件：①風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比；②風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比；③風(fēng)機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比?！?/p>

本工程中，由于鍋爐為微負(fù)壓燃燒，風(fēng)機(jī)出口管道阻力可以忽略不計(jì)。因此風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，風(fēng)機(jī)本身性能曲線的變化可滿足風(fēng)機(jī)定律。

式2：Q1/Q0=（n1/n0）；式3:H1/H0=(n1/n0)2；式4：P1/P0=（n1/n0）3。

n1，n0：n1風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速，n0風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。

Q1，Q0∶Q1風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行風(fēng)量；Q0風(fēng)機(jī)額定流量。

H1，H0∶H1風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行風(fēng)壓；H0風(fēng)機(jī)額定風(fēng)壓。

P1，P0∶P1風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率；Q0風(fēng)機(jī)額定功率。

例2.鍋爐鼓風(fēng)機(jī)所配的電機(jī)為4極三相異步電機(jī)，額定功率為132 kW，在最佳工況點(diǎn)風(fēng)機(jī)所需功率為131.41 kW，求風(fēng)機(jī)在頻率為32 Hz的情況下，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和所需的功率。

根據(jù)公式1~4，風(fēng)機(jī)風(fēng)量和功率計(jì)算如下：

Q1=112375×（940/1480）=71373 m3/h

P1=132×（940/1480）3=33.82 kW

通過(guò)上述計(jì)算可知，兩種調(diào)控方式，在Q≈Q1時(shí)，

P-P1=98.2-33.82=64.38 kW

二、風(fēng)機(jī)的實(shí)際電耗

變頻調(diào)速的風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓都會(huì)發(fā)生改變，風(fēng)機(jī)的效率曲線會(huì)嚴(yán)重偏離，同時(shí)，由于變頻器本體串接在電網(wǎng)和風(fēng)機(jī)之間，變頻器本身的功率消耗也會(huì)疊加到風(fēng)機(jī)的功率消耗中。因此，變頻器調(diào)速的風(fēng)機(jī)功率消耗不可能與理論計(jì)算相同。

同一臺(tái)風(fēng)機(jī)在不同頻率下的實(shí)際測(cè)量電流見(jiàn)下表（測(cè)量位置在變頻器進(jìn)線端）■

注：電機(jī)功率因數(shù)0.87，效率97%。

由上表可知，風(fēng)機(jī)運(yùn)行在32 Hz下，實(shí)際功耗為62.6 kW。實(shí)際功耗低于節(jié)流調(diào)節(jié)控制方式，但高于理論計(jì)算的功耗。

實(shí)際節(jié)電量為：98.2-62.6=35.6 kW。

三、經(jīng)濟(jì)效益分析

目前，風(fēng)機(jī)在32 Hz下長(zhǎng)期運(yùn)行，風(fēng)機(jī)每小時(shí)節(jié)電35.6 kW.H。按全年運(yùn)行6000小時(shí)，電價(jià)按0.6元/kW.H計(jì)算，則全年節(jié)約結(jié)果計(jì)算如下：

35.6×6000×0.6=12.8萬(wàn)元。

變頻器采用國(guó)產(chǎn)品牌，價(jià)格3.2萬(wàn)元，三個(gè)月即可收回成本。

四、結(jié)論

1.風(fēng)機(jī)的功耗在節(jié)流調(diào)節(jié)控制方式下，只是改變了風(fēng)機(jī)的流量，但對(duì)風(fēng)機(jī)的全壓改變不大，因此風(fēng)機(jī)的電耗雖然有所降低，但功耗依然很大，風(fēng)機(jī)運(yùn)行很不經(jīng)濟(jì)。

2.風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)，確實(shí)節(jié)能效果十分明顯，但與理論計(jì)算值差距很大。理論公式不能作為實(shí)際計(jì)算依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］郭立君.泵與風(fēng)機(jī).3版.中國(guó)電力出版社，2004－08.

［2］唐介.電機(jī)與拖動(dòng).2版.高等教育出版社，2010－02.

［3］王廷才.變頻器原理及應(yīng)用.2版.機(jī)械工業(yè)出版社，2005－07.

［4］徐甫榮.風(fēng)機(jī)水泵變頻調(diào)速節(jié)能的分析與計(jì)算.變頻技術(shù)應(yīng)用，2007.

作者簡(jiǎn)介：

崔玉濤（1981年—），男，2005年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)電氣自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)為太原市太原鍋爐集團(tuán)有限公司電氣專業(yè)員工。主要從事小型熱力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試工作。

編輯 溫雪蓮