徐建宇

摘要：由風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載節(jié)能，來闡述變頻器是控制風(fēng)機(jī)、水泵實(shí)現(xiàn)節(jié)能最佳方式，對(duì)提高自動(dòng)化程度，減少人為因素的影響進(jìn)行較詳細(xì)分析，通過實(shí)例計(jì)算來證明在理論上是正確的，雖然初期一次性投資比較大，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)上來看在經(jīng)濟(jì)上是值的。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)；水泵；節(jié)能；功率因數(shù)；變頻器

前言

風(fēng)機(jī)、水泵作為工業(yè)和生活中的通用機(jī)械有應(yīng)用量大、應(yīng)用面廣的特點(diǎn)，其配套電機(jī)量也是巨大的，有資料統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)、水泵的耗電量占全國(guó)總發(fā)電量的20%以上，由于容量和工藝原因，大多數(shù)的風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載存在著不同程度上的電能浪費(fèi)，在提倡節(jié)約能源的今天，減少浪費(fèi)，節(jié)能問題的研究也迫在眉睫，變頻控制是目前最好方法。

1.風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載節(jié)能原理

傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)、水泵流量的設(shè)計(jì)均以最大需求來設(shè)計(jì)，其調(diào)整方式采用擋板、風(fēng)門、回流、起停電機(jī)等方式控制，無法形成閉環(huán)回路控制，也較不考慮省電的觀念，但實(shí)際使用中流量隨著各種因素而變化，往往比最大流量小的多，要減少流量時(shí)，通常情況下只能調(diào)節(jié)檔板和閥門的開度，閥門控制法的實(shí)質(zhì)是通過改變管網(wǎng)阻力大小來改變流量，而這種控制方式當(dāng)所需流量減小時(shí)，壓力反而會(huì)增加，故軸功率的降低有限，此時(shí)，過剩的風(fēng)機(jī)、水泵功率將導(dǎo)致壓力增加造成很大的能量損耗。

由流體力學(xué)原理可知：流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，如果水泵效率一定，當(dāng)流量下降時(shí)轉(zhuǎn)速成比例下降，而此時(shí)對(duì)軸輸出功率p成立方關(guān)系下降；風(fēng)機(jī)、水泵變頻節(jié)能控制可在保持閥門、擋板開度不變的前提下，通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，其實(shí)質(zhì)是通過減少流體動(dòng)力來節(jié)電。這種控制方式可從根本上消除風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備，由于選型或負(fù)荷變化普遍存在的“大馬拉小車”的動(dòng)力浪費(fèi)現(xiàn)象，消除了擋板截流阻力，使風(fēng)機(jī)、水泵始終運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)。

2.風(fēng)機(jī)、水泵變頻控制特點(diǎn)

2.1異步電動(dòng)機(jī)原理n=60f/p（1-s），可知變頻調(diào)速是風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速最佳方法，風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)直接啟動(dòng)或Y/D啟動(dòng)，啟動(dòng)電流為其額定電流的4～7倍；這樣會(huì)對(duì)電機(jī)設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。

2.2使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命，改善設(shè)備運(yùn)行狀況、降低機(jī)械磨損及維修、維護(hù)人員費(fèi)用支用。

2.3水泵變頻使電機(jī)在起動(dòng)、停止、運(yùn)轉(zhuǎn)過程中均無沖擊電網(wǎng)電流，還可以最大限度地提高電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率，減少無功損耗及補(bǔ)償容量，減少電機(jī)的噪聲、溫升、震動(dòng)和從電網(wǎng)吸收電能。

2.4無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，由公式P=S×COSφ，可知COSφ越大有功功率P越大，普通水泵電機(jī)的功率因數(shù)在0.6～0.7之間，使用變頻裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，COSφ≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

2.5圖1為水泵用閥門控制時(shí)，當(dāng)流量要求從Q1減小到Q2，必須關(guān)小閥門，這時(shí)閥門的磨擦阻力變大，管路曲線從R移到R′，揚(yáng)程則從Ha上升到Hb，運(yùn)行工況點(diǎn)從a點(diǎn)移到b點(diǎn)。

2.6圖2為調(diào)速控制時(shí)，當(dāng)流量要求從Q1減小到Q2，由于阻力曲線R不變，泵的特性取決于轉(zhuǎn)速，如果把速度從n降到n′，性能曲線由（Q-H）變?yōu)椋≦-H）′，運(yùn)行工況點(diǎn)則從a點(diǎn)移到c點(diǎn)，揚(yáng)程從Ha下降到Hc。

2.7根據(jù)離心泵的特性曲線公式兩者之差為：ΔN=Nb-Nc=R×Q2×（Hb-Hc）/102η，也就是說，用閥門控制流量時(shí)，有ΔN功率被損耗浪費(fèi)掉了，且隨著閥門不斷關(guān)小，這個(gè)損耗還要增加，用轉(zhuǎn)速控制時(shí)，原來消耗在閥門的功率就可以全避免，取得良好的節(jié)能效果。

3.水泵的工作點(diǎn)（流量、揚(yáng)程、功率損耗）與轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖表如下

（效率不變、轉(zhuǎn)速變化曲線）

4.電機(jī)效率隨轉(zhuǎn)速變化舉例

5.變頻效率隨轉(zhuǎn)速變化舉例

6.以5臺(tái)空調(diào)二次泵（4用1備，每臺(tái)水泵參數(shù)為1200T/H，48M）為例

7.采用變頻控制裝置運(yùn)行費(fèi)用

Total power consumption KWH6784.63

Totao power consumption per year KWH1221233

以上數(shù)據(jù)是按照一年運(yùn)行6個(gè)月，每月30天，每天24小時(shí)

運(yùn)行一年耗能：每年節(jié)省電：1941201-1221233=719968KWH節(jié)省百分比：719968/1941201=37%按每度電一元算，共節(jié)省719968元/年。

8.風(fēng)機(jī)節(jié)能效果計(jì)算

8.1風(fēng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能效果計(jì)算比較簡(jiǎn)單，由于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)一般不存在反壓，所以風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行時(shí)消耗的電功率，可以直接用比例定律求得，注意使用工頻運(yùn)行電功率應(yīng)為采用風(fēng)門調(diào)節(jié)時(shí)風(fēng)機(jī)實(shí)際消耗的電功率，而不是電動(dòng)的額定電功率，而轉(zhuǎn)速也應(yīng)為中心調(diào)節(jié)頻率（轉(zhuǎn)速），而不是最低（頻率）轉(zhuǎn)速。

8.2根椐風(fēng)門開度數(shù)據(jù)測(cè)算出準(zhǔn)確的風(fēng)量數(shù)據(jù)，才能準(zhǔn)確算出節(jié)電率來，最準(zhǔn)確的是根椐各種工況下的風(fēng)量、風(fēng)壓和電動(dòng)機(jī)電流數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算；其次是根椐風(fēng)機(jī)的特性曲線以及風(fēng)門開度和電流數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，風(fēng)門開度決定節(jié)電率，而電動(dòng)機(jī)電流的大小則決定節(jié)電量，風(fēng)門開度的準(zhǔn)確性是致關(guān)重要的，其次就是風(fēng)量的計(jì)算龍為關(guān)鍵，它對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響可謂：“失之毫厘，差以千里”！所以，風(fēng)量的計(jì)算一定要慎之又慎！

8.3例某電站鍋爐為75t/h循環(huán)流化床鍋爐，其送風(fēng)機(jī)（一次風(fēng)機(jī)）為離心式風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)余量較大，在滿負(fù)荷時(shí)入口風(fēng)門開度僅為70%（出口風(fēng)門全開），每天運(yùn)行時(shí)間為8h；80%負(fù)荷時(shí)風(fēng)門開度為55%，每天運(yùn)行進(jìn)間為10h；60%負(fù)荷時(shí)風(fēng)門開度為45%（低于44%開度時(shí)風(fēng)壓報(bào)警），每天運(yùn)行時(shí)間為6h，試計(jì)算變頻調(diào)速節(jié)能改造后的節(jié)能的效果。

注：風(fēng)機(jī)采用變頻器調(diào)速時(shí)，風(fēng)門全開，全速運(yùn)行時(shí)輸出額定風(fēng)壓22000pa，根椐比例定律，為保證最低風(fēng)壓10000pa時(shí)的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的67.49%，為了留有風(fēng)壓余量，最低轉(zhuǎn)速取額定轉(zhuǎn)速的70%（1036r/min），變頻器的最低輸出頻率為35HZ。

9.結(jié)論

理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行有一定差距，這是正常的，雖然變頻調(diào)速在節(jié)能效果明顯，但是宣傳應(yīng)實(shí)事求是，不能隨意夸大節(jié)能效果，以免誤導(dǎo)和欺騙用戶。

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