朱风春，等：离心风机节能改造最佳途径的探讨 中图分类号：ＴＱ１７２．６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００７－０３８９（２０１１）０６－４２－０３ 离心风机节能改造最佳途径的探讨 朱凤春 ，张旭升 （１．冀东发展集团有限责任公司装备研发中心，河北唐山０６４０３１；２．太原理工大学现代科技学院材料科学与工程系，山西太原０３００２１） 摘要：以离心风机为例，介绍了其风量的二种调节方法（阀门调节和转速调节），并比较节电效果，显然转速调节（尤其是其中 的变频器调速法）节电效果更优。在此基础上，进行了风机最佳节能方案的探讨，并配有改造实例的简要介绍与分析。 关键词：离心风机；节能改造；阀门调节；转速调节；变频器 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｓａｖｉｎｇ－ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｗａｙｓ ｏｆ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｆａｎ Ｚｈｕ Ｆｅｎｇｃｈｕｎ ，Ｚｈａｎｇ Ｘｕｓｈｅｎｇ （１．Ｊｉｄｏｎｇ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔａｎｇｓｈａｎ，Ｈｅｂｅｉ，０６３０００） Ａｂａｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｗｏ ａｉｒ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ——Ｖａｌｖｅ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｐｅｅｄ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｆａｎ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎ— ｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ，ａｎｄ ｉｔ ｗａｓ ｏｂｖｉｏｕｓ ｔｈａｔ Ｓｐｅｅｄ Ｒｅｇｕｌａ【ｉ０ｎ（ｅｓｐｅｃａｉｌ１ｙ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ—ｒｅｇｕｌａｔｅ ｏｆ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ．Ｏｎ ｔｈａｔ ｂａｓｅ，ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｓａｖｉｎｇ－ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｗａｙｓ ｏｆ ｆａｎ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｂｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅａｌ ｒｅｆｏｒｍ ｅｘａｍｐｌｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｆａｎ；ｓａｖｉｎｇ－ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；Ｖａｌｖｅ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ；Ｓｐｅｅｄ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ０前言 图ｌ中，风机在额定转速运行时其压力性能曲 线为Ｐ，效率曲线为Ｅ，内部功率曲线为Ⅳ，调节阀全 在水泥生产各个环节中，风机的节能改造效果 开时管路阻力曲线为Ｒ。；此时风机工作于 点，其 显得尤为突出。因工艺需要或因设计选型参数与实 风量为ｄ，风压为厂，风机消耗的内部功率为：Ｎｏ＝ 际运行参数的差异，导致风机在运行时需要进行风 当减小阀门开度，风量降至ｃ，管路阻力加大， 量调节。以离心风机为例，其风量的调节手段主要 阻力曲线变陡（图１中Ｒ。），此时风机工作于 。点，风 有阀门调节和转速调节二类。目前，冀东发展集团 压增至ｅ，风机消耗的内部功率为：Ⅳｌ＝ｃ・ｅ。由图１ 公司采取的风机节能降耗措施主要是加装变频器。 中内部功率曲线Ⅳ可见，此时风机的内部功率消耗 就内蒙古公司、唐山分公司二分厂等已经运行的窑 会略有降低，即Ｎ ＜Ｎｏ。 尾高温风机、窑头收尘风机节能改造项目看，加装变 １．２风量的转速调节 频器后节电率可达２８％～５５％，节电效果显著。下面 风机风量采用转速调节时，则其压力性能曲线 就离心风机的两种调节风量的方式进行能效分析， 和内部功率消耗曲线也发生了变化，见图２。期中 并进行风机节能途径的初步探讨。 风机压力曲线变为 ，管路阻力曲线仍为尺。。此时 １风量的阀门调节和转速调节 风机工作于 点，风量仍然为ｃ，但风压降为ｇ，风机 消耗的内部功率为： ＝ｃ・ｇ。 １．１风量的阀门调节 比较图１和图２，可以明显看出两种风量调节方 风量的阀门调节即是在管路上加装风量调节 式的能量消耗存在差异【ＡＮ＝Ｎ。一Ｎ２＝ｃ・ｅ—ｃ・ｇ＝ 阀，阀门调节前后风机的工作点变化见图１。 ｃ（ｅ—ｇ）］。因此，转速调节方式更节能。 Ｐ，Ｅ，Ｒ Ｎ，ｐ，Ｅ，Ｒ ０ ｃ ｄ Ｑ ０ ｃ ｄ Ｑ 图１风管路上加装流量调节阀时风机的工作点和功率消耗 图２风机转速变化之后的工作点和功率消耗 一４２一 永淀工疆 朱凤春，等：离心风机节能改造最佳途径的探讨 另从风机相似原理可知，风机转速下调为原来 的９０％，如果管路阻力曲线保持不变（即管路上的各 ３风机的最佳节能方案的探讨 个风量调节挡板开度保持不变），其风量相应也降为 原来的９０％，风压下降至原来的８１％，内部消耗功率 下降为原来的７２．９％，而阀门调节法的节能效果要 差很多。 ２转速调节方法及其效果 ３．１风机工作点的选定原则 风机制造商在供应风机的同时，一般同时提供 了与该风机对应的风机性能曲线图。该性能曲线图 应包括压力性能曲线、轴功率（或内部消耗功率）曲 线和效率曲线，如图４所示。图４中风机的最高压力 点为Ｋ点，风机工作区一般应选择在最高压力的 ０．９５倍以下。另外，风机工作点的选择必须考虑风 风机风量的转速调节方法有多种，具体又可归 纳为改变电机转速（如电机转子串联调速电阻、电磁 机运行的效率，以保证能在同样风量的条件下功率 调速、滑差调速、变频器调速等）和在风机与电机之 消耗最小。风机效率曲线Ｅ的最高效率为Ｅｍａｘ，风 机工作区应当选在最高效率点左右，一般风机工作 间加装液力耦合器这二类。 （１）在风机电机上连接调速电阻。这一方法的 风机电机必须是绕线式电机，操作时将一系列不同 阻值的电阻连接到风机电机的控制柜上，切换不同 速和风机风量。此法由于调速电阻在风机较低转速 时电能消耗过大，只有在早期的风机调速上采用，现 已完全停止使用。另外，电磁调速、滑差调速也因为 调速范围和效率问题，现已基本停止采用。 （２）液力耦合器调速。如果忽略液力耦合器的 效率不低于０．８５ Ｅｍａｘ。因此，风机的工作点一般应 当选择在图４所示的 、￡两点之间，对应的风量为 ａ、ｂ。风机工作点落在此区间，则风机运行可以获得 的电阻与电机转子相连接，即可得到不同的电机转 较高效率并能实现稳定运转。 机械损失和容积损失等，液力耦合器的调速效率等 于调速比。当液力耦合器工作时的转速比（ｎ／ｎ。）越 小，其调速效率 。就越低，这是液力耦合器的一 个重要工作特性，见图３。其中，ｎｏ及 分别表示额 定风量时的风机转速和功率。但实际上液力耦合器 的冷却水系统和油泵系统等辅助设备以及液力耦合 ｏ ａ ｂ Ｑ 器的机械损失和容积损失均要消耗一定的功率，一 般为额定传递功率的３％～４％。 图４风机设计选型时工作点的选择 ／ ／ Ｅｖ ／ 薹ｏ‘ ／ 篓。一６ ／ 剥 ／ 器０．４ ／ ／ ０・２ ／ ／ ０ ／－、 、 １・０ ３．２风机变频节能改造实例 对风机实施变频节能改造，可以获得非常好的 节能效益，冀东发展集团几家公司的改造运行情况 见表１。显然，加装变频器改造后，风机实际运行消 耗功率大大低于装机功率。 ３．３风机的设计选型一定要合理 风机的设计选型合理，是实现其高效低耗运行 之关键。即在工艺设计阶段风机选型时，就要尽可 能准确把握住系统所需风量和风压（极端工况的风 ０．２ ０．４ ０．６ ０．８ １．Ｏ 量、风压需求不应考虑在风机选型因素之内），尤其 转速比（ｎ／ｎ。） 图３调速型液力耦合器的效率 是系统压损的选择；应尽可能借鉴现有工程实例，适 当选择风机的备用余量，避免风机选型过大造成风 机运行时大幅度下调转速，从而导致风机运行在过 （３）变频器调速。因变频器的内部消耗小（一 般小于５％），所以风机转速采用变频器调节时可以 取得更好的节能效果。 低的效率区内。此外准确选择风机的运行参数，也 有助于降低变频器的配置功率和投资。 求淀工程 ——４３—— 朱凤春，等：离心风机节能改造最佳途径的探讨 表１冀东发展集团几家公司风机加装变频器的改造运行情况 因为如果通风系统管路阻力曲线为图４中 曲 线，则风机在其额定风量运行时工作点应在 点， 注意：风机相对效率是假设风机在额定风量运 行时，其全压效率在理想的效率范围内，风机降低转 风机理论消耗功率与实际消耗功率之比。由于加装 变频器后，实测的功耗已经包含了变频器自身的损 此点位于效率较高的工作区内。当风机下调转速 速运行时，根据相似理论和风机额定功率计算出的 时，其压力性能曲线和内部功率消耗曲线都会发生 变化（在同一张图内，即刻度不变时，曲线会下降）， 而其效率曲线则不随风机转速的变化而发生变化， 耗（约为额定功率的５％），因此计算风机相对效率时 系统管路阻力曲线也不发生变化，见图５。假定风 应将此剔除；另外，风机在带液力耦合器运行时，即 液力耦合器的内部功耗也大 机正常运行时电机输人电源的频率是５０Ｈｚ，加装变 使在额定转速下运行，频器后输出电源的频率（即电机输入电源的频率）降 为２８Ｈｚ，则风机转速大致应当下降至额定转速的 ５６％，风量也大致下降至额定风量的５６％，此时风机 于变频器的内部功耗，所以近似计算时也不计入液 力耦合器的内部功耗。 ３．４风机节能方案的讨论 工作点 点将移到图５中的位置。显然，此时风机 工作点处在很低的效率区域（图示效率曲线只是一 个示意图）。 Ｐ，Ｅ，Ｒ （１）对工艺系统要求经常调整风量的风机，在 工艺设计时就必须同时考虑加装变频器方案，以保 证风机的节电效果；而对没有必要频繁调节风量的 风机，可不必加装变频器，这样既可以降低设备投 资，同时也节省了变频器本身的电力消耗。 （２）对于已经投人运行的风机，应进行风机工 况标定，尔后决定最佳改造方案。如果风机实际运 行时的风量较其额定风量差异过大，且该风机实际 运行时不需频繁调节风量。此种情况下的最佳改造 方案是直接更换一台风量、风压参数与实际工况完 全一致或接近的风机，即可使风机工作在高效率区， 从而降低风机的电耗。如果标定确认的实际运行上 按风机相似理论，风机此时的内部功率消耗应 限风量与风机额定风量差异不大，且该风机工艺系 该为额定运行功率的Ｏ．５６。倍，由于风机全压效率和 统要求需经常改变或调节风量时，最佳改造方案就 机械传动效率基本不变，所以可以认为风机的轴功 是直接加装变频器。如果标定确认实际运行上限风 率基本上也是按此规律变化，即： ７１０×Ｏ．５６。÷１１５：１０８ ｋＷ，风机的相对效率： ．量与风机额定风量差异很大，同时又须经常改变或 调节风量时，则应按标定的实际上限风量风压选择 一１０８／３２５＝３３％（闻喜公司窑头收尘风机）；对于唐县 台新的风机，使其工作在高效率区内，并同时要加 公司窑尾高温风机，正常运行时的电源频率为 ３０ Ｈｚ，其轴功率应为额定运行功率的０．６３ 倍，即： ２ ８００×０．６。÷１１５：５２６ ｋＷ，风机的相对效率叼 ．装变频器。 （３）应选择质量优的风机。实际使用情况表 明，国产风机（包括国际品牌，国内生产）的效率高低 差异较大（可达到１０％以上）。因此在风机采购时， 应采购经过实践证明制作质量和风机效率均为上乘 ５２６／９３０＝５７％；对于内蒙古公司二线窑头收尘风机， 正常运行时的电源频率为３６ Ｈｚ，其轴功率应为： １ １２０×０．７２。÷１１５：３６４ ｋＷ，风机的相对效率叼 ．的生产厂商，以降低风机消耗。 （４）风机加装变频器后，如无特殊需要，应将风 （下转第４９页） ３６４／３７９＝９６％。由此可见，风机大幅度下调转速后， 可能会使风机工作在较低效率区内。 一４４一 工疆 （５）将活动端、固定端摇臂轴 ￣８００Ｈ７（ ？ 一 … … 承盖分别按图纸要求组装在摇臂 ｆ 丁—＿Ｌ 甲 ＼ ｒ厂 轴承座上，并点焊牢固，见图３。 ｌ ／１ ∥ 止‘ 、－ １］ 厂一 一］ （６）按轴承盖所钻８一 ５２孔 ／１ １ 的位置，钻出底座上８－Ｍ４８底孔， 按啭轴承整／ 兮 一ｌ 、 一／ 一 匝 配镗４一 ４０销孔。 Ｐ （７）配销后将上盖拆下，攻 褰辊止定 ／ ／ 薹 出８－Ｍ４８螺孔达图纸要求后再把 厂 上盖组装到摇臂轴承座上。 （８）按热处理后划线所定基 ＼０口 准划出两轴承位中心线、内孔及 ５００￣Ｏ￣ ．端面加工线以及图纸中其它部位 条 ｒ一１ 囤 ｌ Ｂ ｔ——一 加工线。 、 ＼ —ｊ一： ｌ・－［。一 器 ０：（９）按工件基准及各部位的 Ｉ．ｌｌ０。 （翌 ０ 一 找正线及加工线找正，镗削摇臂 轴承位内孔及端面、立臂其余各 ＿－ ｉ Ｉ ＤＩ 图２焊接完摇臂轴承座及磨辊止定器底座 孔及端面达图纸要求。 （１０）划、钻摇臂轴承座（盖） ｍ 端面螺孑Ｌ、销孔及其余各孔。 （１１）钳工将摇臂轴承盖与摇 臂轴承座打好配对标记，至此立 ［ 一ｊ ［：Ｉ 臂加工完成。 （ — １ ｌ一 ４结语 在制定此类大型铸钢件（特 别是辊磨机立臂）机加工工艺时， 厂 必须围绕着工件的基准面、兼顾 ＼ 与其组装的零部件、考虑焊接及 加工过程的变形等方面来确定零 件的加工余量及加工工序。辊磨 ｒ一１ ｊ固蠢 ８ 丑 一 机立臂按照上述工序加工完成 Ｌ ㈨ ： 后，保证了各部位的尺寸精度及 位置精度，进而保证了整个支撑 图３组装好摇臂轴承座上盖 装置的安装精度，使辊磨机平稳 运转。 铣摇臂轴承座上平面止口至图纸要求。 （编辑：刘翠荣）（收稿日期：２０１１—０３—１３） （上接第４４页） 机人口风量调节阀拆除，并要严格执行工艺系统操 建工学院机械系建材机械专业（硕士）。曾先后承担启新水 作制度，尽可能通过调整风机转速来调节风量，并保 泥厂设备管理，冀东水泥设备管理和新线建设工作；现担任 持相关风量调节阀在尽可能大的开度，以降低系统 冀东发展集团装备研发中心主任，技术开发中心主任和唐山 阻力，进而降低系统电耗。 冀东水泥有限公司副总工程师。 ｆ编辑：沈新）（收稿日期：２０１１—０５－２１） 【第一作者简介】朱凤春，正高级工程师，１９８２年毕业于辽宁 求淀工 —．４９—．
