冷风机节能初步探讨

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一、冷风机的基本特性及调速节能原理：
1、   冷风机的基本参数和特性曲线
（1）、冷风机在工作过程中的基本参数
①、    风量Q表示单位时间流过冷风机的空气量，其单位为m3/s、m3/min、m3/h。
②、    风压H表示当空气流过冷风机时，冷风机给予每m3空气的总能量。它总是由静风压HS和动风压Hd组成，其单位为Pa、MPa等。
H=HS+Hd
③、    轴功率PS为冷风机工作时有效总功率（亦称为空气功率），其单位为KW。
PS=QH/1000
如果冷风机风压是以有效静风压HS表示时，则
PS=QHS/1000
④、    效率ηD冷风机轴上的功率因有部分损失而不能全部传递给空气，它是评价冷风机工作优劣的主要指标之一。
⑤、    电动机功率PM
PM=QH/1000ηCηD
式中，ηC为传动机构的效率，直接传动时ηC=1.0。
⑥、    总效率η
η=ηCηD
（2）、冷风机的工作特性主要由H-Q曲线来表述，H-Q曲线是表示当转速恒定时，风压H与风量Q之间关系的特性
图中，A点为冷风机的运行工作点。HA和QA分别为在A点运行时冷风机的风压和风量。
（3）、管网风阻特性表示当管网的阻力R保持不变时，管网的通风阻力h与风量Q之间的关系特性



通风阻力与风量之间的关系由阻力定律决定：
h=RQ2
式中，h为通风阻力。
2、   冷风机的节电方法及节电原理
（1）、冷风机在工作过程中的功耗
①、    电动机的轴功率；
②、    线路损耗；
③、    控制装置损耗；
④、    机械损耗。
（2）、冷风机的基本节电方法
①、    减少运行时间；
②、    采用高效冷风机和设备（包括冷风机、电机、传动装置、控制装置等）；
③、    减少空气动力，等。
冷风机的具体节电方法见表1
表1 冷风机的节能方法
减少运行时间 电动机的通、断 直接起动、降压起动、转子串电阻起动、变频起动
  传动装置的通、断 液力耦合器、无级变速机
采用商效设备 高效传动装置 连轴器、齿轮、液力连轴器、液粘离合器、无级变速机
  高效电动机 采用高效电机如Y系列电动机等
减少空气动力 风阻控制 调节入口叶片角度、调节入口风门、调节出口风门
  转速控制 变频调速、串级调速、双馈调速、多极电机、液力耦合器、无级变速机

（3）、调节转速的节电原理：采用调节转速控制风量的方法和常用的调节风门方法相比，有着明显的节电效果，其原理如图3所示。
图中，曲线1为冷风机在恒速下的风压风量（H-Q）特性曲线；曲线2为恒速下的功率-风量（PS-Q）特性曲线；曲线3为管网风阻特性（风门全开）。
设冷风机在设计时工作在A点，效率最高，此时输出风量Q为100%，轴功充为PS1，与Q1、H1的乘积成正比，即PS1与AH1OQ1所包围的面积成正比。
当需要调节风量时，例如，所需风量从100%减少到额定风量的50%，即从Q1减少到Q2时，如采用调节风门的方法来调节风量，使管网阻力曲线由曲线3变为曲线4。就是说，减小风门开度增加了管网阻力。此时，系统的工作点由原来的A点移至B点。可以看出，风量虽然降低了，但风压增加了，轴功率PS2与面积BH2OQ2成正比，它与PS1相比，减少不多。
如果采用调节转速来调节风量的方法，冷风机转速由原来的n1降到n2。根据冷风机参数的比例定律，可以画出在转速n2下的风压风量（H-Q）特性曲线5，冷风机工作在C点。可见，在满足同样风量Q2的情况下，风压将大幅度降低到H3，轴功率PS2（与面积CH3OQ2成正比）也明显降低。所节约的功率面积AH1OQ1和CH3OQ2之差成正比。由此可见，用调速的方法来减少风量的经济效益是十分显著的。
由流体力学可知，风量Q与转速n的一次方成正比，风压H与转速n的平方成正比，轴功率PS与转速n的三次方成正比。即
Q∝n
H∝n2
PS∝n3
当所需风量减少，冷风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。如所需风量为额定风量的80%，则转速也下隆为额定转速的80%，而轴功率下降为额定功率的51.2%；当所需风量为额定风量的50%时，轴功率可以下降为额定功率的12.5%。当然转速降低时，效率也会有所降低，同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响。即使如此，这种方法的节电效果也是非常可观的。(公式推算如下:
     Q=KQN(1)   KQ为流量比例常数
     T=T0﹢KTN2 (2)  T0为损耗转矩,可以粗略不计.
     P=TN/9550(3)
  把(1) (2)代入(3)并整理得:
     P=P0﹢KPQ3   P0为损耗功率可以忽略不计则:
     P= KPQ3  则
     P=KPK3QN3
        又N=60f/P×(1-S)   则
     P=KPK3Q［60f/P×(1-S)］3KQ和KP为常数,P为电机极对数也是常数,S为转差率也是常数,故这些常数可以用K表示则
       P=Kf3    故当f改变时P相应改变,f为额定频率(50HZ),fx为改变后的频率则
               PX=(fx/f)3P
          当f=49HZ 功率消耗为P1  则P1=0.941P
          当f=48HZ              则P1=0.885P
          当f=47HZ              则P1=0.831P
          当f=46HZ              则P1=0.779P
          当f=45HZ              则P1=0.729P
         当f=44HZ              则P1=0.681P
         当f=43HZ              则P1=0.636P
         当f=42HZ              则P1=0.593P
当f=41HZ              则P1=0.551P
当f=40HZ              则P1=0.512P
三、冷风机变频调速控制系统的主要优点是：
1、    高效节能。
2、    占地面积小，投入少，效率高。
3、    配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。
4、    运行合理，由于一天内的平均转速下降，轴上的平均扭矩和磨损减小，冷风机的寿命将大为提高。
5、    操作简便，省时省力。
直观的节电效果
an冷风机平均每天运行10个小时，每月按30天计，每度电费按1.0元/度计，实际功率大约120KW：
每天平均耗电量：120KW×10小时=1200度
每月耗电量：1200度/天×每月30天=36000度/月
月平均节电率按33%计算。
每月节约电量：36000度×节电率33%=11880度/月
每月节约电费：11880度×1.0元/度=11880元
投资回收期：63000元÷11880元/月≈5个月

tiger3322

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