节能知识
发布时间：2020-08-15 17:20:16
作者：瑞泽能源
1. 前言
为应对全球变暖和环境污染，节能减排已成为国际上的共识。中国承诺在2020年之前将碳排放量降低40%至45%，国家的第十一个五年计划提出能源消耗的需求要降低20%，所以节约能源势在必行。风机是耗电大户，由于历史的原因，国内的绝大部分风机效率不高，对其进行节能改造是响应国家节能减排政策的很好的措施。本文将对风机的变频节能改造方案进行分析研究，为企业风机节能改造提供一些建设性的意见。
2. 风机采用变频改造的分析
2.1 风机变频原理
随着变频技术的发展，为风机的变频节能改造提供了可能。风机的变频原理就是通过改变风机的工作转速，来改变风机的性能，从而使风机能在相对较高的效率区运行，而达到节约能源的目的。
不同转速时风机的参数变化定律：
其中：Q：风量; H：风压; N：轴功率;下标1和2是不同的转速
从上边的公式可以看出，当转速改变时，风压、风量、轴功率都随转速的变化而变化，即风机的性能曲线改变了，见图1。图中，横坐标代表风量，纵坐标代表风压。当风机的转速从n1变为n3时，风机的工作点也从点1变为点3，从而使风机在低负荷运行时(比如点2)，风机的效率比在转速n1工作时高，从而达到节能的目的。
2.2 风机采用变频改造必须注意的问题
风机变频的确节能，但由于风机都是相对比较大的转速较高的旋转机械，在采用变频改造时必须考虑诸如强度、转子疲劳、轴承润滑、失速等问题，否则会有非常大的安全隐患，下面就这些方面一一分析。
2.2.1 主轴的振动问题
为了避免风机运行时产生共振，设计转子时，其自然频率(或者叫临界转速)必须避开工作转速一定距离，通常考虑一阶临界转速和二阶临界转速。固定转速时，是很容易考虑的设计时只要转子的自然频率避开此区域就行了。但如果进行变频改造，就必须核算不同转速下的临界转速，其值是不一样的，这样在不同的转速下，就必须避开该转速下的谐振区域，或者说转子的设计要使其在不同转速下运行时都不会产生共振，这个计算是比较难的，甚至有些情况下，在不同转速下都不产生共振是不大可能的。
大型工业风机的转子都比较大，如果在进行变频改造时不考虑这个问题，后果是很严重的，轻的风机振动大、转子容易疲劳，重者会发生飞车事故，发生灾难性事故。
2.2.2 轴承的润滑问题
风机采用变频改造时，转速改变后对轴承的的负载、润滑、寿命及检修周期都会有影响，在进行改造前，必须核算变频工况下的轴承的润滑情况。
2.2.3 风机失速控制
风机的性能曲线一般是带有拐点的驼峰曲线，拐点左侧区域都为风机的失速区，风机运行时，必须在拐点右侧的区域运行。如果风机长期在失速区运行，会造成转子疲劳、轴承损坏等问题，具有很大的危险性，所以风机千万不能在失速区工作。
变频时，随着风机转速的变化，失速区域也随着变化，所以需要保证风机在不同转速运行时都不在该转速下的失速区工作，这对操控来说是比较困难的。
2.2.4 变频装置的可靠性
采用变频驱动，变频器的安全性和可靠性是至关重要的，关系到整个机组是否能安全运行，目前国内由于变频故障导致风机不能正常运行的案例不在少数。
另外，变频器的安全稳定性受环境状况的影响较大，影响的主要因素有灰尘、温度和湿度等。一些电厂在这些方面都出现过问题，应引起重视，人为改善变频器的工作环境是变频器稳定运行的主要方法，比如修建空调房等。
2.2.5 合理评估变频的节能效果
前面已经提到，变频只是能提高风机低负荷时的效率，但提高后的效率不可能超过风机在设计点的效率，即风机的最高效率，如果风机本身的最高效率就不是很高，那么变频后部分负荷的效率是相对有所提高，但此时风机的效率依然不高(相对于其他风机)。
另外，变频改造时，需要考虑变频器空调房等一些辅助设施的费用，包括变频器的维护运行费用.
3. 总结
通过以上分析，风机变频需要注意的事项概括如下：
a) 变频是大型工业风机的节能改造方案的其中一个可行的方案，节能改造效益明显;
b) 风机变频节能改造，在技术上要落实的方面比较多，尤其要核算风机的扭振。
c) 变频只能提高风机工作点的效率，而不能提高风机设备的最高效率。
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