风机和水泵节电技术原理
浅谈风机水泵自控系统变频节能改造
浅谈风机水泵自控系统变频节能改造【摘要】风机水泵自控系统变频节能改造是针对传统系统的能耗高、效率低等问题进行改进的一种技术方案。
本文首先从背景介绍入手，探讨了传统系统存在的问题。
然后介绍了变频节能技术的原理及其在节能改造中的应用。
接着提出了改造方案，并分析了实施效果和技术难点。
实施效果方面，通过数值数据展示了改造后的节能效果。
技术难点方面，重点探讨了在实施过程中可能遇到的挑战和解决方案。
结论部分总结了本文讨论的主要内容，强调了节能效果显著，推广应用前景广阔。
最后指出了该技术的重要性，并展望了未来的发展方向。
【关键词】风机，水泵，自控系统，变频，节能改造，引言，背景介绍，变频节能技术原理，改造方案，实施效果，技术难点，节能效果显著，推广应用前景，总结1. 引言1.1 引言风机水泵自控系统变频节能改造是当前工业领域中的一项重要技术革新，通过引入变频节能技术，可以有效地提高设备的运行效率，降低能耗，实现节能减排的目的。
随着我国工业化进程的加快，能源消耗量逐渐增大，能源资源的紧缺和环境污染等问题也日益突出，因此加强节能减排工作，实现能源的有效利用已成为当前重要的任务。
风机水泵系统在工业生产中广泛应用，传统风机水泵系统运行时常常以全速运行，无法根据实际需求合理调节运行状态，造成能源的浪费。
而通过引入变频技术，可以根据实际负荷需求来调节设备的运行速度，实现精确控制，达到节能减排的效果。
对风机水泵自控系统进行变频节能改造具有重要的实际意义和推广价值。
本文将从背景介绍、变频节能技术原理、改造方案、实施效果和技术难点等方面进行探讨，以期为风机水泵自控系统的节能改造提供一定的参考和借鉴。
部分结束。
2. 正文2.1 背景介绍风机水泵系统在工业生产中广泛应用，其耗电量通常很大，而且运行效率低下。
为了改善系统的运行效率和降低能耗，风机水泵自控系统变频节能改造逐渐成为一种流行的解决方案。
变频节能技术能够根据实际负荷的需求自动调节电机的转速，从而降低系统运行时的能耗。
泵与风机节能技术研究
电厂泵与风机的节能研究摘要：文章对我国火力发电厂目前泵与风机的使用情况（耗能）进行了分析，并且描述了目前我国发电厂泵与风机的节能潜力，提出了泵与风机节能技术改造的方法及国内外的发展趋势。
关键词：火力发电厂泵与风机节能技术改造一、前言能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都极为重要。
在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。
而且，受资金、技术、能源价格等因素的影响，中国能源利用效率比发达国家低很多，只及发达国家的50%左右，90%以上的能源在开采、加工转换、储运和终端利用过程中损失和浪费。
由此可见，对能源的有效利用在我国已经非常迫切。
火电厂是最主要的能源消耗大户，在我国的二次能源结构中，约占74%。
而在火力发电厂中，泵与风机是最主要的耗电设备，加上这些设备存在着"大马拉小车"的现象，同时由于这些设备长期连续运行和经常处于低负荷及变负荷运行状态，运行工况点偏离高效点，运行效率降低，大量的能源在终端利用中被白白地浪费掉。
因此，对电厂泵与风机进行节能研究有着突出重要的意义。
二、我国发电厂泵与风机节能潜力分析火力发电厂中运行的泵与风机种类繁多，数量多，总装机容量大，耗电量大，约占全国火电发电量的6%。
发电厂辅机的经济运行，尤其是大功率的泵与风机的经济运行，直接关系到厂用电率的高低，而厂用电率的高低是影响供电煤耗和发电成本的要素之一。
1.运行方式的分析对大容员单元制机组，有些大力发电厂每台机组配置了三台50％容量的锅炉给水泵，一般在高负荷时两台运行．一台备用。
当机组负荷变化时，通过改变结水泵的运行方式以适应变负荷的要求。
如图所示．M点是主机全负荷时流量点，这时并联运行的两台泵都处于全负荷运行状态a点。
若机组负荷降低至某一负荷(如50%负荷)q v时,则泵的运行方式可能如下：两台泵全速定压运行，节流调节，其并联工作点为b，并联运行的每台泵的工作点为b’；单台泵全速定压运行．节流调节，运行工作点为a；两台泵变速定压运行,变速调节，其并联工作点力c。
节能原理及节能计算
节能原理及计算方法一、节能原理风机和水泵，前者工作介质为液体，均属于流体机械设备。
下面以风机为例说明它们的工作特性。
特别是离心式风机及水泵，工作特性基本相同。
以下就以风机为例说明他们的调速工作原理。
风机的工作特性图如下：风机的工作特性图由上图可以看出，风机工作的位置，即风机的风量是由风机特性曲线（风压特性）和管网特性曲线（风阻特性）决定的，无论是改变风机的特性曲线，或者是改变管网特性曲线，都可以达到改变风量的目的。
图中：风机特性曲线 HA =kQ12K——风机特性系数；管网特性曲线 HA =Hc-λQ12λ——管网特性系数。
（一）工频工作方式工频工作方式是指泵的特性曲线保持不变，而改变管网特性曲线。
通常采取的方式是保持风机的特性曲线不变，即不改变风机的转速，而用调节挡板改变出风口的大小，达到改变风量的目的。
如下图所示：工频工作方式时风机的工作特性图从图中可以看出，风机工作在A点时，风量为Q1，风压为H1。
保持风机的转速不变，用挡板将风量调节为Q2时，风压将上升到H2，风机工作点变为B点。
由于挡板的节流作用，风道的阻力曲线变为OB。
风机工作在A点时，其功率为PA ＝H1×Q1/102；风机工作在B点时，其功率为PB ＝H2×Q2/102。
虽然Q2<Q1，但H3>H1，所以PA与为PB的值变化不大，说明采用工频工作方式时，改变风机的风量，风机的轴功率减小有限。
（二）变频工作方式变频工作方式是指管网特性曲线保持不变，而改变风机的特性曲线。
通常采取的方式是保持管网特性曲线不变，即不改变风机出口的大小，而改变风机的特性曲线，即改变风机的转速，达到改变风量的目的。
如下图所示：风机工作在A点时，其功率为PA ＝H1×Q1/102；风机工作在B点时，其功率为PB ＝H2×Q2/102。
Q 2<Q1，而且 H2>H1，所以PA与为PB的值变化较大，说明采用变工频工作方式时，改变风机的风量，风机的轴功率减小很大，节能效果显著。
风机水泵变频节能原理及适用
风机水泵变频节能原理及适用风机和水泵是工业领域中常用的设备，其能耗在工业生产中占据相当大的比重。
为了降低能耗，提高能源利用效率，节能变频技术逐渐被广泛应用于风机和水泵的驱动系统中。
本文将详细介绍风机和水泵节能变频的原理及其适用范围。
风机和水泵节能变频的原理主要体现在控制电机的输出转速上。
传统的风机和水泵系统通常采用调节阀门或者调节叶片的方式来控制流量，这种方式会导致系统的效率较低，能耗较高。
而节能变频技术则通过调节电机的转速来实现流量的控制，以达到节能的目的。
节能变频控制系统由变频器、传感器和控制器等组成。
变频器是核心设备，它通过改变电源频率来调节电机的转速，从而控制流量。
传感器用于实时监测系统的压力、温度、流量等参数，并将采集到的数据传输给控制器。
控制器根据传感器采集的数据，通过PID调节算法计算出最佳转速，然后将指令传输给变频器，控制风机或者水泵的转速。
风机和水泵节能变频适用于很多领域，包括工业生产、建筑、供暖通风空调等领域。
具体适用范围如下：1.工业生产：在工业生产中，风机和水泵是常见的动力设备。
通过节能变频技术，可以降低风机和水泵的能耗，提高生产效率。
例如，在制造业中，风机和水泵广泛应用于物料输送、通风排烟、冷却循环等环节，节能变频技术可以使系统的能耗减少30%以上。
2.建筑领域：在建筑领域，风机和水泵被广泛应用于通风、空调、给排水等系统。
通过节能变频技术可以有效降低建筑物的能耗，减少能源浪费。
尤其在一些大型建筑物中，如商业中心、大型办公楼、医院等，节能变频技术可以带来可观的节能效果。
3.供暖通风空调系统：节能变频技术在供暖通风空调系统中的应用也十分广泛。
通过控制风机和水泵的转速，可以实现精确的温控和湿控，提高系统的运行效率。
尤其在一些需要频繁调节的场合，如办公室、商场、酒店等，节能变频技术有着显著的节能效果。
总结起来，风机和水泵节能变频技术通过调节电机的转速来实现流量的控制，以达到节能的目的。
风机和泵类产品的节能减排
当地居民生存的一大挑战。
开发SQ Flex可再生能源供水系统。
格兰富绿色能源供水系统（SQFlex以利于安装和使用。
源达到的几乎零运行费用，以及南非的Mafeteng和Durban地区，格兰富的SQ改善。
在定名为SQ 获得A级能效标识的Alpha2热水循环泵格兰富公司的热水循环泵的产量一直为世界第其平均能源【摘 要】为风机和泵类设备的节能减排提供了依据。
【关键词】风机 泵 节能 方法 应用潜力风机与泵是应用广泛的流体机械，全国约有3 2002年国家经贸委节能信息传播中心对鞍钢第三图5 SQFlex可再生能源供水系统使管网阻力曲线由R 1变为R 2，交（H —Q ）n 1曲线于B 点，流量和扬程分别为Q 2和H 2，泵的效率变为ηB 。
如采用调速调节转速由n 1降为 n 2，此时泵的性能曲线变为（H —Q ）n 2，C 点为新的运行工况点，流量和扬程分别为Q 2、H 3，此时泵的效率曲线为ηn2，而泵的额定效率不变，即ηC =ηA ，不是ηB 。
锅炉给水泵调速节能原理如图3。
图3 锅炉给水泵调速节能原理图从图3可得出相对节能量，由于水泵功率P =C ·H ·Q 则为获得流量Q 2，节流调节耗功P 2=C ·H 2·Q 2≈□B H 2O Q 2。
调速调节耗功P 3=C ·H 3·Q 2≈□B H 3O Q 2。
A 则调速对节流调节节能P J = P 2－P 3≈□B H 2O Q 2－□B H 3O Q 2=（H 2－H 3）Q 2=ΔH ·Q 2即节省功率与扬程之差成正比。
按图3定出各点参数关系，即可计算出调速调节对节流调节的节能量。
假定额定工况点A 的流量Q 1与扬程H 1均为100%，Q 2=0.5 Q 1，H 2= 1.2H 1，ηC =ηA ，ηB =0.8ηA ，由于Q ∝n ，H ∝n 2，故n 2=0.5 n 1，H 3= 0.25H 1。
第一章泵与风机的分类及工作原理
Dk
22u
sl
2
（曲1（（.类线二同12，））型类）成风流型系离为压量风数心类系系机式型数数必特通有性风共曲同机P线特PP的QQQQ4p。pQ性sulpDp类Q222。2Qu4Q44型42p反pDsDulu系、22映r2222r22pcuu4uu442数2同222uD42QDb4Db2类2和2222ucDucDc型2uup2类2222r222r2u2通uDuD、型Q23常222且2风3uu数曲22机常k数线共 同k 特性的
(二）几种常用轴流式通风机 1、2K60型通风机 （1）结构特点 （2）技术性能和性能曲线 （3）型号意义
2、2K56型轴流式通风机
三、矿用通风机的反风
（一）反风的意义及要求 1.意义 2.要求 《煤矿安全规程》规定：生产矿井主要通风机必须装 有反风设施，必须能在10min内改变巷道中的风流方向。 当风流方向改变后，主要通风机的供风量，不应小于 正常风量的40%。 反风设施由矿长组织有关部门每季度至少检查一次， 每年应进行1次反风演习。当矿井通风系统有较大变化时， 也应进行1次反风演习。
形状 外壳的截面呈螺旋状。 3.集流器（进风口）
集流器的作用是保证气流平稳地进入叶轮，使叶 轮得到良好的进气条件。常用的是锥弧形的
集流器与叶轮入口部分之间的间隙形式和大小， 对容积损失和流动损失有重要影响。4－72和G4－ 73模型机采用径向间隙
（二）几种常用离心式通风机
1.4－72－11型离心式通风机 （1）结构特点 （2）型号意义 □4—72—11—No.20 B 右90° □——一般用字母表示通风机的用途。“G”表示锅炉用通
（3）功率 单位kW。
①轴功率 N 原动机传给通风机轴上的功率。 ②有效功率 Na 单位时间内气体从通风机获得的能量。
泵与风机分类与工作原理
2.容积式泵与风机的工作原理
（1）往复式
移动产生 容积变化
压出
容容积积变变大小，， 压压力力变变小大
吸入
3.其他类型泵与风机的工作原理 课堂体验
生活中常见的泵与风机
老式风箱
实 验
室
的
通
风
机
彩虹门上池用塘的边风的机离心水泵
压水机
生产中常见的泵与风机 化学车间的加药泵
城城建建热热电电厂厂汽电动动给给水水泵泵
理
3.
工 作
（2）容积式泵与风机 往复式、回转式
原
理
（3）其他类型叶片式泵与风机
作业
空调室外
1.什么是泵与机风风扇机？
打 气
筒
2.常见的泵与风机的分类方式有哪几种？如何 分类？
3.根据本节课桶的内容，我们身边还有哪些泵与 风机？以下图装中的是泵、风机吗？是按何种工 作原理工作的水？发挥你的聪明才智，研究一种 新形式的泵与用风机！
城建热电厂检修中的引风机
小结
1.泵与风机的定义 流体
机械能
泵 低压泵、中压泵、高压泵
2. （1）按产生全压分
泵
泵
风机 通风机、鼓风机、压气机
与
与
风
风
机 的 分
机
（2）按工作原理分（详见第3部分）
的
类
分
及
类 （3）电厂中的任务分 给水泵、凝结水泵、送风机等
工
作
原
（1）叶片式泵与风机 离心式、轴流式、混流式
压
水
器
计算机主板风扇
谢谢大家！
（1）离心式泵与风机的工作原理
你帮父母洗过衣服吗？
你 真
举例说明离心式风机与水泵采用变频调速节能的原理
举例说明离心式风机与水泵采用变频调速节能的原理在各种工业用风机、水泵中，如锅炉鼓、引风机、深井、离心泵等，大部分是额定功率运行，而它们的能耗都与机组的转速有关。
通常在工业生产、产品加工制造业中风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。
风机流量的设计均以最大风量需求来设计，其调整方式采用调节风门、挡板开度的大小、回流、启停电机等方式控制，无法形成闭环控制，也很少考虑省电。
这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。
在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。
从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。
同样，离心式水泵在我国当前的工业生产和人民日常生活中起到很大的作用，水泵使用三相异步电动机进行拖动，水泵流量的设计同样为最大流量，压力的调控方式只能通过控制阀门的大小、电机的启停等方法。
这种人为增加管阻的调节方式虽然满足了生产生活所需的对流量的控制，但是浪费了大量的电能，不是一种经济的运行方式。
电气控制采用直接或Y-△启动，不能改变风机和水泵的转速，无法具有软启动的功能，机械冲击大，传动系统寿命短，震动及噪声大，功率因数较低等是其主要难点。
为解决这些难题，相关科研技术人员根据生产需要对风机和水泵等装置的转速进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况，在满足生产需求的基础上又节约了能源。
所以，变频调速对生产生活具有十分重要的意义，这也就意味着我们有必要了解风机和水泵等装置采用变频调速节能的原理。
为了对变频调速节能原理有更清晰、更深入的理解，我们可以先从变频器的工作原理出发。
变频器电路（见下图）的基本工作原理为：三相交流电源经二极管整流桥输出恒定的直流电压，由六组大功率晶体管组成逆变器，利用其开关功能，由高频脉宽调制（PWM）驱动器按一定规律输出脉冲信号，控制晶体管的基极，使晶体管输出一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形，其幅值为逆变器直流侧电压Vd而宽度则按正弦规律变化，这一组脉冲可以用正弦波来等效，此脉冲电压用来驱动电机运转，通过控制PWM驱动器输出波形的幅值和频率，即可改变晶体管输出波形的频率和电压，达到变频调速的目的。
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第5章 风机和水泵节电技术
（2）通过改变转速使风机容量适应负荷要求
改变转速能改变风机的特性。当风机转速由n1改变为n2时， 风量Q、静压力Hj及轴功率N将按以下关系式变化
Q 1 n1, Q 2 n2
H H jj1 2 n n1 2 2,
3
N N 1 2 n n1 2
式中各符号的下角数字表示从状态1到状态2。
第5章 风机和水泵节电技术
（4）减少或增加叶轮宽度
当原风机的压力能克服管道阻力，只是流量大于（或小于） 实际所需要的流量而又不能采用调速控制时，可以用减少 （或增加）叶轮宽度的办法来满足需要。因为加宽工艺复杂， 有时全部更换叶片，只利用原有的前后盘。
减少或增加叶轮宽度的尺寸，应按流量决定，有下面的近似
第5章 风机和水泵节电技术
这时风机输出的压力是HA，所需
轴功率是
NA
Qn H A
1000
（η为风机效率）
现在如果需要的流量只是 Q n ，
在管道阻力不变的情况下，实际 所需的压力只是HC，应比HA下降。 但是如果电动机转速不变，当流 量为 Q n 时，风机的输出压力反 而要增高到HB。这个压头差值就 是需要通过调节风门、增加管道 阻力，使管道特性由R（I）变成 R（II）来实现的。
第5章 风机和水泵节电技术
如果改用调速电机，则当需要 的流量减小时，电动机的转速 可随着降低，这样消耗的能量 会显著减少。来自右图绘出了风机类机械在不同
转速下的典型输出特性：
Hn1
Hn2
曲线R（I）和R（II）表示由输 送气体管道的阻力所决定的管 路特性曲线。
当机组的转速为n1、管道阻力为 R（I）时，输送的流量Qn由风 机的输出特性H（n1）和管路特 性R（I）的交点A决定。
这时风门上的损耗等于：
第5章 风机和水泵节电技术
这时风门上的损耗等于：
N fm Q n ( H B H C )/ Q n H fm /
如果不采用关小风门的办法，而 是把电动机转速下降到n2，使风 机的输出特性变成H（n2），则 随着风机的输出风量减少，在输 送同样流量的情况下，原来消耗 在风门上的功率Nfm就可以避免。
该实线与管道系统的阻 力曲线R的交点A，即 为工作点。这时每台风 机的流量为Q2/2，静压 力为Hj2。
第5章 风机和水泵节电技术
在进风口安装调节风门，其调节效果虽然不算很好，但比在出 口侧安装调节风门要好得多，目前多用于离心通风机上。
在子午加速轴流通风机上用的导流调节器，类似于轴流通风机 中进口静叶调节结构，其调节效果比离心通风机进口挡板为好。 它是轴流通风机静叶调节的一种最好型式。
改变风机转速，其节电效果最好，尤其是变频调速。
流量
Q 2Q 1(D 2/D 1)2
风压
H 2H 1(D 2/D 1)2
轴功率 N 2N 1(D 2/D 1)4 式中，D1、D2 —— 改造前、后的叶轮直径。
式中各符号的下角标表示改造前、后的量。
第5章 风机和水泵节电技术
改造后电动机的输入功率为 P1N d2t D2/D N 114dt kW
第5章 风机和水泵节电技术
（2）调换小容量叶轮
当风量减少超出20%时，由于叶轮叶片外径切削部分过大， 运转范围变狭，将会使风机效率下降。这时可以采用调换成 小容量的叶轮。
（3）减少多级增压风机叶轮的级数
当叶轮级数为2～3级的场合，可采取切短叶轮叶片的方法 减少风量；而当叶轮级数超过5～6级的场合，可采取抽去叶 轮级数的方法减少风量。要注意：当抽去高压侧级数时，主 要表现为压力降低；当抽去低压侧级数时，则压力和风量均 减小。
该实线与管道系统的阻力曲线 R的交点A，即为工作点。这 时每台风机的流量为Q2，静压 力为Hj2/2。
因为是由性能相同 的两台串联组成
第5章 风机和水泵节电技术
（2）风机并联运行特性 控制风机的并联台数是减小运行风机的轴功率的有效方法。 在不改变管道系统的情况下，将性能如下图中虚线所示的两 台风机并联时，其总静压力如图中实线所示。
（3）风机变频调速节电
风机与水泵负载一样，都是平方转矩负载。因此有关水泵变 频调速节电的内容同样适用于风机。
第5章 风机和水泵节电技术
2．风机叶轮改造节电
（1）切短或加长叶轮叶片
当使用中的风机流量比实际所需要的流量大（或小）而又不 能采用调速控制时，可将原有风机的叶片顶端切去（或加长） 一段。所切去或加长的尺寸，应由流量和直径的关系决定。 当加长或切短的叶片长度不超过原叶轮直径的20%时，风机 相对性能的改变，有下列近似关系式
因此，具有明显的节能效果。据 资料统计，可节电20%～30%。
第5章 风机和水泵节电技术
下图为采用不同调节方法时风机的功耗曲线。其中： ①出口采用风门挡板调节； ②进风口采用风门挡板调节； ③进口采用轴向导流器（用于离心式），进口采用静叶调 节器（用于轴流式）； ④可控硅串激调速，电磁离 合器调速，电机变极调速， 耦合器调速； ⑤变频调速。
关系式
b2
b1
Q2 Q1
式中，b1、b2——改造前、后的叶轮宽度。
第5章 风机和水泵节电技术
3．风机串、并联运行节电计算
风机可以根据实际需要的负荷情况，采取串联或并联运行方 式。串、并联后风机特性曲线将改变。
（1）风机串联运行特性
在不改变管道系统的情况下，将性能如下图中虚线所示的两 台风机串联运行时，总静压力如实线所示。
式
中，
η d
——
电动机效率，一般中小型电动机为
75%～85%，大型电动机为85%～94%，实际值以制造厂提
供的数据为准；
ηt —— 传动装置效率。
改造后的叶轮直径为 D2 D1 Q2/Q1
上述方法，通常在风量减少（或增加）10%～20%时采用， 若超出20%，则采用调换小容量（或大容量）的叶轮为宜。
第5章 风机和水泵节电技术
电力电子与电力传动专业
电气节能技术
第5章 风机和水泵节电技术
第5章风机和水泵节电技术原理
第一节 风机节电技术 风机节电技术主要有以下几种： 1．风机调速节电 （1）风机调速节电的基本原理 风机耗电量与机组转速的三次方成正比。 通常，设备是根据生产中可能出现的最大负荷条件，即最大 流量进行选择的。而实际生产需要的流量往往比设计的最大 流量要小得多。为此常常通过调节风门来控制，结果在风门 上造成很大的节流损耗。