第一讲_风机变频调速节能技术汇总
变频节能技术讲座：第一讲风机变频调速节能技术目录第一节概论1.1. 风机的主要功能和用途1.2. 风机的性能参数1.3. 风机的性能曲线1.4. 风机拖动系统的主要特点1.5. 风机变频调速节能改造的发展和前景第二节风机变频调速节能分析2.1. 风机（水泵）的几何相似，运动相似和动力相似2.2. 叶片式风机（水泵）的相似定律2.3. 如何求出几何相似风机（水泵）之间的相似工况点2.4. 风机变频调速节能改造能效审计参数调查表第三节风机变频调速节能效果的计算方法3.1. 风门开度与风量的关系3.2.调速范围的确定3.3. 节能效果的计算3.4. 轴流式风机的节能计算3.5. 罗茨式风机的节能计算第四节风机变频调速和液力耦合器调速节能比较4.1.液力耦合器的工作原理和主要特性参数4.2.液力耦合器在风机水泵调速中的节能效果4.3.风机变频调速和液力耦合器调速对比计算4.4.液力耦合器调速和变频调速的主要优缺点比较4.5.结论一、概论风机与水泵是用于输送流体（气体和液体）的机械设备。
风机与水泵的作用是把原动机的机械能或其它能源的能量传递给流体，以实现流体的输送。
即流体获得机械能后，除用于克服输送过程中的通流阻力外，还可以实现从低压区输送到高压区，或从低位区输送到高位区。
通常用来输送气体的机械设备称为风机（压缩机），而输送液体的机械设备则称为泵。
1.1 风机的主要功能和用途风机按工作原理的不同，可以分为叶片式（又称叶轮式或透平式）和容积式（又称定排量式）两大类。
叶片式风机又可以分为离心式风机、轴流式风机、混流式风机和横流式风机；容积式风机又可以分为往复式风机和回转式风机，而回转式风机又可用分为罗茨风机和叶氏风机。
风机除按上述工作原理分类外，还常按其产生全压的高低来分类：（1）通风机指在设计条件下，风机产生的额定全压值在98Pa～14700Pa 之间的风机。
在各类风机中，通风机应用最为广泛，如火力发电厂中用的各种风机基本上都是通风机。
（2）鼓风机指气体经风机后的压力升高在14700Pa～196120Pa之间的风机。
（3）压缩机指气体经风机后的压力升高大于196120Pa，或压缩比大于3.5的风机。
（4）风扇指在标准状况下，风机产生的额定全压低于98Pa的风机。
这类风机无机壳，故又称自由风扇。
1.2 风机的性能参数风机的基本性能参数表示风机的基本性能，风机的基本性能参数有流量、全压、轴功率、效率、转速、比转速等6个。
（1）流量以字母Q(q)表示，单位为（升）l/s、m3/s、m3/h 等。
（2）全压风机的全压p表示空气经风机后所获得的机械能。
风机的全压p是指单位体积气体从风机的进口截面1流经叶轮至风机的出口截面2所获得的机械能。
风机全压的计算式为：2211222/)21()21(m N v p v p p ρρ+-+= 风机的全压等于风机的出口全压（出口静压和出口动压之和）减去风机的进口全压（进口静压和进口动压之和）。
（3） 轴功率 由原动机或传动装置传到风机轴上的功率，称为风机的轴功率，用P 表示，单位为kW 。
f r pQ P ηη.=式中：Q---风机风量 （ m 3/s ）；p---风机全压 ( kPa )；r η－传动装置效率；f η－风机效率；d η－电动机效率。
电动机容量选择： d f r pQ P ηηη.=（4） 效率 风机的输出功率（有效功率）Pu 与输入功率（轴功率）P 之比，称为风机的效率或全压效率，以η表示：Pp Q P Pu f .==η （5） 转速 风机的转速指风机轴旋转的速度，即单位时间内风机轴的转数，以n 表示，单位为rpm(r/min)或s -1 （弧度/秒）。
（6） 比转速 风机的比转速以n y 表示，用下式定义：4/3)2.1(54.5p q n n y ρ= 作为性能参数的比转速是按风机最高效率点对应的基本性能参数计算得出的。
对于几何相似的风机，不论其尺寸大小、转速高低，其比转速均是一定的。
因此，比转速也是风机分类的一种准则。
1.3 风机的性能曲线图1所示为300MW火电机组离心式一次风机性能曲线，该风机为进口导叶调节，图中0o 为调节门全开位置，负值为调节门向关闭方向转动的角度；图中虚线为等效率线。
图2所示为300MW火电机组动叶可调轴流式送风机性能曲线，图中虚线为等效率线，0o代表设计安装角，负值为动叶片从设计安装角向关闭方向转动的角度，正值则相反。
图1 离心式风机的性能曲线图2 动叶可调轴流风机的性能曲线图3 静叶可调轴流引风机的性能曲线图4 动叶可调轴流送风机的性能曲线由图1、图2可见，风机性能曲线呈梳状，随着风门（动叶片）开大，风机的出口风量和风压都沿阻力曲线增大，其等效率曲线是一组闭合的椭元。
这一点是与水泵的性能曲线不同的。
图2、图4所示是典型的动叶可调轴流式风机的性能曲线。
由图2可见，动叶可调轴流式风机叶片的安装角可在最小安装角到最大安装角之间从0～100％调节，随着叶片安装角的增大，风机沿阻力曲线方向风量和风压同时增大，反之则同时减小。
100％锅炉负荷（B-MCR）时，叶片开度为70％左右，相对于安装角＋50；100％汽轮机负荷（THB）时，叶片开度为65％左右，相对于安装角00；这两个点应在风机的最高效率区内。
但是在锅炉设计时，由于无法精确计算锅炉风道的阻力曲线（图2中上面一条是双风机运行时的阻力曲线，下面一条则是单风机运行时的阻力曲线），因此所选用的风机性能曲线不能保证B-MCR点和THB点在高效区内，从而就降低了风机的运行效率，有时甚至可达20％～30％！轴流式风机叶片的安装角过大或过小，都会使风机的运行工况点偏离高效点，降低风机的运行效率。
图5 定速轴流风机和离心风机性能曲线重叠为了将两种风机的性能进行比较，图5所示为定速轴流风机和离心风机性能曲线的重叠。
由图5可见，离心式风机的最高效率在进口调节门的最大开度处，等效率线和锅炉阻力曲线接近垂直，效率沿阻力线迅速下降。
能满足TB点（锅炉风机设计点），而100％MCR 点（锅炉满负荷连续运行点）在低效率区，变工况时效率则更低，其平均运行效率比动叶可调的轴流风机要低得多。
如采用转速调节，可将风门开到最大，使风机在高效区运行，而通过改变风机的转速达到控制风量的目的，风机将在很大的范围内维持高效运行，从而达到节能的目的。
而动叶可调的轴流式风机的等效率线与锅炉的阻力曲线接近平行，高效率范围宽，且位置适中，因而调节范围宽。
锅炉设计点（TB ）与最大连续运行工况点（100％MCR ）相比，流量约大15％～25％，压力约高30％～40％。
在满足锅炉设计点条件下，100％MCR 工况点位于高效区，平均运行效率高，单风机运行时可满足锅炉60％～80％负荷。
就运行效率而言，动叶可调的轴流式风机是除变转速调节外的风机最佳调节方式。
如采用转速调节，可将风机的安装角固定在高效区，而通过改变风机的转速达到控制风量的目的，风机将在很大的范围内维持高效运行，从而达到节能的目的，但是由于这时的调速范围小，节能效果也就差。
所以也可以将风机的安装角调到最大，这样虽然会降低一些运行效率，但是却大大增加了调速范围，而风机轴功率的下降是与转速的三次方成正比的，所以功率的降低远大于效率的下降，采用这种运行方式能取得更大的节能效果，详见下面具体工程案例的计算结果。
1.4 风机拖动系统的主要特点叶片式风机水泵的负载特性属于平方转矩型，即其轴上需要提供的转矩与转速的二次方成正比。
风机水泵在满足三个相似条件：几何相似、运动相似和动力相似的情况下遵循相似定律；对于同一台风机（或水泵），当输送的流体密度ρ不变仅转速改变时，其性能参数的变化遵循比例定律：流量与转速的一次方成正比；扬程（压力）与转速的二次方成正比；轴功率则与转速的三次方成正比。
即： ''n n Q Q = ; 2'')(n n H H = 2'')(n n p p = ; 3'')(n n P P = 风机与水泵转速变化时，其本身性能曲线的变化可由比例定律作出，如图4所示。
因管路阻力曲线不随转速变化而变化，故当转速由n 变至n / 时，运行工况点将由M 点变至M /点。
q v PO P-q vP-q'vn n'n>n'M M'H 扬程H STO M M'nn'n>n'q v(a) (b)图6 转速变化时风机（水泵）装置运行工况点的变化（a ）风机（当管路静压Pst=0时） (b) 水泵（当管路静扬程Hst ≠0时），应该注意的是：风机水泵比例定律三大关系式的使用是有条件的，在实际使用中，风机水泵由于受系统参数和运行工况的限制，并不能简单地套用比例定律来计算调速范围和估算节能效果。
当管路阻力曲线的静扬程（或静压）等于零时，即H ST =0（或P ST =0）时，管路阻力曲线是一条通过坐标原点的二次抛物线，它与过M 点的变转速时的相拟抛物线重合，因此，M 与M ＇又都是相似工况点，故可用比例定律直接由M 点的参数求出M ＇点的参数。
对于风机，其管路静压一般为零，故可用相似定律直接求出变速后的参数；而对于水泵，其管路系统的静压一般不为零，故对于每一个工作点，都要经过相似折算后，才能用比例定律的三个公式求出变速后的参数。
1.5 风机变频调速节能改造的发展和前景由于目前绝大部分风机都采用风门挡板调节流量，造成大量的节流损耗，所以风机若采用转速调节，具有巨大的节能潜力。
直到上世纪七十年代，都采用机械调速或滑差电机调速，但这属于低效调速方式，仍有较大的能量损耗，并且驱动功率受到限制；到上世纪八十年代，开始采用液力耦合器调速，并且突破了驱动功率的限制，向大功率方向发展，但它与滑差电机调速一样，属于低效调速方式，仍有较大的能量损耗。
直到上世纪九十年代，随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，变频器很快占领电动机调速市场，并向高压领域发展，使采用高压电动机驱动的风机水泵进行变频调速节能改造成为可能。
进入新世纪以来，国产高压变频器生产企业如雨后春笋般的涌现，并且其质量和可靠性直迫进口产品，且价格低廉，服务周到，因此在很多领域大有取代进口产品的趋势。
风机变频调速节能改造的发展前景一片大好。
二、风机变频调速节能分析2.1. 风机（水泵）的几何相似，运动相似和动力相似两台风机（水泵）若几何相似，就是说它们的形状完全相同，只是大小不同，其中一台风机（水泵）相当于另一台风机（水泵）按一定比例的放大或缩小。
举个形象的例子：两张不同比例尺的中国地图，它是几何相似的，但大小相差一定的倍数。
应该指出的是：本文所说的两台风机（水泵）几何相似，是指通流部分的几何相似，并不是要求两台风机（水泵）之间的外形轮廓也必须几何相似。
《变频调速节能技术》课件
变频调速节能技术的应用领域将不断扩大，不仅 局限于电机控制，还将应用于更多领域的节能减 排。
政策支持
随着全球对节能减排的重视程度不断提高，政府 将加大对变频调速节能技术的政策支持力度，推 动其快速发展。
谢谢
THANKS
变频器主要由整流器、滤波器、逆变器和控制器等部分组成。整流器将输入的交 流电转换为直流电，滤波器对直流电进行平滑滤波，逆变器将平滑后的直流电再 转换为频率可调的交流电，控制器则对整个变频器进行控制和调节。
电机的工作原理
电机是一种将电能转换为机械能的装置，其转速与输入电源 的频率成正比。通过改变电机的输入电源频率，可以方便地 调节电机的转速。
电梯系统的变频调速节能
总结词
通过优化电梯电机的运行速度曲线，提高运行效率和节能效果。
详细描述
电梯系统中的电机需要频繁启动和停止，采用变频调速技术可以根据乘客需求和电梯运行状态，动态调整电机运 行速度，减少不必要的能耗，同时提高电梯的运行效率和舒适度。
工业电动机的变频调速节能
总结词
通过精确控制工业电动机的运行速度，降低能源消耗和生产成本。
《变频调速节能技术》PPT课 件
目录
CONTENTS
• 变频调速节能技术概述 • 变频调速节能技术的工作原理 • 变频调速节能技术的应用实例 • 变频调速节能技术的未来发展 • 结论
01 变频调速节能技术概述
CHAPTER
变频调速节能技术的定义与原理
定义
变频调速节能技术是一种通过改变电 机输入电源的频率，从而改变电机转 速，实现设备运行速度调节的技术。
原理
基于电机学中的基本定律，电机的转 速与电源频率成正比，通过改变电源 频率，可以平滑地调节电机转速，实 现设备的无级调速。
浅谈变频调速技术在风机、泵类中的节能应用
频器 ）易操 作 、免 维护 、控制精 度 高 ，并 可 以实 现高 功能化 等特点 ，采用 变频 器驱动 的方案 开始 逐 步取代风 门、挡板 、阀 门的控制方 案。 变频调 速技 术的 基本原 理是根 据 电机转速 与 工作 电源输人频 率成正 比的关 系 ： ＝ Ｏ （ － ）ｐ ｎ６ ｆ １ｓ ／，
（－ ） ＯＵ （ －） Ｑ ’ Ｈ
：
． 二 ／
Ｉ
（４Ｏ ０
Ｈ
负荷 ，１ ｈ 运行 在５ ％负荷 ；运 行时 间在３ ０ 。 ３ ０ ０ ｄ
ｌ —
图 ｌ 阀 门调 节 功 耗
图 ２ 变速 调 节 功 耗
图１ 为水 泵用 阀 门控 制 时 ，当流 量 要求 从 Ｑ１ 减 小 到Ｑ２ ，必须 关小 阀门 。这时 阀 门的磨擦 阻力 变 大 ，管路 曲线 从Ｒ移 到Ｒ ，扬 程 则从 Ｈａ ， 上升 到
删 蟪 Ｉ ＇ ｔ
新疆 化 工
４ ３
配 备 电机功 率 ：７ Ｋ ，额 定 电流 ：１ ８ ５Ｗ ３ Ａ， 额定 电压 ：３ ０ ８ Ｖ，转速 ：１７ ｒ ｎ ４ ７／ ，为上 海 江宁 ｍｉ
电机厂制 造 。
＝
● 酗
Ｉ ｈ
水 泵连 续２ ｈ 行 ，其 中每天 １ｈ 行在 ９ ％ ４运 运 ｌ ０
下 降 到Ｈ 。 。 根 据离 心泵 的特 性 ｆ 线公式 ： Ｈ １
Ｎ＝Ｒ ＱＨ／１２ ０ｑ
例３
根据 图３ 计算 ，则 每年 的节 电量 为 ：
Ｗ１７ ｘ ×（１０ －７ ％ ）ｘ ３ ０ ７２０ Ｗ ｈ
Ｗ２ ７ ｘ ３ （ ５ － ２ ％ ）ｘ ０ ＝ １ ３ ５ Ｗ ’ ＝ ５ １ｘ ９ ％ ０ ３０ ２９ ７ｋ ｈ
风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座(五) 第一讲 风机变频调速节能技术(5)
隙。 由泵 轮的 内腔Ｐ 涡轮 的 内腔Ｔ 和
共 同 形 成 的 圆 环 状 空 腔 称 为 工 作
求、提高产品质量 、增 加生 产效率、
ＴＨＥ ＷＯＲＬ ＯＦＩ Ｄ ＮＶＥＲＴ ＥＲＳ １１ ７
——————１
同 ，故称 此 轮 为涡 轮 。 涡轮 的输 出轴 又 与 风机 或 水 泵 相 联 接 ，因此 输 出轴
机 水 泵旋 转 。这 样 就 实 现 了 电动 机 轴 功率的柔性传递 。
只 要 改 变 工 作 腔 内 工 作 油 的 充 满 度 ，即 改 变循 环 圆 内的 循环 油量 ，就
液力耦合器在工作时 ，其转速 比一般在０ ～０９ 之内 ，当其小于０ 时 ，由 ． ．８ ４ ． ４
于转 速 Ｌｄ ，工作 腔 内 充 油量 少 ，工 作 油 升 温很 快 ，工作 腔 内气 体 量 大 ，这 时 Ｌｘ
１ 液 力耦合器的工作原理和 旋转 ，对工作油做功 ，使油获得 能量 （ 转 动 能 ） 同 时 高 速 旋 转 的 工作 油 旋 。 主 要 特性 参数
１１液力耦合器的工作原理 ．
液 力耦 合 器 是一 种 以 液体 （ 多数 为 油） 为工 作介 质 、 利 用液 体动 能 传 递能 量 的一 种 叶片 式 传 动机 械 。 按应 用场 合 不 同 可 分 为普 通 型 （ 准 型 或 离 合 标
调 速 型 ，这 里 讨 论 的仅 限于 调 速 型 。
调 速 型 液 力耦 合 器 主要 由 泵 轮 、
涡 轮 、旋 转 外 套 和 勺管 组 成 ，泵 轮 和 涡 轮 均 为 具 有 径 向 叶轮 的工 作 轮 ，泵 轮 与 主 动 轴 固 定连 接 ，涡 轮 与 从 动 轴 固定 连 接 ：主 动轴 与 电动 机 连 接 ，而
分析引风机变频调速节能技术
分析引风机变频调速节能技术高压交流变频调速技术是一种主要用于交流电动机的变频调速技术，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式（如降压调速、变极调速等。
315KW引风机日常运行风量调节为入口挡板调节方式，入口挡板开度最大不到70%左右，该方式不能及时调节，运行效率低，节流损失大，电机启动时会产生5～7倍的冲击电流，对电机造成损害。
为此，采用变频调节方式对风机系统开展改造，将1#引风机改为变频驱动，风量由手动给定4～20mA信号调节，以减少溢流和节流损失，提高系统运行的经济性。
一、引风机变频调速节能技术（1）节能原理。
当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变风机的性能曲线，使风机的额定参数满足工艺要求，根据风机的相似定律，变速前后风量、风压、功率与转速之间的关系为：Q1/Q2=N1/N2；H1/H2=（N1/N2）2；P1/P2=（N1/N2）3式中：Q1、H1、P1—风机在N1转速时的风量、风压、功率；Q2、H2、P2—风机在N2转速时相似工况下的风量、风压、功率。
假设转速降低一半，即：N2/N1=1/2，则P2/P1=1/8，可见降低转速能大大降低轴功率到达节能的目的。
当转速由N1降为N2时，风机的额定工作参数Q、H、P都降低了。
也就是说当转速降低时，额定工作参数相应降低，但效率不会降低，有时甚至会提高。
因此在满足操作要求的前提下，风机仍能在同样甚至更高的效率下工作。
降低了转速，风量就不再用关小风门来控制，风门始终处于全开状态，防止了由于关小风门引起的风力损失增加，也就防止了总效率的下降，确保了能源的充分利用。
当采用变频调速时，50Hz满载时功率因数为接近1，工作电流比电机额定电流值要低，这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用，可以为电网节约容量20%左右。
（2）挡板控制。
挡板调节就是利用改变管道阀门的开度，来调节风机的流量。
挡板调节时，风机的功率基本不变，风机的性能曲线不变，而管道阻力特性曲线发生变化，风机的性能曲线与新的管道阻力特性曲线的交点处就是新的工作点。
风机变频节能改造技术方案
风机变频节能改造技术方案什么是风机变频节能技术？风机变频节能技术是基于调节风机转速的技术，通过调整输出风量，使风机每时每刻变得更加高效、稳定和可靠。
该技术采用变频器对风机驱动电机的速度进行调节，以达到减少电能消耗，提高风机的运行参数以及保护风机的稳定性和安全性的目的。
为什么要采用风机变频节能技术？在多数情况下，风机的转速与工作需求不匹配，使用固定转速的驱动电机，客户往往只能满足某些设备系统的转速需求，造成能效低下。
为了满足不同系统的工作负载，风机必须以满负荷的方式运行，这使得设计的工作条件和实际的负荷并不切实际。
这种情况下，风机转速变频技术就很有必要了。
风机变频技术是一种提高风机能效的节能技术，通过改变风机输出的电流、电压、频率等参数，提高运行效率和能量利用率。
风机变频节能技术的主要应用1.空气处理系统：变频节能技术可应用于空气调节系统，如空调、通风机、斗式风机，在节约能源的同时，也减小了噪声污染、提升了系统的稳定性。
2.中央空调系统：在中央空调系统中，通过加装变频器，调节供电电压、电流和频率等参数，控制风机的转速，从而达到节能和高效的目的。
3.工业制造中：风机变频节能技术在大量的工业生产中也得到了广泛应用。
例如在钢铁、水泥、化工、热处理、精密制造等产业中，风机变频控制技术可以对风机的工作状态进行调整和控制，从而提高风机的运行效率，并减少生产成本。
风机变频节能改造技术方案方案目的近年来，环保、节能成为新兴产业关注度较高，风机变频节能技术因其节能、环保、效果显著等特点，已经得到了广泛的推广和应用。
本文提出风机变频节能改造技术方案的目的在于降低整个系统的运行能耗，显著提高系统运行效率，实现节能，达到环保减排的目的。
方案介绍在改造之前我们需要对系统的设备进行评估和维护，确保设备质量符合要求。
在保证风机机械性能的前提下，我们需要根据现场载荷考虑选择合适的变频器型号，确定驱动电机的适用范围。
1.根据现场已有风机、电机评估负荷，确定变频器的功率范围；2.检测设备现场是否符合安装变频器的要求；3.整机进行电气调试，并对原系统机械系统进行全面检查和维护；4.在安装好的变频器上，通过参数设置，对电机输出电流、电压、频率建立控制模型，使得整机能够在不同工作状态下以最佳实用的方式运行；5.风机变频节能改造完成后，为了保障整个系统的稳定运行，需要对系统进行调试、运行和维护，确保系统保持良好的运行状态。
变频调速技术在风机及泵类中的节能应用
和 变 速 调 节 各 自所 消耗 的 功 率
假定 水
往 往 采 用 调 整 阀 回 流 阀 截 止 阀等节 流
、 、
泵 效率
1 1=
0 6
．
。
设 备进行流量
、
压力
、
水位 等 信 号 的 控
，
在工 业 生 产和产 品加工 制造业 中
、
，
制
腔
。
这 样 不 仅 造 成 大量 的 能源 浪 费 管
，
风 机 泵 类 设 备应 用 范 围广 泛 其 电能 消
H = 15
m
代 风 门 挡板 阀 门 的 控制方案
、 、
为 ：N
。
0 9 8 1 0 x 1 5 x 6 6／ 6 x 3 6 0 0 x 1 0 0 0 = 0 5 k W
．
综述
通 常在 工 业 生 产
、
变频 调 速 技术 的 基 本 原 理 是 根 据 电 产 品加工 制造 业
、
可 见 变速 调 节 比节 流 调 节 经 济 因
越 的调 速性 能 显 著 的节 电效 果 改 善 现
、
时 常 出现 泵 损 坏 同 时 电机 也 被烧 毁 的 现
1000
一
』醣 W
，
象 近 年来 出 于 节 能 的 迫 切需 要 和 对 产
。
，
( 1 )节 流 调 节 由 上 图 知 ：流 量 为 6
，
．
6
有设 备 的运 行 工 况
，
提 高 系统 的安 全 可
牵变所电容选 引电蓄池量择
（） ２ 电压校正 结论 ：
１ ２ ７
表１ 环境温度对可用容量的影响关系
风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座(二) 第一讲 风机变频调速节能技术(二)
Ｈ 程 扬
式 （ 一式 （ 为 工 程 实 际 中 ４） ６）
应 用 的相 似 定 律 ，但 它 们 应 用 于 Ｄ２ （ ） ２ ） 或ｎ（ ） ’ 低 ） １ 大 ／ （ ≥３ ２ ／ ２ ≥ ． Ｄ’ 小 高 ｎ （ ２ 时 存 在 一 定 误 差 。对 于 同 一 台 风 机 （ 泵） 水 ，当 输 送 的 流 体 密 度 ｐ 不 变 而 仅 转 速 变化 时 ，性 能 参 数 的 变 化 关 系 式 可 由 式 （ ～式 （ 简 化 得 出 ： ４） ６）
风机水泵 压缩机 变频调速 节能技术讲座 （ 二）
第一讲 风机 变频调速节能技术 （ 二）
国家 电力公 司热 工研 究院 自动化 所
徐甫 荣
（ 上期 ） 接
二 ．风机变频调速节 能分析
ｌ 风机 （ 水泵）的几何相 似 ， 运 动 相似 和 动 力相 似
两 台风 机 （ 泵 ） 几 何相 似 ， 水 若 就 是 说 它们 的形 状 完全 相 同 ，只 是 大 小 不 同 ， 其 中 一 台 风 机 （ 泵 ） 当 水 相
功率之 间的相 互关系为 ：
ｑ／ ＝ ｖｑ，
ｖ
（ｔ 。 ｎ ’ ｒｖｌ （ Ｄ Ｄ７ －／ －ｌ ｒ’１ ２ ｎ ） ） ／
ｎｈ ｈ ｎ’ ／ （） ２
Ｈ／ ’ （ ／ ’ ・ ｎ ｎ’ Ｈ ＝ Ｄ，Ｄ ） （／ ） －
ｐ ’（Ｉ － ／’ ・ ｐ’ ／ ＝Ｄ Ｄ’ （ｎ） Ｏ／ Leabharlann ｐ ） ｎ （ａ ５）
Ｐ Ｐ （ Ｄ ’） ・ ｎ ｎ’ － ／ Ｄ２ ２ （ ／ ） ／
ＴＨＥ Ｗ ＯＲＬ ＮＶＥＲＴＥＲＳ １ Ｄ ＯＦ Ｉ ３ １
Ｐ ＰＪ （ ／ ，５ ・ ｎ ｎ’ ／ ＿ Ｄ，Ｄ’） （ ／ ） ｐ／ ・ ’ （） ６
风机水泵的变频调速节能分析
风机水泵的变频调速节能分析节能降耗、增加效益是全社会应为之努力的方向。
我国的电动机用电量占全国发电量的60％～70％，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。
应用于风机、水泵等设备的传统方法是通过调节出口或入口的挡板、阀门开度来控制给风量和给水量，其输出功率大量消耗在挡板、阀门地截流过程中。
另外，由于在通常的设计中为了满足峰值需求，水泵选型的裕量往往过大，也造成了不应有的浪费。
根据风机、水泵类的转矩特性，采用变频调速器来调节流量、风量，将大大节约电能。
下面就分析一下在风机水泵类负载中使用变频器所能达到的效果。
一，通过变频调速达到的一次节能。
下面以水泵为例来说明，由图1可以看到：流量Q正比于转速n压力H正比于n2转矩T正比于n2功率P正比于n3图1 水泵流量、压力、功率曲线… 在普通的水泵流量控制中使用阀门来调节，如图2所示：图2 阀门控制水泵流量管道阻力h与流量Q的关系为h正比于RQ2，其中R为阻力系数电机在恒速运行时，流量为100%情况下（工作点为A），水泵轴功率相当于Q1AH1O所包容的面积。
电机在恒速运行时，采取调节阀门的办法获得70%的流量（工作点为B），将导致管阻增大，水泵轴功率相当于Q2BH2O所包容的面积，所以轴功率下降不大。
采用变频调速控制流量时，由于管道特性没有改变，水泵特性发生变化（工作点为C），轴功率与Q2CH3O所包容的面积成正比。
故其节能量与CBH2H3所包容的面积成正比，输入功率大大减小。
如图3所示：图3 变频调节水泵流量正如前面提到的，轴功率P与转速n的三次方成正比。
采用变频器进行调速，当流量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51.2%,如果流量下降到60%,轴功率N可下降到额定功率的21.6%,当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等.即使这样,这个节能数字也是很可观的,因此在装有风机水泵的机械中,采用转速控制方式来调节风量或流量,在节能上是个有效的方法。
风机水泵压缩机变频调速控制节能与应用(含工频节流功率计算公式)
风机水泵负载变频调速节能原理相似定律：两台风机或水泵流动相似，在任一对应点上的统计和尺寸成比例，比值成相等，各对应角、叶片数相等，排挤系数、各种效率相等。
流量按照相似定律，由连续运动方程流量公式：φπηη⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=d D A vm vm vv v q流速公式： 60π⨯⨯=n D v m 式中：q v——体积流量，s m3；ηv——容积效率，实际容积效率约为0.95；A ——有效断面积（与轴面速度vm垂直的断面积），m²；D ——叶轮直径，m ； n ——叶片转速，r/mi n ； b ——叶片宽度，m ；vm——圆周速度，m/s ；φ——排挤系数，表示叶片厚度使有效面积减少的程度，约为0.75～0.95；按照电机学的基本原理，交流异步电动机转速公式： p f s n ⨯⨯-=60)1( 式中： s ——滑差； P ——电机极对数； f ——电机运行频率。
流量、转速和频率关系式：f n q v∞∞⇒ 可见流量和转速的一次方成正比，和频率的一次方成正比。
扬程按照流体力学定律，扬程公式：²21v m H ⨯⨯=ρ 扬程、转速和频率关系式：可见扬程和转速的二次方成正比，和频率的二次方成正比。
式中：H ——水泵或风机的扬程，m ；功率风机水泵的有效功率：每秒钟流体经风机水泵获得的能量。
水泵：H g q Pve⨯⨯⨯=ρ或 风机：P q P ve⨯=可见有效功率和转速的三次方成正比，和频率的三次方成正比。
式中：Pe——有功功率，w ；ρ——流体质量密度，m Kg3；P ——压力，Pa ；电量风机水泵效率：有效功率和轴功率之比。
ηp轴功率：电动机输出给风机水泵的功率。
轴功率（电动机的输出功率）公式： ηρpvshHg q P⨯⨯⨯=⇒水泵ηpvshPq P⨯=⇒风机电动机和风机水泵的传动效率： ηc电动机效率：ηm电量（电动机的输入功率）公式：ηηmcshgP P ⨯=ηηηρpmcvgHg q P⨯⨯⨯⨯⨯=⇒水泵ηηηρpm c gPP⨯⨯⨯=⇒风机节能工频状态下的耗电量计算Pd ：电动机功率 ； ηd ：电动机效率 ； U ：电动机输入电压 ； I ：电动机实际运行电流 ；cos φ：功率因子。
风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座
风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座（三）第一讲风机变频调速节能技术（三）国家电力公司热工研究院自动化所徐甫荣三、风机变频调速节能效果的计算方法1 风门开度与风量的关系风机的风门开度（叶片角度）与风量之间的关系是非线性的，不同类型的风机的风门开度（叶片角度）与风量之间的关系也是不一样的。
从图1、图2可以看出：离心式风机在不同风门开度时的特性曲线之间的间隔是不均匀的，也就是说其线性度很差；而轴流式风机在不同叶片角度时的特性曲线之间的间隔是比较均匀的，也就是说其线性度较好；不同类型的风机在相同的风门开度（叶片角度）（％）时的风量（％）也是不一样的。
见图8所示。
就拿离心式风机来说，可以在图3上画一条阻力曲线，与不同风门开度的特性曲线的交点即为不同风门开度时的工作点，由各个工作点读出的风门开度、风量及风压的关系数据列于表1，不同风门开度与风量之间的关系则画于图8。
根据图3、图4，用同样的方法可以作出静叶可调和动叶可调的轴流式风机不同叶片角度与风量之间的关系，其数据列于表2、表3，曲线画于图8。
由图8可以看出，离心式风机的风门开度—风量曲线的线性度最差：小风门时，随着风门的开大，风量增大很快；当风门开度大到50％以上时，风量增大的速度明显放慢，当风门开度大到75％以上时，风量增大已不太明显了。
而静叶可调轴流风机的叶片角度—风量曲线就要显得平坦一些了，动叶可调轴流风机的叶片角度—风量曲线就接近线性了。
并且可以看出，在相同的风门开度（叶片角度）％时，离心式风机的风量最大，其次是静叶可调轴流风机，而动叶可调轴流风机的风量最小。
因此，在相同的风门开度（叶片角度）％时，离心式风机的节电率最小，其次是静叶可调轴流风机，而动叶可调轴流风机的节电率最大。
而在相同的风量时，由于三种风机的轴功率不同（见表4，表5）：离心式风机的轴功率最大，其次是静叶可调轴流风机，而动叶可调轴流风机的轴功率最小；所以离心式风机的节电率最大，其次是静叶可调轴流风机，而动叶可调轴流风机的节电率最小。