淺析風(fēng)機節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

鐘盛

摘 要：隨著我國工業(yè)生產(chǎn)總值的不斷增長，工業(yè)化水平不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)中大型機電設(shè)備的使用已經(jīng)十分普遍，風(fēng)機作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要工業(yè)設(shè)備，在有色金屬、紡織、化工、石油以及煤炭等諸多行業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用。由于風(fēng)機在工業(yè)生產(chǎn)中常處于持續(xù)運行狀態(tài)，其耗電量約占全國工業(yè)用電量的50%左右，耗電量相對較高，因此在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下，做好風(fēng)機節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用工作，對提高企業(yè)經(jīng)濟效益，減少工業(yè)生產(chǎn)能源消耗都有著重要的意義。本文主要針對風(fēng)機節(jié)能技術(shù)進行了分析，并對其應(yīng)用進行了簡要的闡述。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機；節(jié)能技術(shù)；變頻調(diào)節(jié)

1引言

風(fēng)機作為工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)工業(yè)設(shè)備，在鋼鐵、有色金屬、石油、煤炭、化工等諸多工業(yè)領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。風(fēng)機作為工業(yè)生產(chǎn)流程中的基礎(chǔ)型設(shè)備，通常需要在工業(yè)生產(chǎn)的全過程中保持運行，有些情況下在生產(chǎn)停止后仍需繼續(xù)運行，這就導(dǎo)致風(fēng)機的運行時間較長，且需要根據(jù)生產(chǎn)需要不斷對自身運行狀態(tài)進行調(diào)節(jié)，造成了較為嚴重的能耗問題，因此做好風(fēng)機節(jié)能工作對我國工業(yè)生產(chǎn)有著積極的現(xiàn)實意義。本文主要針對風(fēng)機的能耗問題，對風(fēng)機節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用進行了簡要的分析與闡述。

2風(fēng)機能耗問題的現(xiàn)狀

風(fēng)機是一種將旋轉(zhuǎn)的機械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能和動能的裝置，在實際工業(yè)生產(chǎn)中通常用于氣體的壓縮與輸送，在工業(yè)生產(chǎn)的諸多環(huán)節(jié)都得到了廣泛的應(yīng)用。風(fēng)機在工業(yè)生產(chǎn)中的持續(xù)運行時間一般較長，據(jù)統(tǒng)計其耗電量約占全國發(fā)電總量的三分之一左右，能耗總量十分可觀。風(fēng)機在得到越來越廣泛應(yīng)用的同時，能耗問題也不斷凸顯，一方面由于生產(chǎn)企業(yè)對風(fēng)機節(jié)能的重視程度不足，導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)中風(fēng)機輸出功率供大于求的現(xiàn)象十分普遍，造成了嚴重的能耗問題；另一方面風(fēng)機在運行過程中，往往需要根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的需要對氣體的流量、壓力等進行調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)的擋風(fēng)板等調(diào)節(jié)方式通過人為增加氣體阻力的方式得到預(yù)期的氣體流量，造成了大量不必要的能耗。

3風(fēng)機節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用

3.1合理選擇風(fēng)機

保證工業(yè)生產(chǎn)中相關(guān)設(shè)備的安全平穩(wěn)運行時風(fēng)機選擇的首要原則，一般需要選擇確定風(fēng)機的型號、數(shù)量、桂格以及轉(zhuǎn)速等參數(shù)。風(fēng)機選擇的合理與否，將直接影響風(fēng)機的節(jié)能效果，一方面風(fēng)機的選擇要在滿足工業(yè)生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上，留有一定的余量，防止過負荷時可能造成的風(fēng)機損壞，另一方面風(fēng)機容量的余量也不應(yīng)過大，避免容量過剩帶來的不必要的能量損耗。一般來說，風(fēng)機的選擇需要滿足以下原則：

一是選擇的風(fēng)機在滿足工業(yè)生產(chǎn)所需的最大流量或最大揚程的基礎(chǔ)上，留有合理的余量，且盡可能使風(fēng)機正常工作時的工況點靠近設(shè)計工況點，保證風(fēng)機運行在設(shè)計高效區(qū)間內(nèi)；

二是盡量選用性能曲線不存在“駝峰”現(xiàn)象的風(fēng)機，以保證風(fēng)機運行時的穩(wěn)定性與可靠性，如果需要選擇具有“駝峰”現(xiàn)象的風(fēng)機，則保證正常運行時的工況點位于駝峰區(qū)域的右側(cè)，且壓能低于零流量時的壓能，以便于風(fēng)機的并聯(lián)運行；

三是在滿足工業(yè)生產(chǎn)流量、揚程需求時，盡量選用結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、重量較輕的風(fēng)機，以保證風(fēng)機的可靠性，在允許的條件下，盡量選用高轉(zhuǎn)速風(fēng)機，同時注意考慮工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下風(fēng)機的抗腐蝕能力。

3.2調(diào)節(jié)風(fēng)機葉片

風(fēng)機葉片的安裝角與風(fēng)機運行時的性能曲線有著密切的聯(lián)系，當(dāng)葉片安裝角增大時，風(fēng)機的流量、揚程以及功耗都相應(yīng)增加，而當(dāng)葉片安裝角減小時，風(fēng)機的流量、揚程以及功耗都相應(yīng)減少。風(fēng)機葉片安裝角的變化將使得風(fēng)機的效率曲線也隨之發(fā)生改變，當(dāng)安裝角過大時，風(fēng)機的流量遠超實際工業(yè)生產(chǎn)需求，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速導(dǎo)致風(fēng)機偏離效率最高的最佳工況，產(chǎn)生了嚴重的節(jié)流損耗，而當(dāng)安裝角過小時，風(fēng)機的流量無法滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，增加轉(zhuǎn)速同樣會導(dǎo)致風(fēng)機運行在效率較低的狀態(tài)下，造成不必要的能量損耗。根據(jù)實際工業(yè)生產(chǎn)需求，調(diào)節(jié)風(fēng)機葉片的安裝角度，保證風(fēng)機在正常運行時保持在效率較高的區(qū)域內(nèi)，對減少不必要的能量損耗有著重要的積極意義。

3.3采用變頻調(diào)節(jié)

在工業(yè)生產(chǎn)中，對氣體流量、壓力等的要求往往不是一成不變的，這就需要在生產(chǎn)流程中根據(jù)實際需求對風(fēng)機的輸出進行實時的調(diào)整。傳統(tǒng)的風(fēng)機恒速調(diào)節(jié)方式是在保持風(fēng)機恒速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，通過改變外部管網(wǎng)阻力特性，例如改變風(fēng)門大小等方式調(diào)節(jié)風(fēng)機的輸出，不僅控制的精度較差，并且造成了大量能量的不必要浪費。

當(dāng)生產(chǎn)需求發(fā)生變化時，風(fēng)機的調(diào)節(jié)實質(zhì)是風(fēng)機工作特性曲線與阻力曲線再平衡的過程。根據(jù)流體力學(xué)知識可得，風(fēng)機的風(fēng)量Q、轉(zhuǎn)速n、風(fēng)壓H以及軸功率P之間存在以下關(guān)系：

進而可以得到當(dāng)氣體流量需求減少時，風(fēng)機調(diào)速過程中各項性能指標的變化情況如下圖所示：

圖中橫坐標表示風(fēng)機輸出的風(fēng)量，縱坐標表示風(fēng)機輸出的風(fēng)壓，曲線（1）（2）分別表示在傳統(tǒng)恒速調(diào)節(jié)方式下，不同氣門大小對應(yīng)的阻力曲線，N1N2分別表示風(fēng)機調(diào)速前后的工作特性曲線。

初始狀態(tài)風(fēng)機的輸出與管網(wǎng)阻力在C1點平衡，當(dāng)對風(fēng)量需求降低時，如果采用恒速調(diào)節(jié)方式，此時減小氣門大小，阻力曲線由（1）變?yōu)椋?），風(fēng)機工作性能曲線不變，此時工作狀態(tài)由C1轉(zhuǎn)移至C2，通過C1 C2與坐標軸圍成矩形的面積可以看出，此時風(fēng)機的功耗幾乎保持不變；如果采用變速調(diào)節(jié)方式，此時風(fēng)機的轉(zhuǎn)速降低，風(fēng)機工作特性曲線發(fā)生改變，由N1變?yōu)镹2，此時工作狀態(tài)由C1轉(zhuǎn)移至C2，風(fēng)機輸出的風(fēng)量與風(fēng)壓均顯著減小，同時從C1C2與坐標軸圍成的面積可以看出，變速調(diào)節(jié)方式顯著降低了風(fēng)機的功耗。

傳統(tǒng)的風(fēng)機變速調(diào)節(jié)方式主要通過轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電阻以及改變定子電磁特性等方式實現(xiàn)，與風(fēng)機恒速調(diào)節(jié)相比，變速調(diào)節(jié)改變了風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，減少了不必要的能量損耗，但引入電阻元件后又產(chǎn)生了額外的能量損耗。由于工業(yè)生產(chǎn)中異步電機是使用最為廣泛的電機類型，其轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此通過改變電機電源頻率能夠?qū)崿F(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的精準控制，即變頻控制。由于電網(wǎng)中電能頻率保持恒定，因此需要利用變頻器實現(xiàn)電機供電頻率的控制與調(diào)節(jié)，在選用變頻器時，需要根據(jù)實際工業(yè)生產(chǎn)需求以及風(fēng)機的相關(guān)參數(shù)進行選取，一要保證變頻器的額定容量不小于風(fēng)機的額定功率，并留有一定余量；二要保證變頻器額定電流大于風(fēng)機的額定電流，避免變頻器燒毀；三要保證變頻器額定電壓高于風(fēng)機的額定電壓，確保風(fēng)機正常運行時變頻器能夠可靠穩(wěn)定地運行。

3.4其他節(jié)能措施

3.4.1減小風(fēng)機阻力

為了提高風(fēng)機的工作效率，應(yīng)當(dāng)努力減小風(fēng)機對輸出氣體的阻力，一方面要合理設(shè)計風(fēng)機過流部件的幾何形狀，減小風(fēng)機的風(fēng)阻，另一方面還要保證風(fēng)機的葉輪與導(dǎo)葉進口保持對正，進一步減少不必要的風(fēng)機阻力。此外，做好風(fēng)機過流部件的防銹蝕工作也十分必要，保持內(nèi)表面光明清潔對減小風(fēng)機阻力也有著積極的作用。

3.4.2提高風(fēng)機氣密性

風(fēng)機的氣密性是影響風(fēng)機輸出性能的重要因素之一，當(dāng)風(fēng)機氣密性欠佳時，為了滿足實際生產(chǎn)對流量、氣壓等的需求，風(fēng)機往往需要增加自身輸出，從而造成了不必要的能量損耗。為了提高風(fēng)機的氣密性，需要在風(fēng)機進氣口處加裝密封環(huán)，并對風(fēng)機的漏損情況進行定期檢查，當(dāng)軸封處、平衡板處等部位磨損較為嚴重時，應(yīng)當(dāng)及時對磨損部件進行更換。

3.4.3減少風(fēng)機機械損耗

風(fēng)機運行過程中的機械損耗也是風(fēng)機不必要損耗的重要產(chǎn)生原因，為了減少風(fēng)機的機械損耗，一要配置大小適當(dāng)?shù)妮S承，并定期加注潤滑油，當(dāng)軸承磨損較為嚴重時應(yīng)及時進行更換；二要確保軸封處填料松緊適當(dāng)，盡量采用機械密封方式；三要避免腐蝕性氣體的進入，防止葉輪及風(fēng)機殼體內(nèi)壁發(fā)生腐蝕，保證風(fēng)機內(nèi)表面的清潔光滑；四是采用開式泵腔設(shè)計回收部分葉輪損失能量，進一步提高風(fēng)機的效率。

4結(jié)束語

風(fēng)機作為工業(yè)生產(chǎn)中重要的基礎(chǔ)工業(yè)設(shè)備，在諸多行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，其節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用具有重要的節(jié)能意義。風(fēng)機的節(jié)能工作是一項涉及機械制造、電氣控制以及維護管理等各方各面的綜合性系統(tǒng)工程，本文主要針對典型的風(fēng)機節(jié)能技術(shù)進行了簡要的分析與闡述，相信隨著風(fēng)機節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，必將促進我國工業(yè)生產(chǎn)的健康可持續(xù)發(fā)展。

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