鋒速達通風降溫系統
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屋頂負壓風機_風機、泵類在變頻調速技能中的運用空氣離心壓縮機
一、引子
在工業(yè)制造業(yè)制造和制品處理創(chuàng)造業(yè)中,風機、泵類配置運用領域普遍；其電能耗損和譬如閥門、檔扳有關配置的節(jié)流虧損以及保護、修理花費占到制造工本的7％～25％,是一筆非常大的制造花費花銷。隨著財經?制的不停深入,商業(yè)經濟的?場競逐的不停加重；節(jié)省能源降耗已經變?yōu)橄陆抵圃旃け�、提升產品質[character]量的要緊方法其中之一。
而8拾年代初發(fā)展(FaZhan)起來,的變頻調速技能,就是順著了工業(yè)制造業(yè)制造自行化的發(fā)展(FaZhan)的請求,創(chuàng)造了一個全新的智能電機時期。一?平常電機只可以定速方法運行的破舊方式,至使電目的及其拖動背負在不需要任何(RenHe)?進的境?下就可以依照制造技?請求調整以極變更轉速輸?[exportation],進而下降電機功耗達到和實現體系有效運行的企圖。
8拾年代末,該技能引進中國并獲得普極�，F在已經經在電能、冶煉、石油、化工、造紙、食物、針紡等多類行業(yè)的電機傳遞配置中獲得事實運用。當前,變頻調速技能已經變?yōu)楫敶娔軅鬟f技能的一個重要目標。杰?的調速質量、明顯的節(jié)電作用,生產負壓風機,?良現存配置的運行工?,提升體系的平安可信性和配置使用率,加長配置應用壽運等優(yōu)勢隨著運用范圍的不停擴大和增大而獲得充足的表現。
2、總述
一般在工業(yè)制造業(yè)制造、制品處理創(chuàng)造業(yè)腦卒中機配置重要用在鍋臺灼燒體系、烘干體系、冷去體系、透風體系等場次,依據制造需用對灶膛壓力、風速、風力、溫度等目標施行掌控和調解以順應技?請求和運行工?。而最常用的掌控方法卻是調解風門、檔扳開度的大小來調解受控對像。如此,無論制造的需要大小,風機都得全速流轉而運行工?的變化和?變則至使能源以風門、檔扳的節(jié)流虧損耗損?了。在制造歷程中,不但掌控細度受到限止,并且還引起多量的資源糜費和配置消耗。進而至使制造工本增多,配置應用壽運縮小,配置保護、修理非得高居不下。
泵類配置在制造范圍一樣有這遼闊的運用空間,提水泵站、水池儲罐給排體系、工業(yè)制造業(yè)水（油）循環(huán)體系、熱兌換體系均應用離心泵、軸流泵、齒輪泵、柱塞泵等配置。并且,依據差異的制造需要常常使用調整以極變更閥、截至閥等節(jié)流配置施行標量、壓力、水流位置等訊號的掌控。如此,不但引起多量的資源糜費,管路、閥門等封蓋質量損壞；還提速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕,嚴峻時損傷配置、影響制造、危及產品質[character]量。
風機、泵類配置多半使用異?電目的直接驅動的方法運行,存有開啟電流達,機器沖激、電氣保衛(wèi)特點差等缺陷。不但影響配置應用壽運,而當背負顯現機器毛病時不可霎那舉動保衛(wèi)配置,經常顯現泵損傷同一時侯電機同樣被燒滅的現像[phenomenon]。
本年來,由于節(jié)省能源的急切需用和對產品質[character]量不停提高的請求,加之使用變頻調速器（并稱變頻器）易控制、免保護、掌控細度高,并能夠完成高效能化等特征；因此使用變頻器驅動的方法開始逐漸替代風門、檔扳、閥門的掌控方法
變頻調速技能的基礎元理是依據電機轉速與工作電源輸進周率成正比的干系：n＝60f（1－s）/p,（式中n、f、s、p分?示意轉速。輸進周率、電機轉差率、電機磁極對數）；經過?動電目的工作電源周率達到和實現?動電機轉速的企圖。
變頻器基本上就是按照以上元理使用交－直－交電源變化技能,電能電子信息、微筆記本電腦掌控等技能于全身的總合性電氣制品。
三、節(jié)省能源闡發(fā)
經過液體力學的基礎原理可知：風機、泵類配置都屬平方轉矩背負,其轉速n于標量Q,壓力H以及軸碼率P具備如下(同下)干系：Q與n成正比,H與n2成正比,P與n3成正比；既,標量與轉速成正比,壓力與轉速的平方成正比,軸碼率與轉速的成方成正比。
以一個水泵作為例子,它的?口壓頭微H0（?口壓頭既泵進口的管路?口的靜壓力差）,定量轉速為n0,閥門全開時管嶂礙特點為r0,定量工?下同它呼應的壓力為H1,?口標量為Q1。
在現場掌控中,一般使用水泵定速運行?口閥門掌控標量。從標量從Q1減少50％至Q2時,閥門開度減少使管網嶂礙特點由r0變成r1,體系工作點沿目標1由原來,的A點移至B點；受其節(jié)流作用以極影晌壓力H1變成H2。水泵軸碼率事實值（KW）可由公式：P=Q/H/(@micro;c/@micro;b)×10-3得到。當中,P、Q、H、@micro;c、@micro;b分?為示意碼率、標量、壓力、水泵速率、傳遞裝置速率,直接傳遞為1。假使總速率(@micro;c/@micro;b)為1,則水泵由A點移至B點工作時,電機節(jié)約的功耗為AQ10H1和BQ20H2的輻面差。如若使用調速方法?動水泵的轉速n,當標量Q1減少50％至Q2時,那樣管網嶂礙特點為相同曲線r0,體系工作?兵沿目標II由原來,的A點移至C點,水泵的運行同樣更趨于公道。當閥門全開,唯有管網嶂礙的境?下,體系滿意現場的標量請求,能耗必將下降。這時,電機節(jié)約的功耗為AQ10H1和CQ20H3的輻面差。比較,使用閥門開度調解和水泵轉速掌控,明顯應用水泵轉速掌控更加為有用公道,具備明顯的節(jié)省能源作用。
其他,從圖中還能夠念書：閥門調劑時將使體系壓力H升高,這會對管路和閥門的封蓋質量產生要挾和損壞；而轉速調解時,體系壓力H將隨泵轉速n的下降而下降,故而不可能對體系型成不好影響。
從上頭的比較,不不得多的?：當現場對水泵標量的需要從100％降至50％時,使用轉速調解將必原來,的閥門調解節(jié)約BCH3H2所呼應的碼率大小,節(jié)省能源率在70％以上。與此相相似的,如若使用變頻調速技能?動泵類、風機類配置轉速來掌控現場壓力、溫度、水流位置等其余歷程掌控參量,一樣能夠根據體系掌控特點繪畫初干系曲線得到以上的比較,結果。亦既,使用變頻調速技能?動電機轉速的辦法,要比使用閥門、檔扳調解更加為節(jié)省能源財經,配置運行工?亦將獲得顯然?良。
肄、節(jié)省能源籌算
關于風機、泵類配置使用變頻調速后的節(jié)省能源作用,一般使用一次2類辦法施行籌算：
1、依據已經知風機、泵類在差異掌控方法下的標量－背負干系曲線和現場運行的背負變化和?變境?施行籌算。
以一個IS150-125-400型離心泵作為例子,定量標量為200.16m3/h,揚程50m；整備Y225M－4型電目的,定量碼率45KW。泵在閥門調解和轉速調解時標量－背負曲線如下(同下)圖顯示。依據運行請求,水泵接連著24鐘頭運行,當中?日11鐘頭運行在90％重量,13鐘頭運行在50％重量；全年運行時間(Time)在300天。
則?年的節(jié)電量為：W1＝45×11×（100％-69％）×300＝46035KW/h
W2＝45×13×[1-（20/50）3]×300＝80309KW/h
W=W1+W2=46035+131625=177660KW/h
?度電按0.5元籌算,則?年可節(jié)省電費8.883萬元。
2、依據風機、泵類平方轉矩背負干系式：P/P0=(n/n0)3籌算,式中為P0定量轉速n0時的碼率；P為轉速n時的仟米。
以一個工業(yè)制造業(yè)鍋臺使用的22KW鼓風機作為例子。運行工?仍以24鐘頭接連著運行,當中?日11鐘頭運行在90％重量（周率按46Hz籌算,檔扳調解時電機碼率按98％籌算）,13鐘頭運行在50％重量（周率按20Hz籌算,檔扳調劑時電機碼率按70％籌算）；全年運行時間(Time)在300天為籌算根據。
則變頻調速時?年的節(jié)電量為：W1=22×11×[1-（46/50）3]×300＝16067KW/h
W2=22×13×[1-（20/50）3]×300＝80309KW/h
Wb＝W1+W2＝1452+21780＝23232KW/h
相比較,節(jié)電量為：W＝Wb－Wd＝96376-23232＝73144KW/h
?度電按0.5元籌算,則使用變頻調速?年可節(jié)省電費3.657萬元。某廠子離心式水泵系數為：離心泵幸虧6SA-8,定量標量53.5L/s,揚程50m；所配電機Y200L2-2型37KW。對水泵施行閥門掌控和電機調速掌控的境?下的實測數字記述怎樣：
標量L/s時間(Time)（h）耗損電網輸?[exportation]電能（KW/h）
47233.2×2＝66.428.39×2＝56.8
40830×8＝24021.16×8＝169.3
30427×4＝10813.88×4＝55.5
201023.9×10＝96.
思量24653.4378.3
比較的下面,在一天(OneDay)內變頻調速可比閥門節(jié)流掌控節(jié)約275.1KW/h的電量,節(jié)電率達42.1％。
5、終結語
風機、泵類等配置使用變頻調速技能完成節(jié)省能源運行時中國節(jié)省能源的一個重心普極技能、收取國家(GuoJia)官方的廣泛注重,《中國民眾共和國節(jié)省資源法》第39條就把它列為通用技能進行普極。時間(Time)證實,變頻器用在風機、泵類配置驅動掌控場次獲取了明顯的節(jié)電作用,是一類理想[perfection]的調速掌控方法,既提升了配置速率,并滿意了制造技?請求,而且故而而大大遞減了配置保護、修理花費,還下降了停產周期。直接和暗地財經作用非常顯然,配置一回性注資一般能夠在9個月到16個月的制造中所有收取。
空氣離心壓縮機，是目前許多大型空分裝置必備的設備，用戶一般選擇同步電動機作為原動機。在用戶現場開車啟動時，壓縮機的增速機因振動幅值在很短的時間（近20s）內超標，致使連鎖停機。筆者曾在某現場多次參加大型空氣壓縮機的試車工作，因為同步電機啟動瞬間壓縮機的增速機振幅達到237μm以上，報警連鎖停機，致使工期拖后5個月之久。通過試車啟動時采用高性能監(jiān)測站，利用測試啟動沖擊振值高點和轉速之間的關系，確認安全地連鎖停機延時時間，解決了機組啟動問題。
1 機組參數及布置
1.1 機組參數
空氣壓縮機、增速機、同步電機的型號和參數見表1。表1 機組參數表
參 數
參數值
壓縮機
產品型號
MCL1204-2
標準流量/（Nm3/h ）
153000
進口壓力/MPa（A）
0.099
進口溫度/℃
25
出口壓力/MPa（A）
0.645
出口溫度/℃
85.3
軸功率/kW
13080
轉速/（r/min）
5556
一階臨界轉速/（r/min ）
3293
連鎖停機/μm
120
增速機
生產商
德國 BHS
速比
3.704
齒形
漸開線
同步電機
型號
T15000-4
1.2 機組布置圖
機組布置圖如圖1所示，測點1為增速機大齒輪側測點，測點2為小齒輪側測點，測點3、4為空氣壓縮機驅動端和自由端測點。
圖1 機組布置圖
測振元件為美國本特利公司Bently3300系列元件，振動采集及分析系統采用大連圣力來監(jiān)測技術有限公司監(jiān)測站（PMS），具有啟停機瞬態(tài)響應分析，以及波形、頻譜、軸心軌跡等多種分析功能。
2 空氣壓縮機安裝后試車情況
2008年5月，壓縮機安裝結束后進行開車試運轉，開始階段同步電動機只與增速機連接，單獨跑合，增速機的未濾波的振動幅值在20μm左右，達標。合格后將壓縮機連上，考慮到壓縮機的工況，為了避免因進口面積過小而造成的氣流渦動，同時為了降低電機的啟動負載，將進口導葉開度定為15°[1] 。在同步電動機啟動后19s時，壓縮機轉速4860r/min，測點1的振動幅值超過237μm，連鎖停機。測點3、4的振動幅值20μm，測點2的振動幅值24μm。根據振動分析認為是增速機軸承間隙偏大，造成啟動瞬間油膜不穩(wěn)定而引起振動，頻譜圖見圖2，存在很高能量的低頻振動，決定將增速機的大、小齒輪軸承徑向間隙由原來的0.50mm和0.40mm調整為0.40mm和0.30mm[2] 。
圖2 測點1頻譜圖
為了使機組順利開車，保證工期，應用戶要求將增速機返廠檢查并對大小齒輪進行低速平衡校正。檢查結果：增速機的中心距、齒輪的齒面接觸面積、齒輪大小齒嚙合間隙都符合標準[3]。將大小齒輪的平衡精度在原有的基礎上進行了提高，已達到2.5級。
2008年9月將合格的增速機與壓縮機、同步電動機連接試車。在相同條件下，壓縮機轉速4860r/min，增速機大齒輪未濾波的振動幅值仍達317μm，壓縮機和增速機小齒輪的振動值沒有變化。從以上情況來看，機組振動故障的處理方案沒有解決實質性問題。經反復的分析，認為是否是同步電動機的啟動特性影響了空氣壓縮機的運轉，經分析研究后，采用逼近法[4]，對壓縮機的增速機振動連鎖跳車值做延時處理。
2008年10月，現場將振動連鎖跳車值延時3s后開車。測點1振動值最高仍是317μm報警停車，但是壓縮機的轉速已經達到5001r/min，且振幅值已經大幅下降到機組允許運行值130μm以下，振動趨勢圖見圖3。根據振動的幅值及轉速趨勢分析，如果再將振動連鎖跳車值延時繼續(xù)延長，則可能使振動下降，使轉速逼近同步電動機從異步啟動到牽入同步轉速階段。為了機組的安全，決定再將振動連鎖跳車值延時3s開車，即延時6s。開車啟動瞬間，壓縮機轉速4860r/min時，測點1振動仍然是317μm報警,廠房負壓通風降溫設計，由于延時壓縮機的轉速已經達到5400r/min，離同步電動機的牽入轉速差110r/min。經討論再延時3s，總計9s開車。在啟動后的24s時電機牽入同步，測點1振動降到32μm，壓縮機其他振動測點未濾波的振動幅值最高25μm。軸承溫度最高78℃，試車成功。
圖3 測點1趨勢圖
3 同步電機異步啟動特性
通過5個月時間對空氣壓縮機的運轉試驗表明，同步電機采用異步啟動在牽入同步轉速時會引起振動超標而導致停機。圖4和圖5為同步電動機的轉矩—轉速特性曲線，可以看出，同步電動機采用異步啟動時，首先通過阻尼繞組產生異步轉矩來獲得啟動轉矩。其啟動過程可分為2個階段，即異步啟動階段和牽入同步階段。異步啟動階段與異步電動機啟動過程相似，當電動機的轉速接近同步轉速時，即可在同步轉矩的作用下自行牽入同步。當轉速升高到95%額定轉速時，給轉子線圈通入直流電源，在轉子磁極的瞬間同步轉矩作用下，電機將產生一定程度的振蕩，牽入同步后電機將保持同步轉速不變，振動平穩(wěn)。延長了連鎖停機跳車值后，度過了同步電機異步啟動時的振蕩區(qū)域，從而使振動下降，平穩(wěn)運行 [5-6]。
由于同步電動機動態(tài)過程十分短暫，故要求測試系統具有較高的靈敏度及良好的動態(tài)響應性能，否則將無法測試，當然也不可能獲得準確的數據進行分析。
4 結論
同步電動機在異步啟動到牽入同步階段時,負壓風機價格，會產生很大的振動，與其連接的壓縮機（設備）可能會因受其影響產生較高的振動，以致連鎖停車，應特別指出的是德國 BHS 公司所生產的高速變速機在設計時沒有考慮到驅動機的型式及方法，對選用同步電機作為驅動的啟動特征沒有充分的認識，從而按通用產品設計。當然，這也與國內設計院未能及時提供相關信息有關，如果及時溝通、準備，則能避免或降低這類故障的發(fā)生。根據試驗得到的同步電動機啟動時振動連鎖跳車值延時的方法，解決了這個問題，對現場采用同步電動機的機組啟動過程有一定的幫助和指導作用。
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