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生產(chǎn)車間降溫設(shè)備_風機、泵類在變頻調(diào)速技能中的運用空氣離心壓

介紹：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(lǐng)域廣發(fā)；其電能耗損是一筆非常大的聲場花費花銷。隨著財經(jīng)?制的不停深入,商業(yè)經(jīng)濟的?場競逐的不停加重；節(jié)省能源降耗已經(jīng)變?yōu)橄陆抵圃旃け尽⑻嵘a(chǎn)品質(zhì)[character]量的要緊方法其中之一。

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(lǐng)域普遍；其電能耗損和譬如閥門、檔扳有關(guān)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(jīng)?制的不停深入,商業(yè)經(jīng)濟的?場競逐的不停加重；節(jié)省能源降耗已經(jīng)變?yōu)橄陆抵圃旃け�、提升產(chǎn)品質(zhì)[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(diào)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(diào)整以極變更轉(zhuǎn)速輸?[exportation],進而下降電機功耗達到和實現(xiàn)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。現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)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(diào)速技能已經(jīng)變?yōu)楫敶娔軅鬟f技能的一個重要目標。杰?的調(diào)速質(zhì)量、明顯的節(jié)電作用,?良現(xiàn)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(xiàn)。

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(jù)制造需用對灶膛壓力、風速、風力、溫度等目標施行掌控和調(diào)解以順應技?請求和運行工?。而最常用的掌控方法卻是調(diào)解風門、檔扳開度的大小來調(diào)解受控對像。如此,無論制造的需要大小,風機都得全速流轉(zhuǎn)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(jù)差異的制造需要常常使用調(diào)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(zhì)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(chǎn)品質(zhì)[character]量。

風機、泵類配置多半使用異?電目的直接驅(qū)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(xiàn)機器毛病時不可霎那舉動保衛(wèi)配置,經(jīng)常顯現(xiàn)泵損傷同一時侯電機同樣被燒滅的現(xiàn)像[phenomenon]。

本年來,由于節(jié)省能源的急切需用和對產(chǎn)品質(zhì)[character]量不停提高的請求,加之使用變頻調(diào)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(qū)動的方法開始逐漸替代風門、檔扳、閥門的掌控方法

變頻調(diào)速技能的基礎(chǔ)元理是依據(jù)電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速。輸進周率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)）；經(jīng)過?動電目的工作電源周率達到和實現(xiàn)?動電機轉(zhuǎn)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(jīng)過液體力學的基礎(chǔ)原理可知：風機、泵類配置都屬平方轉(zhuǎn)矩背負,其轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速成正比,壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比,軸碼率與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)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(wǎng)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(diào)速方法?動水泵的轉(zhuǎn)速n,當標量Q1減少50％至Q2時,那樣管網(wǎng)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(wǎng)嶂礙的境?下,體系滿意現(xiàn)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(diào)解和水泵轉(zhuǎn)速掌控,明顯應用水泵轉(zhuǎn)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(diào)劑時將使體系壓力H升高,這會對管路和閥門的封蓋質(zhì)量產(chǎn)生要挾和損壞；而轉(zhuǎn)速調(diào)解時,體系壓力H將隨泵轉(zhuǎn)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(xiàn)場對水泵標量的需要從100％降至50％時,使用轉(zhuǎn)速調(diào)解將必原來,的閥門調(diào)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(diào)速技能?動泵類、風機類配置轉(zhuǎn)速來掌控現(xiàn)場壓力、溫度、水流位置等其余歷程掌控參量,一樣能夠根據(jù)體系掌控特點繪畫初干系曲線得到以上的比較,結(jié)果。亦既,使用變頻調(diào)速技能?動電機轉(zhuǎn)速的辦法,要比使用閥門、檔扳調(diào)解更加為節(jié)省能源財經(jīng),配置運行工?亦將獲得顯然?良。

肄、節(jié)省能源籌算

關(guān)于風機、泵類配置使用變頻調(diào)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(jù)已經(jīng)知風機、泵類在差異掌控方法下的標量－背負干系曲線和現(xiàn)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,車間排煙系統(tǒng),揚程50m；整備Y225M－4型電目的,定量碼率45KW。泵在閥門調(diào)解和轉(zhuǎn)速調(diào)解時標量－背負曲線如下(同下)圖顯示。依據(jù)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(jù)風機、泵類平方轉(zhuǎn)矩背負干系式：P/P0=(n/n0)3籌算,式中為P0定量轉(zhuǎn)速n0時的碼率；P為轉(zhuǎn)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(diào)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(diào)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(jù)。

則變頻調(diào)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(diào)速?年可節(jié)省電費3.657萬元。某廠子離心式水泵系數(shù)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(diào)速掌控的境?下的實測數(shù)字記述怎樣：

標量L/s時間(Time)（h）耗損電網(wǎng)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(nèi)變頻調(diào)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(jié)語

風機、泵類等配置使用變頻調(diào)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(qū)動掌控場次獲取了明顯的節(jié)電作用,是一類理想[perfection]的調(diào)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(chǎn)周期。直接和暗地財經(jīng)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(shè)備，用戶一般選擇同步電動機作為原動機。在用戶現(xiàn)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(nèi)超標，致使連鎖停機。筆者曾在某現(xiàn)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(zhuǎn)速之間的關(guān)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(shù)及布置

1.1 機組參數(shù)

　　空氣壓縮機、增速機、同步電機的型號和參數(shù)見表1。

表1 機組參數(shù)表

 

參 數(shù)

參數(shù)值

壓縮機

產(chǎn)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(zhuǎn)速/（r/min）

5556

一階臨界轉(zhuǎn)速/（r/min ）

3293

連鎖停機/μm

120

增速機

生產(chǎn)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(cè)測點，測點2為小齒輪側(cè)測點，測點3、4為空氣壓縮機驅(qū)動端和自由端測點,通風降溫方案。


 

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(tǒng)采用大連圣力來監(jiān)測技術(shù)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(jié)束后進行開車試運轉(zhuǎn)，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20&mu,廠房通風;m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(zhuǎn)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(jù)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(diào)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(jié)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(chǔ)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(zhuǎn)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(zhì)性問題。經(jīng)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(zhuǎn)，經(jīng)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(xiàn)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(zhuǎn)速已經(jīng)達到5001r/min，且振幅值已經(jīng)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(jù)振動的幅值及轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速逼近同步電動機從異步啟動到牽入同步轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速4860r/min時，測點1振動仍然是317μm報警，由于延時壓縮機的轉(zhuǎn)速已經(jīng)達到5400r/min，離同步電動機的牽入轉(zhuǎn)速差110r/min。經(jīng)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(zhuǎn)試驗表明，同步電機采用異步啟動在牽入同步轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)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(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩來獲得啟動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，即可在同步轉(zhuǎn)矩的作用下自行牽入同步。當轉(zhuǎn)速升高到95%額定轉(zhuǎn)速時，給轉(zhuǎn)子線圈通入直流電源，在轉(zhuǎn)子磁極的瞬間同步轉(zhuǎn)矩作用下，電機將產(chǎn)生一定程度的振蕩，牽入同步后電機將保持同步轉(zhuǎn)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(tǒng)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(shù)據(jù)進行分析。

4　 結(jié)論

　　同步電動機在異步啟動到牽入同步階段時，會產(chǎn)生很大的振動，與其連接的壓縮機（設(shè)備）可能會因受其影響產(chǎn)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(chǎn)的高速變速機在設(shè)計時沒有考慮到驅(qū)動機的型式及方法，對選用同步電機作為驅(qū)動的啟動特征沒有充分的認識，從而按通用產(chǎn)品設(shè)計。當然，這也與國內(nèi)設(shè)計院未能及時提供相關(guān)信息有關(guān)，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(jù)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(xiàn)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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