鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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浙江降溫設備無蝸殼箱體風機風機、水泵變頻調(diào)速節(jié)能分
摘要: 針對有些客戶不需要離心通風機蝸殼的特殊要求，從蝸殼的功能入手，對幾種不同情況的無蝸殼風機做了對比試驗,得出了簡要的結論。
關鍵詞：通風機 箱體
中圖分類號： TB657 文獻標識碼：B
文章編號 ： 1006-8155(2006)02-0017-03
Abstract: To counter some customers’ special requirement that do not need the centrifugal fan volute, this article introduces, starting with volute function, comparison test for volute less fan with several different cases, and gets the brief solution.
Key words : Fan Volute
1 引言
本文從蝸殼的功能入手，研制了無蝸殼箱體風機。與常規(guī)箱體風機相比，無蝸殼箱體風機不僅制作簡單，而且還節(jié)約空間，降低成本。這就給設計人員提出了一個新課題。
2 理論分析
蝸殼的作用：機殼的任務是將離開葉輪的氣體導向機殼出口 , 并將氣體的一部分動能轉變?yōu)殪o壓。蝸殼中不同截面處的流量是不同的 , 在任意截面處 , 氣體的容積流量與位置角 φ 成正比。一般氣流在蝸殼進口處是沿圓周均勻分布，因此在不同 φ 角截面上的流量 q vφ 可表示為 q vφ = q v 4 （ φ /360°）。 q v 4 為蝸殼進口處流量，通常蝸殼中速度變化不大，氣體密度可認為是定值。若蝸殼的型線能保證氣體自由流動，這時蝸殼壁對氣流就不會發(fā)生作用，那么在不考慮粘性情況下，氣體在蝸殼內(nèi)的運動將遵循動量矩不變定律，即 c u R =常數(shù)。
經(jīng)分析得知，氣體最多 6 次被蝸殼碰撞導至出口，蝸殼很好地收集了氣體。并且氣體在葉輪流向蝸殼時容積變大，一部分動能轉變?yōu)殪o壓。
離心通風機的主要功能是完成氣體的輸送，若無機殼就不可能實現(xiàn)這一功能，無蝸殼也不可能很好地實現(xiàn)葉輪的功效。
3 對比試驗
普通風機與無蝸殼箱體風機的對比，標準4-79-13 № 7A 風機及把該葉輪裝入尺寸為 1020 × 1020 × 880 箱體 1 中的性能對比見表 1 。
表 1
同一個葉輪裝了兩種不同的箱體的對比，見表 2 。
表 2
同一個箱體配兩種不同葉輪的對比，見表 3 。
表 3
箱體與葉輪裝配見圖 1 和圖 2 。其中箱體均由鋁型材框架和夾心面板制成。六面體只有一面敞開，它強制氣流從一個方向流出，并有消聲作用。它與常規(guī)箱體機相比，其制作簡單，節(jié)約空間，降低了成本。圖中 1020 × 1020 × 880 為箱體 1 ； 1060 × 1027 × 880 為箱體 2 。 圖 1
圖 2
結論
（ 1）后向式葉輪直接裝進箱內(nèi)形成的箱體風機， 由于箱體內(nèi)無蝸殼導流，從表 1 ～表 3 中看出整機的全壓效率都很低；同一葉輪在不同風箱時，箱體的大小影響風機的全壓效率，箱體越接近蝸線效率越高；同一箱體的葉輪型線直接影響風機的全壓效率，但在不同葉輪的最高效率點處，流量大致相同。
（ 2 ）從結構上看，這種 箱體風機的進口處于自由吸氣狀態(tài)，若能在箱體內(nèi)加上類似蝸線導流板，該箱體風機的性能一定近似于常規(guī)離心通風機且效率較高。當然導流板得有消聲功能才有意義，其次進出氣流方向只可互成 90°以及不利用雙進氣風機也是風機箱體結構設計中存在的不足，這就給結構設計和材料選擇提出了新的要求 ；另一方面葉輪中心與箱體的相對位置對性能的影響也是下一步的工作重點 。箱體風機的效率直接影響客戶的運行成本。在能源緊張的今天 ,客戶投資考慮的重點也轉移到運行成本上，若能采用這種箱體風機,受益者將不僅是投資者。
能源是國家重要的物質(zhì)基礎，能源的供需矛盾已成為制約我國社會主義經(jīng)濟建設的主要因素之一。在能源問題上國務院提出“節(jié)約與開發(fā)并重”的方針，就是依*技術進步，把節(jié)約能源以解決能源問題作為我國重要的技術經(jīng)濟政策。
據(jù)不完全統(tǒng)計，全國風機、水泵、壓縮機就有1500萬臺電動機，用電量占全國總發(fā)電量的40～50%，這些電動機大多在低的電能利用率下運行，只要將這些電動機電能利用率提高10～15%，全年可節(jié)電300億kW以上。
根據(jù)火電設計規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐的送、引風機的風量裕度分別為5%和5%～10%，風壓裕度分別為10%和10%～15%。設計過程中很難計算管網(wǎng)的阻力、并考慮到長期運行過程中發(fā)生的各種問題，通常總是把工程的最大風量和風壓裕度作為選型的依據(jù)，但風機的型號和系列是有限的，往往選取不到合適的風機型號時就往上*，裕度大于20～30%比較常見。因此這些風機運行時，只有*調(diào)節(jié)風門或風道擋板的開度來滿足生產(chǎn)工藝對風量的要求。風機和水泵的機械特性均為平方轉矩特性，水泵運行時，*閥門的開度調(diào)節(jié)流量來滿足供水要求，工況與風機相似，*調(diào)節(jié)風門、風道檔板或閥門的開度來調(diào)節(jié)風機風量，水泵流量的方法、稱為節(jié)流調(diào)節(jié)，在節(jié)流調(diào)節(jié)過程中，風機或水泵固有特性不變、僅僅*關小風門 、擋板或閥門的開度，人為地增加管路的阻力，由此增大管路工程的損失，不利于風機，水泵的節(jié)能運行。
采用調(diào)速控制裝置，通過改變風機水泵轉速，從而改變風機風量，水泵流量以適應生產(chǎn)工藝的需要，這種調(diào)節(jié)方式稱為風機水泵的調(diào)速控制。風機、水泵以調(diào)速控制方式運行能耗最省，綜合效益最高。交流電機的調(diào)速方式有多種、變頻調(diào)速是高效的最佳調(diào)速方案，它可以實現(xiàn)，風機水泵的無級調(diào)速，并可方便地組成閉環(huán)控制工程、實現(xiàn)恒壓或恒流量控制。
一、風機水泵變頻調(diào)速的節(jié)電原理：
風機水泵在管路特性曲R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風機水泵所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風量（流量）到Q2，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風機水泵的工作點移到R2上的B點，風壓（水壓）增大到H2，這時風機水泵所需的功率正比H2Q2的面積，即近比廣BH2OQ2的面積。顯然風機水泵所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運行成本換取簡單控制方式。
若采用變頻調(diào)速，風機水泵轉速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風機（水泵）所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。
二、風機水源節(jié)能的計算：
風機水泵流量變化量，如前所述，采用變頻調(diào)速是節(jié)電之有效的措施。根據(jù)GB12497對電機經(jīng)濟濟運行管理的規(guī)定有如下的計算公式。
采用檔板調(diào)節(jié)流量對應電動機輸入功率P1V與流量Q的關系為：
P1V≈[0.45+0.55(Q/QN)2]P1e （1）
式中：P1e——額定流量時電動機輸入功率（kW）。
QN——額定流量
三、應用實例：
某水泥廠機立窯離心風機245KW，電機4極、實際用風量為0.6～0.7，準備改造為變頻器驅(qū)動，估算節(jié)電率和投資回收期。
取Q/QN=0.65，由（2）式
由（1）式P1V=〔0.45+0.55(0.65)2〕245
=0.6428×245=157(KW)
采取風門調(diào)節(jié)風量時風機所需的軸功率為157kW，變頻器調(diào)速器調(diào)風量時相對調(diào)節(jié)風門調(diào)風量的節(jié)電率為0.6。
年節(jié)電量，每年按300天計算。
24×306×157×60%=678240KWh≈67.8（萬kWh）
年節(jié)電費（電價0.40元/kWh）
0.4×678240=27萬元
投資回收期:
投資回收期=設備投資總額(元)÷年節(jié)電費(元)
=18÷27=0.67（年）=8（個月）
由此可判定，該水泥廠機立窯離心風機采用變頻器驅(qū)動后，年節(jié)電量67.8萬kWh，年節(jié)電費27萬元，投資回收期8個月，技術經(jīng)濟效益可觀。
該水泥廠訂購了一臺變頻調(diào)速柜、內(nèi)裝森蘭BT40S250kW變頻器一臺，另有空開、熔斷器、電表、指示燈等，價值18萬元。投入運行后，變頻器頻率調(diào)到35Hz左右滿足機窯立風量要求，這時電動機電流210A左右，變頻器輸電壓、298V，實際輸出功率為
P=√3 IVCOφ4=3×210×298×0.9≈97.5kW
與理論計算值157×0.6=94.2kW基本吻合。
通過以上分析可以看出，風機水泵采用變頻器調(diào)速后，節(jié)電效果是明顯的，此外，機械的轉速降低后，機械的磨損減少，使用壽命延長了，間接經(jīng)濟效益也很可觀。
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