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山東錦工有限公司是一家專業生産羅茨鼓風機、羅茨真空泵、回轉風機等機械設備公司，位於(yú)有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工緻力於(yú)新産品的研發，新産品雙油箱羅茨風機、水冷羅茨風機、油驅羅茨風機、低噪音羅茨風機，赢得瞭(le)市場好評和認可。
泵與羅茨風機是把機械能轉換爲流體壓力能和動能的通用流體機械，在石化、冶金、電(diàn)廠(chǎng)中使用非常普遍，例如，在熱電(diàn)廠(chǎng)中，泵與羅茨風機所消耗的電(diàn)能幾乎占到廠(chǎng)用電(diàn)的70～80%。提高泵與羅茨風機的效率，合理進行節能技術改造，是企業節能減排的重要途徑。
變速調節技術是泵類和羅茨風機普遍採(cǎi)用的一項重要的節能措施，變頻節能改造節能效益和節能量的計算是關系到項目是否具備(bèi)改造可行性的關鍵因素。目前，對變頻調速技術節能效果的分析，多直接運用相似定律，與實測節能效果存在很大誤差。
本文拟分析相似定律的适用範(fàn)圍，探讨切合實際的節能量計算方法，最後通過相關改造項目檢驗其準確(què)性。
2 泵與羅茨風(fēng)機(jī)的相似定律
根據流體力學原理，對(duì)同一台泵與羅茨風機，相似工況之間的性能參(cān)數關系爲：
（1）
式中Q爲流量;n爲轉速;H對(duì)於(yú)泵爲揚程，對(duì)於(yú)羅茨風機爲壓頭;N爲功率。
如圖1，A1點(diǎn)的流量和揚程己知爲QA1和HA1，任一與A1點(diǎn)相似的工況點(diǎn)參(cān)數爲Q和H，則：
（2）
顯然這是一條過原點(diǎn)的抛物線，稱(chēng)爲相似曲線，與A1相似的工況全在這條線上。
相似定律的前提是調節前後工況必須相似，但泵運行時，大多存在靜揚程或背壓。此時，兩種轉速下的工況點(diǎn)不直接滿足相似定律。如圖1所示，管路特性曲線爲h=hp+SQ2，原工況爲A1，對應的轉速爲n1。轉速改變(biàn)爲n2之後，泵與羅茨風機的工況點(diǎn)爲E2，而轉速爲n2時，與A1所對應的相似工況爲A2，顯然A2≠ E2。
該(gāi)負(fù)荷下的節能率通過計算可表示爲：
（3）
該方法在計算節能量時要知道泵與羅茨風機的性能曲線、管路特性曲線，但這些數據在現場(chǎng)很難得到，因此，在實際改造項目中難以採(cǎi)用。
4 基於(yú)額(é)定流量和額(é)定功率的計算法
對羅茨風機、水泵原採(cǎi)用閥門、擋闆進行節流調節，後採(cǎi)用變頻調節，《泵與羅茨風機節能技術》給出瞭(le)一個節能量計算公式：
（4）
式中：PL、Q爲水泵、羅茨風機採(cǎi)用擋(dǎng)闆調節流量時的電機輸入功率和流量;Pe爲水泵、羅茨風機額定功率，kW;Qe爲水泵、羅茨風機額定流量，m3/s。
當(dāng)流量的調節範圍在（0.5-1）Qe時，電機變(biàn)頻調節相比節流調節的節電率k爲：
（5）
式中ηb爲調(diào)速機構(gòu)效率。
将式（4）帶入式（5），即可得到基於(yú)電機功率PL、Pe的變(biàn)頻調速相對於(yú)節流調節的節電率計算公式：
（8）
5 實例計算
某熱電(diàn)公司一次羅茨鼓風機參(cān)數爲：額定風量m?/h，電(diàn)機額定功率2400kW，風門開度30～40%。
5.1 節電量計算
風(fēng)門開度爲30%，羅茨風(fēng)機運行電(diàn)流爲107A，電(diàn)機的功率爲：
PL=1.732×10000×107×0.88=1630.85 kW;
羅茨風機的額定功率與電(diàn)機的額定功率差别較大，因爲在設計時電(diàn)機一般會根據軸功率考慮1.05～1.30的安全系數確(què)定，所以用電(diàn)機的額定功率除以安全系數作爲風門全開時的軸功率，這裏取安全系數爲1.25，則：Pe=2400/1.25=1920 kW
将PL和Pe帶(dài)入式（3-13），節電(diàn)率爲： k=27.14%。
節(jié)電(diàn)量： ΔP=PL×k=1630.85 ×27.14%=442.61 kW
羅茨風(fēng)機在不同風(fēng)門開度下的節電(diàn)情況統計如表1。
5.2 節電(diàn)量計(jì)算結果驗證
表2和表3分别爲工頻和變(biàn)頻的實際抄表數值及平均每小時耗電(diàn)量。
變(biàn)頻後實際節電(diàn)率=（1494-1162）/1494=22.22%
由實際統計數據計算一次羅茨風機變(biàn)頻後的節電(diàn)率爲22.22%，與理論節能量計算結果（23.14%）大緻相符，證明所提出的節能量計算方法是适用的。
6 總結
本文研究瞭(le)泵與羅茨鼓風機相似定律的适用性，提出瞭(le)适用於實際項目節能評價的計算方法，並(bìng)對項目實施後的節能情況進行統計，初步驗證瞭(le)計算方法的可靠性，還需在後續類似項目中進一步驗證。
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山東錦工有限公司是一家專業生産羅茨風機、羅茨鼓風機、回轉式鼓風機等水産養殖曝氣設備公司，位於(yú)有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工緻力於(yú)新産品的研發，新産品雙油箱羅茨鼓風機、水冷羅茨鼓風機、油驅羅茨鼓風機、低噪音羅茨鼓風機，赢得瞭(le)市場好評和認可。産品和服務遠銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。
某卷煙廠除塵房主要負責生産車間機台除塵和煙絲風送，由除塵系統和集塵系統組成，系統採用布袋式除塵器，採用集中集塵並(bìng)由負壓輸送至壓塵機處理。其中集塵器的負壓由兩台22KW的羅茨風機提供，一台用於制絲線集塵，一台用於卷包線集塵。原風機額定功率的設計選型是根據工藝的最大流量來選擇的，按當時的設計思路，風機的選型一般在滿足工藝負荷工作條件下還要增加一定的裕量。但實際運行中，工藝的運行參數随各種因素而發生變化，往往實際運行負荷要比設計的最大流量小得多，造成能源浪費的情況。二、問題的提出根據本系統的運行數據統計，羅茨風機實際使用的功率也僅爲額定功率的70%--75%左右。，即所消耗的電能有20%～25%被浪費掉。因此，對羅茨鼓風機進行節能改造有著(zhe)顯著的經濟和環境效應。三、節能改造方法的確定羅茨風機屬容積回轉式風機，其工作特點是當轉速一定而壓力在允許範圍内加以調節時，流量的變動甚微，轉速和流量之間保持正比的關系。採用旁路調節法不能改變羅茨鼓風機的吸氣量，所以風機始終在滿負荷下運行，無法節能。而改變轉速，使風機吸氣量發生變化，其功率消耗也随之改變。所以，對羅茨鼓風機進行變速調節就可達到節能的目的，而調速方法也較多。若改爲變頻調速方式調節風機風量，即能減少風機電耗的浪費。一）羅茨鼓風機變轉速工作特性1、流量特性羅茨鼓風機的理論流量與轉子轉速的關系式爲羅茨鼓風機的實際流量爲由式（1）和式（2）可知，對每一台具體的羅茨鼓風機，其葉輪外徑、長度和面積利用系數都是一個定值，當可忽略容積效率的變化時，羅茨鼓風機的流量正比於轉速。2、功率特性羅茨鼓風機的軸功率爲由式（1）和式（3）可知，當羅茨鼓風機轉速n變化時，其軸功率與轉速成正比。3、 轉矩特性羅茨鼓風機的轉矩爲由於羅茨鼓風機的軸功率與轉速成正比，因此由式（1）可知，當轉速變化時，轉矩不變，即羅茨鼓風機屬於恒轉矩運行。二）變頻調速的工作原理變頻器調速的原理是将交流順變成直流，平滑濾波後再經過逆變回路，将直流變成不同頻率的交流電，使電機獲得無級調速所需的電壓和頻率，從而直接改變和控制電機的輸出軸功率。羅茨風機的驅動採用交流三相異步電動機，其轉速與電源頻率的關系爲[3]由式（1）可知，轉速與頻率成正比，隻要改變頻率即可改變電動機的轉速，當頻率在0～50Hz的範圍内變化時，電動機轉速調節範圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。因此，決定採用變頻調速技術對羅茨鼓風機進行技術改造，不但可達到節能目的，同時也可提高裝置的自動控制水平。四、羅茨風機的變頻改造一）、硬件設計1、變頻器的選用根據電機容量，選用丹佛斯FC300變頻器。丹佛斯FC300系列變頻器的優點：（1） 調速範圍廣，機械特性硬，精度高，運行可靠；（2） 磁通―電流控制（FCC）功能改善動态響應特性，並(bìng)且優化電動機的控制；（3） 控制不同的負載，具有相應的V/F特性；（4） 變頻器的PID調節器具有較高的品質（參數自整定）可用於簡單的過程控制；（5） 快速電流限制功能（FCL），避免運行中不應有的跳閘；（6）可實現電動機的過壓、欠壓、過熱等功能。2、變頻器控制與調節變頻器可通過在控制櫃門“遠程/本地”開關的切換實現“遠程控制”與“本地控制”。“遠程控制”是在主控室内上位機與變頻器進行數據通信，操作人員可通過觸摸屏的畫面對風機和變頻器的工作電流、頻率、轉速以及啓動、停止、故障等狀态進行實時監控。同時操作人員根據工藝或外界條件的變化，通過改變變頻器的頻率來調節轉速。另外，在風機房内還裝有一個本地控制的機旁操作箱，在風機出現故障時可在電機旁進行操作。爲瞭保證生産的連續運行，在變頻器出現故障後，可将故障變頻器通過旁路櫃隔離，風機電動機可切換爲工頻運行或啓、停控制。二）、PLC與變頻器通訊的實現原除塵系統的配置爲：1套PLC主站（S7-300，315-2DP），1個MP 270觸摸屏，現将兩台羅茨風機的Danfoss FC300變頻器通過現有的PROFIBUS-DP網絡進行PLC和變頻器的通訊，變頻器通過PROFIBUS-DP來實現電機的啓/停和調速控制，並(bìng)把變頻器的實際運行狀态通過PROFIBUS網絡輸送並(bìng)顯示在觸摸屏MP 270，從而達到對羅茨風機的運行控制目的。五、系統調試及運行效果一）系統改造後的調試完成羅茨風機變頻器改進安裝後，並(bìng)投入系統運行前的調試，目的主要是檢查所選擇的變頻器性能、改進方案的功能是否達到設計要求以及滿足實際生産需要。經調試，變頻器性能運行非常穩定，達到設計要求。二）運行效果變頻器經過一個月試運行及投入正常使用後，從實際運行來看，變頻運行狀态比較穩定，滿足設計要求，系統穩定可靠。設備方面由於變頻具有軟啓動功能避免瞭電機啓動時對電機的沖擊損害，轉速的降低，對風機的葉輪、軸承等壽命得以延長，設備運行狀況良好。1、節能效益制絲集塵風機的運行實際工頻大約爲42HZ，工作電流爲32A；卷包集塵風機運行實際工頻大約爲40HZ，工作電流爲34A。根據測定數據可計算有功功率，其公式：P=1.732×U×I×cosα改造前：P1=1.732IV cosα=1.732×380×45×0.85=25.17kW制絲集塵改造後：P2=1.732×380×32×0.85=17.90KW卷包集塵改造後：P3=1.732×380×34×0.85=19.02KW每小時節電P節約=2× P1- P2- P3=13.43kW車間每天兩班生産，工作時間16小時，一個月生産天數20天，一個月可節約電能4296.47 kW。2、設備影響（1） 避免瞭電動機啓動時對電機的沖擊損害及對電網的沖擊；（2） 提高瞭羅茨風機的自動控制能力；（3） 減少瞭羅茨風機及其消聲器等的機械振動、噪聲和沖擊；（4） 由於轉速的降低，羅茨風機的葉輪、軸承等壽命得以延長。六、結束語變頻器控制技術用於羅茨風機控制達到顯著的節電效果，提高瞭設備效率，又滿足瞭生産工藝要求，並(bìng)且因此而大大減少瞭設備維護、維修費用，經濟效益十分明顯。
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