煉鋼廠、水泥制造、化纖等行業中都用到羅茨風機。在沒有調速控制之前，一般採用降壓起動，並(bìng)且正常 運行後，電動機全速運行，而風量的大小則通過風門來調節。一般情況下，風門的開度爲50%～80%，電機 隻能是滿負荷運行，電動機的工作效率很低，造成很大浪費。 採用變頻器對羅茨風機進行控制，屬於(yú)減 少空氣動力的節電方法，它和一般常用的調節風門控制風量的方法比較，具有明顯的節電效果。
使用變(biàn)頻器對羅茨風機實行節能改造後的優勢：1、進步功率因素，減少無功功率損耗 2、具有自動節能 控制功能，能根據負載情況自動調整電壓，使電機運行在最高效率狀态下 3、變(biàn)頻器採(cǎi)用低頻輸出額定轉矩，能對羅茨風機實行強有力的控制 4、節約能源，運行本錢降低 5 、延長羅茨風機的使用壽命 6、軟啓動、啓動時無大電流沖擊
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。
羅茨風機作爲工業生産中廣泛應用的基礎工業設備，在鋼鐵、有色金屬、石油、煤炭、化工等諸多工業領域均得到瞭(le)廣泛的應用。羅茨風機作爲工業生産流程中的基礎型設備，通常需要在工業生産的全過程中保持運行，有些情況下在生産停止後仍需繼續運行，這就導緻羅茨風機的運行時間較長，且需要根據生産需要不斷對自身運行狀态進行調節，造成瞭(le)較爲嚴重的能耗問題，因此做好羅茨風機節能工作對我國工業生産有著(zhe)積極的現實意義。本文主要針對羅茨風機的能耗問題，對羅茨風機節能技術及其應用進行瞭(le)簡要的分析與闡述。
2羅茨風(fēng)機(jī)能耗問題的現狀
羅茨風機是一種将旋轉的機械能轉化爲氣體的壓力能和動能的裝置，在實際工業生産中通常用於(yú)氣體的壓縮與輸送，在工業生産的諸多環節都得到瞭(le)廣泛的應用。羅茨風機在工業生産中的持續運行時間一般較長，據統計其耗電量約占全國發電總量的三分之一左右，能耗總量十分可觀。羅茨風機在得到越來越廣泛應用的同時，能耗問題也不斷凸顯，一方面由於(yú)生産企業對羅茨風機節能的重視程度不足，導緻工業生産中羅茨風機輸出功率供大於(yú)求的現象十分普遍，造成瞭(le)嚴重的能耗問題；另一方面羅茨風機在運行過程中，往往需要根據工業生産的需要對氣體的流量、壓力等進行調節，傳統的擋風闆等調節方式通過人爲增加氣體阻力的方式得到預期的氣體流量，造成瞭(le)大量不必要的能耗。
3羅茨風(fēng)機(jī)節能技術及其應用
3.1合理選擇羅茨風(fēng)機(jī)
保證工業生産中相關設備(bèi)的安全平穩運行時羅茨風機選擇的首要原則，一般需要選擇確(què)定羅茨風機的型号、數量、桂格以及轉速等參數。羅茨風機選擇的合理與否，将直接影響羅茨風機的節能效果，一方面羅茨風機的選擇要在滿足工業生産需求的基礎上，留有一定的餘量，防止過負荷時可能造成的羅茨風機損壞，另一方面羅茨風機容量的餘量也不應過大，避免容量過剩帶來的不必要的能量損耗。一般來說，羅茨風機的選擇需要滿足以下原則：
一是選擇的羅茨風機在滿足工業生産(chǎn)所需的最大流量或最大揚程的基礎(chǔ)上，留有合理的餘量，且盡可能使羅茨風機正常工作時的工況點靠近設計工況點，保證羅茨風機運行在設計高效區間内；
二是盡量選用性能曲線不存在“駝峰”現象的羅茨風機，以保證羅茨風機運行時的穩定性與可靠性，如果需要選擇具有“駝峰”現象的羅茨風機，則保證正常運行時的工況點位於(yú)駝峰區域的右側，且壓能低於(yú)零流量時的壓能，以便於(yú)羅茨風機的並(bìng)聯運行；
三是在滿足工業生産(chǎn)流量、揚程需求時，盡量選用結構簡單(dān)、體積較小、重量較輕的羅茨風機，以保證羅茨風機的可靠性，在允許的條件下，盡量選用高轉速羅茨風機，同時注意考慮工業生産(chǎn)環境下羅茨風機的抗腐蝕能力。
3.2調(diào)節羅茨風(fēng)機葉片
羅茨風機葉片的安裝角與羅茨風機運行時的性能曲線有著(zhe)密切的聯系，當葉片安裝角增大時，羅茨風機的流量、揚程以及功耗都相應增加，而當葉片安裝角減小時，羅茨風機的流量、揚程以及功耗都相應減少。羅茨風機葉片安裝角的變化将使得羅茨風機的效率曲線也随之發生改變，當安裝角過大時，羅茨風機的流量遠超實際工業生産需求，通過調節轉速導緻羅茨風機偏離效率最高的最佳工況，産生瞭(le)嚴重的節流損耗，而當安裝角過小時，羅茨風機的流量無法滿足工業生産需求，增加轉速同樣會導緻羅茨風機運行在效率較低的狀态下，造成不必要的能量損耗。根據實際工業生産需求，調節羅茨風機葉片的安裝角度，保證羅茨風機在正常運行時保持在效率較高的區域内，對減少不必要的能量損耗有著(zhe)重要的積極意義。
3.3採用變頻調節
在工業生産中，對氣體流量、壓力等的要求往往不是一成不變的，這就需要在生産流程中根據實際需求對羅茨風機的輸出進行實時的調整。傳統的羅茨風機恒速調節方式是在保持羅茨風機恒速運轉狀态下，通過改變外部管網阻力特性，例如改變風門大小等方式調節羅茨風機的輸出，不僅控制的精度較差，並(bìng)且造成瞭(le)大量能量的不必要浪費。
傳統的羅茨風機變速調節方式主要通過轉子回路串聯電阻以及改變定子電磁特性等方式實現，與羅茨風機恒速調節相比，變速調節改變瞭(le)羅茨風機的轉速，減少瞭(le)不必要的能量損耗，但引入電阻元件後又産生瞭(le)額外的能量損耗。由於工業生産中異步電機是使用最爲廣泛的電機類型，其轉速?c電源頻率成正比，因此通過改變電機電源頻率能夠實現對電機轉速的精準控制，即變頻控制。由於電網中電能頻率保持恒定，因此需要利用變頻器實現電機供電頻率的控制與調節，在選用變頻器時，需要根據實際工業生産需求以及羅茨風機的相關參數進行選取，一要保證變頻器的額定容量不小於羅茨風機的額定功率，並(bìng)留有一定餘量；二要保證變頻器額定電流大於羅茨風機的額定電流，避免變頻器燒毀；三要保證變頻器額定電壓高於羅茨風機的額定電壓，確保羅茨風機正常運行時變頻器能夠可靠穩定地運行。
3.4其他節能措施
3.4.1減小羅茨風(fēng)機(jī)阻力
爲瞭(le)提高羅茨風機的工作效率，應當努力減小羅茨風機對輸出氣體的阻力，一方面要合理設計羅茨風機過流部件的幾何形狀，減小羅茨風機的風阻，另一方面還要保證羅茨風機的葉輪與導葉進口保持對正，進一步減少不必要的羅茨風機阻力。 此外，做好羅茨風機過流部件的防鏽蝕工作也十分必要，保持内表面光明清潔對減小羅茨風機阻力也有著(zhe)積極的作用。
3.4.2提高羅茨風(fēng)機(jī)氣密性
羅茨風機的氣密性是影響羅茨風機輸出性能的重要因素之一，當羅茨風機氣密性欠佳時，爲瞭(le)滿足實際生産對流量、氣壓等的需求，羅茨風機往往需要增加自身輸出，從而造成瞭(le)不必要的能量損耗。爲瞭(le)提高羅茨風機的氣密性，需要在羅茨風機進氣口處加裝密封環，並(bìng)對羅茨風機的漏損情況進行定期檢查，當軸封處、平衡闆處等部位磨損較爲嚴重時，應當及時對磨損部件進行更換。
3.4.3減少羅茨風(fēng)機(jī)機(jī)械損耗
羅茨風機運行過程中的機械損耗也是羅茨風機不必要損耗的重要産生原因，爲瞭(le)減少羅茨風機的機械損耗，一要配置大小适當的軸承，並(bìng)定期加注潤滑油，當軸承磨損較爲嚴重時應及時進行更換；二要確保軸封處填料松緊适當，盡量採用機械密封方式；三要避免腐蝕性氣體的進入，防止葉輪及羅茨風機殼體内壁發生腐蝕，保證羅茨風機内表面的清潔光滑；四是採用開式泵腔設計回收部分葉輪損失能量，進一步提高羅茨風機的效率。
山東錦工有限公司
山東(dōng)省章丘市經濟開發(fā)區
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長(zhǎng)源興爲您講解羅茨風(fēng)機怎樣最節能
羅茨鼓風機節能法寶(bǎo)---變(biàn)頻器
水泥廠是耗電大戶，近幾年來應用變頻器的項目逐日擴大。主要是立窯的三葉羅茨鼓風機、圓盤給料機，予加水成球，螺旋輸送機、粉碎機、破碎機、皮帶輸送機，以及排風扇等。應用後不但節省瞭電費支出，並提高瞭産品質量，亦增加瞭使用上的靈活性，對不同工藝性要求适應性更強，變頻器，節能環保。因此不少立窯爐水泥廠都已選用變頻器對立窯尤其是三葉羅茨鼓風機進行技術改造後，都收到瞭十分顯著的經濟效果，節電率可達30％-50％，改變瞭過去以調節出口（進口）閥門開度，放空閥等一系列方式來調節風壓或風量的生産方式，勞動強度減輕，調節的及時性好，提高瞭産品的合格率，單耗明顯下降，這是個成功的應用範例，值得向大家推薦的。
國内中小城市及縣級水泥廠數以千計，大都是立窯生産(chǎn)水泥的，故大有市場(chǎng)潛在力，若再配上水泥微機配料自動裝置後，更是錦上添花的大好事。
羅茨鼓風(fēng)機的風(fēng)壓是不受風(fēng)機轉速限制的，不論轉速變(biàn)化如何其風(fēng)壓可以保持不變(biàn)。而風(fēng)量則與風(fēng)機轉速成正比的，即Q＝KN
Q：表示風(fēng)量 N：表示風(fēng)機(jī)轉速 K：爲系數
從(cóng)公式可知，風量調節，完全由變(biàn)頻器改變(biàn)電機頻率達到無級變(biàn)速，起到調節風量的效果。
羅茨風機是恒矩負載，其節電率與轉速降成正比即N％=△N％，雖然不同於(yú)一般風機、水泵節電率更高，但因它的功率較大，而且是連續24小時工作的，並(bìng)開動時間亦很長。因此節電潛力大，節電費用高，值得向大家推廣使用變頻器，這一先進的技術成果，投資回收期亦短約在一年内。
羅茨鼓風機進行技術改造後，改變(biàn)瞭(le)過去以調節出口（進口）閥門開度方式來調節風壓或風量的生産方式，勞動強度減輕，調節的及時性好，提高瞭(le)産品的合格率，單耗明顯下降。
系統特點
變(biàn)頻節能技術在水泥廠應用後不但節省瞭(le)電費支出（節電率可達30％-50％），提高瞭(le)産品質量，也增加瞭(le)使用上的靈活性，對不同工藝性要求适應性更強。
避免電機啓動時電流沖擊大和 電網電壓降低，可明顯減少風機葉輪、機殼及軸承的磨損，延長(zhǎng)檢修換件周期和設備(bèi)使用壽命，節約維修費。
關於(yú)先進的回轉爐亦可使用變頻器，例回轉速度的變頻調速系統，爐内尾風，引風的風機，以及其它輔機設備等都有效的採(cǎi)用變頻器這一新技術項目是無可非議的。
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關鍵詞(cí)：高壓變(biàn)頻器 羅茨風機 應用
Abstract: The article introduces the application instances of Fengguang high inverter in Roots Blower ,and analyses the power-saving effect.
Key Words: High voltage inverter Roots blower Application
1 企業介紹
山東魯西化工股份有限公司位於(yú)山東省聊城市，是一家具有百億年産(chǎn)值的上市企業，員工近萬人。公司具有年産(chǎn)合成氨100萬噸、尿素150萬噸、複合肥150萬噸、磷酸二铵15萬噸、硫酸100萬噸的生産(chǎn)能力，擁有10萬千瓦發電機組配套裝置，是集化肥、化工於(yú)一體的綜合性化學工業企業，是目前全國最大的化肥生産(chǎn)企業之一。其下屬企業魯西化工第二化肥廠，位於(yú)聊城市東阿縣，於(yú)1970年開始籌建，1972年建成投産(chǎn)，當時年産(chǎn)合成氨生産(chǎn)能力3000噸,發展到現在，企業總資産(chǎn)億元，占地面積34萬平方米，職工1570餘人，成爲上市公司。
2008年，該公司進一步加大技改投資力度，投資2.5億元對現有生産(chǎn)裝置進行優化。對全系統進行節能平衡改造，甩掉污染嚴重、能耗偏高的工藝。從(cóng)節能降耗、環保角度出發，投資部分技改項目，優化生産(chǎn)裝置，降低成本。
2 廠(chǎng)家工藝流程及現(xiàn)狀
脫硫風機採用的羅茨風機屬於(yú)回轉容積式鼓風機，它的鼓風量與風機轉速成正比，基本不受出風口阻力變化的影響，這種硬風特性決定瞭(le)不允許通過關閉出風口或進風口的辦法來調節風量，而且經過採取優化以上主要工藝環節措施以後,大量過剩風量調節隻能採用旁路，造成風機能量的大量損耗，而且由於(yú)磨損而腐蝕問題突出，旁通閥門需要經常維修。工藝流程設備圖如下所示：
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圖1 工藝流程設備圖
該生産(chǎn)線自投運以來，發現該二系統脫硫風機的問題較大：首先是風機出口的管道振動(dòng)大、噪聲大，雖說經過幾次的技改已有所改善;另外，就目前風機送風量能力遠超生産(chǎn)能力，爲保生産(chǎn)隻能把多餘的通過回流管道接到風機進口去。
採(cǎi)用甲烷化法脫硫除原料氣(qì)中CO、CO2 時, 合成氨工藝流程圖如下：
造氣 ->半水煤氣脫硫 ->壓縮機1段 ->變(biàn)換 -> 變(biàn)換氣脫硫 -> 壓縮機2段 ->脫碳 -> 精脫硫 ->甲烷化 ->壓縮機3，4,5段 ->氨合成 ->産(chǎn)品NH3
原系統設備(bèi)參(cān)數如下表1所示：
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表1
3 改造方案
改造前：原系統6KV高壓開關櫃直接到電(diàn)機，電(diàn)機與風(fēng)機相連。
改造後：在原系統6KV高壓開關櫃後面加入變(biàn)頻器，變(biàn)頻器輸出接電(diàn)機，電(diàn)機再與風機相連。
改造方案原理接線(xiàn)圖(tú)如下圖(tú)2所示。
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圖(tú)2 改造方案原理接線(xiàn)圖(tú)
變頻器配備(bèi)瞭(le)自動旁路櫃，通過KM3、KM4的控制，可自動（或手動）在變頻狀态和工頻狀态之間切換。變頻狀态下, KM3閉合，KM4斷開，變頻器控制電機;工頻狀态下，KM3斷開，KM4閉合，在切換至工頻帶動電機。變頻器可以在重故障時自動切換工頻運行，這樣既保證瞭(le)變頻器正常運行，又避免瞭(le)直接啓動電機大電流對電網的沖擊。現場設備(bèi)如圖3所示：
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圖3 現場設備圖
4 現場運行情況
2008年8月16日，山東聊城魯西化工第二化肥廠和我公司簽訂高壓變(biàn)頻器購貨合同，型号爲JD-BP37-450F。2008年9月30日，開始安裝就位;2008年10月2日，一次調試成功投入運行。整個變(biàn)頻器安裝調試周期都很短，爲系統的正常生産提供瞭(le)有利的保證。
5 節能效果
山東新風光電子科技發展有限責任公司生産的JD-BP37-450F變頻器應用於(yú)4#脫硫羅茨風機進行瞭(le)改造。由於(yú)我廠的每台高壓變頻器在出廠前均經過實際風機負載的整機出廠檢驗和調試，在現場的調試又可以在沒有高壓輸入的情況下調試，因此在經過約一周的施工、安裝和調試後，上電試驗和試運行進行順利，一次投運成功，高壓變頻器一直持續穩定運行。
根據生産情況，風機運行30HZ左右就能滿足瞭(le)生産工藝要求;運行轉速在額定轉速的60%左右。由於電機爲水冷卻，在低轉速下發熱量並(bìng)沒有提高，完全滿足瞭(le)工況運行。
變(biàn)頻改造後節能效果顯著，與原有的工頻驅動方式相比，風機效率穩定在理想的範圍内，電動機能耗大大降低，節約電量可達(dá)37%。特别是機組低負荷運行時，效果更顯著。以下爲節能效果估算：
節能估算條件：是在同一時間段内進行比較，相同生産條件需求下，同一段母線上的兩台羅茨風機，5#羅茨風機工頻運行，4#羅茨風機變頻運行，兩台電動機進行比較節能估算。首先10月份是正常生産時期，10月2日開始投入變頻至今，從此月2日至9日5#電動機耗電能有功功率平均在362KW，而2日投入變頻運行後，2日至9日時4#電動機耗電能有功功率平均在230KW。以上數據不難看出投入變頻後確(què)實起到節能。另外，無功功率也從原來的平均276KVar降到平均爲83KVar左右，大大改善瞭(le)系統的無功補償。
根據以上數據計算，由於(yú)生産使用自備(bèi)發電，以元/kWH的成本價電費，按以下計算公式計算，年節電效益:年節電效益=（工頻時平均功率-變頻時平均功率）×天運行小時數×年運行天數×電費單價，結果如下：
（362kW-230kW）×24小時(shí)/天×300天/年×元/kWH=（萬(wàn)元/年）。
按照保守的計算方法，每年可節電(diàn)費(fèi)近37萬元，具有明顯的經濟效益。
本次羅茨風機配套用風光牌高壓變頻調速系統改造成功後，由於(yú)實現瞭(le)頻率的遠方調節和狀态監控，産品運行可靠、穩定，大錦工改善瞭(le)系統工藝，該公司決定再次採購三套風光牌高壓變頻調速系統用於(yú)另外三台710kW/6KV羅茨風機配套電動機的變頻技術改造。
6 其他效益
6.1 該羅茨風機由於(yú)採用變頻控制，可對風量進行精確(què)控制，而且與閥門控制相比更直觀、方便調節風機風量來滿足生産需要;
6.2 由於(yú)採用瞭(le)變頻技術，電機實現軟啓動，不存在啓動電流沖擊;原來沒有使用變頻器時電機直接啓動，啓動電流高達200-300A，對電機或電網都具有不利的影響。現在使用變頻器軟啓動，啓動電流不高於(yú)額定電流46A,減少瞭(le)風機出口壓力瞬間提高對風機的沖擊，從而延長瞭(le)風機和其他設備的使用壽命;
6.3 由於(yú)風機轉速降爲原來的60%，大大減少瞭(le)風機管道振動頻率和噪聲，延錦工機、電機軸承的機械壽命，減少瞭(le)設備的維護量。
6.4 由於(yú)旁通閥門幾乎不操作，減少瞭(le)風道的振動與磨損腐蝕，提高瞭(le)機械壽命。
7 變頻改造總結
根據針對該項目的變(biàn)頻改造經驗以及同類其他項目的實踐結果，總結出風光高壓變(biàn)頻器改造具有以下優點(diǎn)：
（1）安裝簡單(dān)。變(biàn)頻器安裝在高壓開關櫃和電機之間，對原有接線改動不大。
（2）操作簡單(dān)。直觀的中文人機界面，設備(bèi)具有開機、停機和頻率調整等操作。
（3）調(diào)速平滑。能夠進行無級調(diào)速，調(diào)速範圍寬，並(bìng)且調(diào)速精度高。
（5）節電明顯。根據工況要求，變(biàn)頻器一般運行在27Hz左右，實際輸入電流不到額定電流的一半，節電率高達(dá)37%以上。
（6）噪音降低。由於(yú)電(diàn)機運行於(yú)較低轉速上，運行噪音大大降低，電(diàn)機的發熱量也有明顯下降。
（7）保護完善。變頻調速系統具有完善的保護功能，降低瞭(le)電機運行中的故障率，並(bìng)且啓動平穩，啓動電流小，對電網的沖擊量小，大大提高瞭(le)可靠性。輸出諧波小。變頻器輸出符合IEEE STD 519 1992及中國供電部門對電壓失真最嚴格的要求，高於國标GB/T14549-93對諧波失真的要求，不需要採用輸出電抗器。
（8）具有星點漂移功能。三相輸出採(cǎi)用單元串聯結構，在運行中，如果有任意三個單元以内出現故障，變(biàn)頻器本身會自動旁路，同時變(biàn)頻器主控系統具有星點漂移功能，使三相輸出線電壓保持平衡，不會對電動機造成不利影響。
8 結束語
從現場運行情況來看，山東新風光電子科技發展有限公司生産的JD-BP37-450F高壓變(biàn)頻器性能優越，運行可靠，有效地降低瞭(le)生産成本，在生産材料成本日益增長的今天，通過有效的節能改造，具有明顯的經濟效益。
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