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。
：
羅茨風(fēng)機變(biàn)頻改造後節能量計算
目前羅茨風機在應用時，調節方式有兩種;一種是羅茨風機的輸人口有閥門調節或輸入流量受限制造成流量不均衡,另一種是採(cǎi)用輸出側直接放風的方式。在這裏對兩種方式分别進行變頻改造節能效果分析。根據羅茨風機的負載特性,由於(yú)羅茨風機效率較高,這裏忽略損耗。
1 基本計算公式
2 輸入側(cè)調節方式變(biàn)頻改造節能分析計算
對於(yú)羅茨風機的應用場合來說,工藝要求壓力、流量恒定。由於(yú)改造前採用進風口閥門調節，降低瞭(le)輸入的風壓，因此羅茨風機的進風和出風的壓差保持不變:
採(cǎi)用變頻調速後要保證流量不變，但由於(yú)羅獲風機的進風壓力升高，進風和出風的壓差變小，根據式(2)可知，羅茨風機的消耗功率将随壓力增加量的降低而降低，因此節電率爲
根據理想狀态方程，假定節流不影響輸入風的溫度，則閥(fá)門開放的面積比等於(yú)進風壓力比，即
3 輸出側(cè)調節方式變(biàn)頻改造節能分析計算
系統在工頻下運行，由於(yú)改造前採(cǎi)用出口放風閥門來調節,因此可認爲羅茨風機電機運行在額定工作狀态。採(cǎi)用變頻調速後要保證使用流量不變，關閉排風閥門後,羅茨風機的消耗功率與額定流量的比值爲
在實際計算中，一般很難得到需要的流量數值，因此通過上述計算方法很難計算出節電(diàn)率，但很容易得到輸送管道的管徑、排風管的管徑和排放閥(fá)門的開度，因此可得到：
在上述計(jì)算中未考慮損耗等情況，以上是理論計(jì)算值，實際工況比上述計(jì)算複(fù)雜得多，因此節能率要比計(jì)算值低些。
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人物A:變(biàn)頻控制櫃制造廠(chǎng)家。人物B：使用羅茨風機的企業。
起因：B找A做變(biàn)頻控制櫃(guì)。
A遇到困難：A制造的變(biàn)頻控制櫃，在使用時出現問題，變(biàn)頻器調整爲30HZ，實際運行頻率爲15HZ。並(bìng)發電流過大的情況，額定電流88A，實際電流130A。
解決過程：B有4條生産線，加裝變頻器時，隻開啓瞭(le)2條生産線，現全部開啓4條生産線，變頻器正常工作。也就是說，在空載的情況或者正常負載的情況，變頻器是可以正常工作的。B開啓兩條生産線造成羅茨風機超載運行，變頻器失效。通過空載試運行發現不是變頻器的問題，而是工作環境的問題，問題又來瞭(le)，B爲瞭(le)節約電能，必須開啓兩條生産線，關閉(bì)兩條生産線，還需通過變頻控制櫃控制風量，該如何進行解決呢？
錦工風機小編(biān)建議：1、更換相應壓力的羅茨風機；2、爲羅茨風機加裝洩壓閥，排除超出的壓力。3、更換變(biàn)頻器，變(biàn)頻器有多種，存使用适合的變(biàn)頻器。
羅茨風機的性能與離心風機、泵都不同，羅茨風機如果需要配置變頻器，小編(biān)建議從廠家直接採(cǎi)購，盡量不要選擇變頻控制櫃廠家重新進行制造。如果您有羅茨風機變頻控制櫃的採(cǎi)購問題，可以聯系我們的官方客服熱線
文章
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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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