海南风机变频节能原理
2014-08-07
1. 风机运行曲线
风机运行曲线由图可以说明其节电原理：
图中，曲线（1）为风机在恒定转速n1下的风压一风量（H-Q）特性，曲线（2） 为管网风阻特性（风门全开）。曲线（4） 为变频运行特性（风门全开）
假设风机工作在A点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。如果生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图中看出，风压反而增加，轴功率与面积BH1OQ2成正比。显然，轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到 n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量（Q-H）特性，如曲线（4）所示。可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3随着显着减少，用面积CH3OQ2表示。节省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面积BH1H3C表示。显然，节能的经济效果是十分明显的。
风机在不同频率下的节能率
从流体力学原理得知，风机风量与电机转速功率相关：风机的风量与风机（电机）的转速成正比，风机的风压与风机（电机）的转速的平方成正比，风机的轴功率等于风量与风压的乘积，故风机的轴功率与风机（电机）的转速的三次方成正比（即风机的轴功率与供电频率的三次方成正比）：请看风机定律
频率f(Hz) 转速N% 流量O% 扬程H% 轴功率P% 节电率
50 100% 100% 100% 100% 00%
45 90% 90% 81% 9% 10%
40 80% 80% 64% 2% 80%
35 70% 70% 49% 3% 70%
30 60% 60% 36% 6% 40%
25 50% 50% 25% 5% 5%
根据上述原理可知改变风机的转速就可改变风机的功率。
例如：将供电频率由50Hz降为45Hz，
则P45/P50=453/503=0.729，
即P45=0.729P50将供电频率由50 Hz降为40Hz，
则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50
锅炉风机的变频节能改造：
锅炉的变频节能改造通常是指对锅炉风机的变频节能改造。
锅炉风机在设计时是按最大工况来考虑的，在实际使用中有很多时间风机都需要根据实际工况进行调节，传统的做法是用开关风门、阀门的方式进行调节，这种调节方式增大了供风系统的节流损失，在启动时还会有启动冲击电流，且对系统本身的调节也是阶段性的，调节速度缓慢，减少损失的能力很有限，也使整个系统工作在波动状态；而通过在锅炉风机上加装变频调速器(装置)则可一劳永逸的解决好这些问题，可使系统工作状态平缓稳定，并可通过变频节能收回投资。锅炉的变频改造方案一例如下：
锅炉风机的装机概况：2×75KW，1×55KW。
所有风机均采用一对一（即 一台变频器配一台电机）的配置 方式，保留原工频系统且与变频系统互为备用，一般情况下的调 节方式均为开环调节。
投资与节能：
变频节能系统（装置）在各类调速系统中使用时其节能效果对于单台设备可做到20-55%，在风机这类设备的一般应用的节能效果平均也可做到20-50%，在未受到其它因素的影响的情况下一般可取平均值，这些节能效果平均值是由实际应用中得到，权威性数据可由市场上公开出售的资料（书）查到；通过这些数据再进行一些简单的投资回收率的计算可知：变频节能系统（装置）的投资回收期一般为6-15个月（这是经验值也是权威数据）。
编辑本段故障分析振动故障
风机与电动机之间由联轴器链接，传递运动和转矩。不对中是风机最常见的故障，风机的故障60%与不对中相关。风机的不对中故障是指风机、电动机两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度。风机转子的不对中可以分为联轴器不对中和轴承不对中。风机转子系统产生不对中故障后，在旋转过程中会产生一系列对设备运行不利的动态效应，引起联轴器的偏转、轴承的磨损、油膜稳态和轴的挠曲变形等，不仅使转子的轴颈与轴承的相互位置和轴承的工作状态发生了变化，也同时降低了轴系的固有频率，使转子受力及轴承所受的附加力导致风机的异常振动和轴承的早期损坏，危害极大。对于风机的不对中故障，可以用激光对中仪来解决，方便快捷。
总结风机故障现象及原因，有其规律可循，风机故障按其原因及分类，有以下几种：
设计原因
设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动或自激振动
结构不合理，应力集中
设计工作转速接近或落入临界转速区
热膨胀量计算不准，导致热态对中不良
制造原因
零部件加工制造不良，精度不够
零件材质不良，强度不够，制造缺陷
转子动平衡不符合技术要求
安装维修原因
机械安装不当，零部件错位，预负荷大
轴系对中不良
机器几何参数(如配合间隙、过盈量及相对位置)调整不当
管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度
转子长期放置不当，改变了动平衡精度
未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度
操作运行
工艺参数(如介质的温度、压力、流量、负荷等)偏离设计值，机器运行工况不正常
机器在超转速、超负荷下运行，改变了机器的工作特性
运行点接近或落入临界转速区
润滑或者冷却不良
转子局部损坏或结垢
启停机或升降速过程操作不当，暖机不够，热膨胀不均匀或在临界区停留时间过久
机器劣化原因
长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化
转子局部损坏、脱落或产生裂纹
零部件磨损、点蚀或腐蚀等
配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性质和精度
机器基础沉降不均匀，机器壳体变形。
编辑本段安装准备工作
风机开箱前应检包装是否完整无损，风机的铭牌参数是否符合要求，各随带附件是否完整齐全。
仔细检查风机在运输过程中有无变形或损坏，坚固件是否松动或脱落，叶轮是否有擦碰现象，并对风机各部分零件进行检查。如发现异常现象，应待修复后再使用。
用500V兆欧表测量风机外壳与电机绕组间的绝缘电阻，其值应大于0.5兆欧，否则应对电机绕驵进行烘干处理,烘干时温度不许超过120℃。
准备好风机安装所需的各种材料、工具及场地。
工作开始
1.仔细阅读风机使用说明书及产品样本，熟悉和了解风机的规格、形式、叶轮旋转方向和气流进出方向等；再次检查风机各零部件是否完好，否则应待修复后方可安装使用。
2.风机安装时必须有安全装置以防止事故发生，并由熟悉相关安全要求的专业人士安装和接线。
3.联接风机进出口的风管有单独支撑，不允许将管道重叠重量加在风机的部件上；风机安装时应注意风机的水平位置，对风机与地基的结合面与出风管道的联接应调整，使之自然吻合，不得强行联接。
4.风机安装后，用手或杠杆拨动叶轮，检查是否有过紧或擦碰现象，有无妨碍转动的物品，无异常现象下，方可进行试运转，风机传动装置的外露部份应有防护罩（用户自备）如风机进风口不接管道时，也需添置防护网或其他安装装置（用户自备）。
5.风机所配电控箱必须与对应风机相匹配（指功率、电压、气动方式、控制形式等）。
6.风机接线应由专业电工接线，接线必须正确可靠，尤其是电控箱处的接线编号与风机接线柱上的编号一致对应，风机外壳应可靠接地，接地必须可靠，不能用接零代替接地。
7.风机全部安装后应检查风机内部是否有遗留的工具盒杂物
注意事项
风机外壳或电机外壳的接地必须可靠；
禁止反方向旋转，禁止超额定电流运行，禁止缺相运行；
禁止在运转中维护风机。
编辑本段维护
使用环境应经常保持整洁，风机表面保持清洁，进、出风口不应有杂物。定期消除风机及管内的灰尘等杂物。
只能在风机完全正档情况下方可运转，同时要保持供电设施容量充足，电压稳定，严禁缺相运行，供电线路必须为专用线路，不应长期用临时线路供电。
风机在运行过程中发现风机有异常声、电机严重发热、外壳带电、开关跳闸、不能起动等现象，应立即停机检查。为了保证安全，不允许在风机运行中进行维修。检修后应进行试运转五分钟左右，确认无异常现象再开机运转。
根据使用环境条件不定期对轴承补充或更换润滑油脂（电机封闭轴承在使用寿命期内不必更换润滑油脂），为保证风机在运行过程中的良好的润滑，加油次数不少于1000小时/次，封闭轴承和电机轴承，加油用ZL–3锂基润滑油脂填充轴承内外圈的2/3。严禁缺油运转。
风机应贮存在干燥的环境中，避免电机受潮。风机在露天存放时，应有防雨措施。在贮存与搬运过程中应防止风机磕碰，以免风机受到损伤。
择风机壳主要看冷镀锌板的镀层厚薄。薄的易锈，不宜选用；风机进风罩有镀锌钢板和玻璃2种材质，选用镀锌钢板为好；与之匹配的电机功率有750瓦和1100瓦2种，选择1100瓦的电机为好；风机类型较多，材质有不锈钢、镀锌钢板、铝合金、彩钢板，从性能而言，宜选用不锈钢风叶。风叶造型多种多样，性能好的造型和加工工艺均复杂；转动总成有压铸铝、铸铁2种，相比之下，压铸铝性能较好；百叶窗自动开启装置有离心锤式、重力锤式和风吹式。从经验看，离心锤式较稳定，重力锤式易受积尘影响，启闭易失灵。风吹式主要用于36寸风机。百叶窗主要看其密合性是否优良。
在电力、钢铁、水泥、造纸等行业中大量使用的风机设备，因输送的气体介质中含有大量的硬质粉尘颗粒和酸性气体，这些设备的过流部件，受到强烈的冲刷腐蚀，尤其是其心脏部件叶轮，在其叶片的末端运行线速度达到160米每秒，磨损速度比其它部位更为严重。据统计，使用普通的碳钢或一般耐磨钢16Mn制造的叶轮，一般使用寿命只有半年，最短的只有几十天，虽然使用过各种表面防磨措施如堆焊，喷涂，喷焊、涂覆高分子耐磨材料等，使用寿命也难以得到显着提高。比较常用的方法中，以堆焊使用比较多，效果尚可，一般能使用一年以上而不需要大面积修理。其缺点是由于堆焊输入大量热量，如果控制不好，会导致叶轮变形，而且不能反复修理使用。热喷涂喷焊也有同样的问题，而大大限制了它们的应用。
一种较好的方法是在叶轮活蜗壳便面粘贴或者镶嵌耐磨陶瓷，由于耐磨陶瓷有良好的耐磨性能，可以大大提高分机的耐磨性能。
编辑本段常见故障
水泥行业风机工作介质中常含有一定量大小不等、形状各异的同体颗粒，如除尘系统的引风机、气力输送的鼓风机。由于这些风机是在含尘气流中工作的，气流中的粉尘颗粒既要对风机产生磨损，又要在风机叶片上附着积灰，且这种磨损和积灰都是不均匀的。因而使风机转子的平衡遭到破坏，引起风机振动，缩短风机寿命，严重时可使风机不能正常工作。尤其是风机叶片的磨损最为严重，它不仅破坏风机内的流动特性，且容易引发叶片断裂及飞车等重大事故。
传动部位磨损也是风机普遍存在的问题，其中包括各种轴类、辊类、减速机、电机、泵类等轴承位、轴承座、键槽及螺纹等部位，传统的补焊机加工方法易造成材质损伤，导致部件变形或断裂，具有较大的局限性；刷镀和喷涂再机加工的方法往往需要外协，不仅修复周期长、费用高，而且因修补的材料还是金属材料，不能从根本上解决造成磨损的原因（金属抗冲击能力及退让性较差）；更有许多部件只能采取报废更换，大大增加了生产成本和库存备件，使企业良好的资源优势遭到闲置和浪费。
编辑本段喘振条件
1、风机的工作点落在具有驼峰形Q－H性能曲线的不稳定区域内；
2、风道系统具有足够大的容积，它与风机组成一个弹性的空气动力系统；
3、整个循环的频率与系统的气流振荡频率合拍时，产生共振。
编辑本段应用范围
风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。 风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。
编辑本段调试
风机允许全压起动或降压起动，但应注意，全压起动时的电流约为5~7倍的额定电流，降压起动转距与电流平方成正比，当电网容量不足时，应采用降压起动。（当功率大于11KW时，宜采用降压起动。）风机在试车时，应认真阅读产品说明书，检查接线方法是否同接线图相符；应认真检查供给风机电源的工作电压是否符合要求，电源是否缺相或同相位，所配电器元件的容量是否符合要求。
试车时人数不少于两人，一人控制电源，一人观察风机运转情况，发现异常现象立即停机检查；首先检查旋转方向是否正确；风机开始运转后，应立即检查运转电流是否平衡、电流是否超过额定电流；若不有正常现象，应停机检查。运转五分钟后，停机检查风机是否有异常现象，确认无异常现象再开机运转。
双速风机试车时，应先起动低速，并检查旋转方向是否正确；起动高速成时必须待风机静止后再起动，以防高速反向旋转，引起开关跳闸及电机受损。
风机达到正常转速时，应检测风机输入电流是否正常，风机的运行电流不能超过其额定电流。若运行电流超过其额定电流，应检查供给风机的电压是否正常。
风机所需电机功率是指在一定工况下，对离心风机和风机箱，进风口全开时所需功率较大。若进风口全开进行运转，则电机有损坏的可能。风机试车时最好将风机进口或出口管路上的阀门关闭，运转后将阀门渐渐开启，达到所需工况为止，并注意风机的运转电流是否超过额定电流。
编辑本段未来发展
风机包括通风机、透平鼓风机、罗茨鼓风机和透平压缩机，详细划分包括离心式压缩机、轴流式压缩机、离心式鼓风机、罗茨鼓风机、离心式通风机、轴流式通风机和叶氏鼓风机等7大类。未来风机发展趋势和方向分析如下：
从风机需求特点预测对于使用量大面广的中小型风机，产品结构及制造工艺比较简单，成本也较低，用户主要追求的是高效率、低噪声、长寿命，且价格便宜。另一种是 资金、技术密集型，产品结构复杂，制造周期长，成套性和系统性也强，而且在高压、高温及高速条件下运行，有的甚至在恶劣工况下运行，用户对该类风机各有不同要求。对透平鼓 风机和压缩机及大型通风机，用户主要追求的是高质量、高可靠性、运转平稳且周期长。
从主要领域需求结构预测一般通风换气风机(一般为中小型离心和轴流通风机)使用最广泛，需求量最多，制造厂商也最多。总体讲，这类产品供大于求。特殊用途风机(包括防腐风机、高温风机、耐磨风机、消防排烟风机等)需求量虽然不很大，但因作业环境特殊，需要区别对待，因为主要材质要求较特殊。罗茨鼓风机的最大 特点是当压力在允许范围内调节时，流量变化甚微，压力选择范围宽，具有强制输气特征，主要缺点是噪声较大。通过引进技术、合资及自行开发等，我国已推出噪声较低的三叶罗茨鼓风机，颇受用户欢迎，市场前景较好。透平压缩机(包括离心压缩机、轴流压缩机和轴流-离心复合式压缩机)是重大工程成套装置重要设备，在国民经济中起着重要作用。 对透平压缩机的性能要求既要压力高，又要流量大。随着成套装置大型化，要求透平压缩机参数越来越高。如高炉冶炼装置、大型煤化工装置、大型化肥装置、大型乙烯装置、大型空分装置、天然气管线输送装置及油田注气装置等。这类产品需求量占风机总量很少，但由于重要，以及结构复杂，制造周期长，技术含量高，因此，有比较好的经济效益和社会效益。透平压缩机制造水平代表了风机行业整体水平。
从国内市场容量预测风 机根据不同压力和流量等要求，差异很大。因此，风机需求应按其类型、大小加以区别，按不同行业需求情况来预测。据不完全统计，全国风机产量从1 980年到1996年，年均增长率为13.8%。预计2005年全国风机总产量在260万～290万台之间，201 0年将达310万～325万台。根据风机行业历年统计，预测离心式压缩机2005 年产量为160万～180万台， 2010年将达200万～210万台；轴流压缩机2005 产量为26万台，2010年预计达36万台；透平压缩机和鼓风机2005年市场占有率可达70%左右。
从国外市场预测中国通用机械风机行业协会会员单位2000年出口风机7969台，出口交货值为8115 .7万元。1991年～2000年出口风机总台数为72876台，出口交货总值为74726万元。
全球经济一体化趋势越来越明显，各国经济将进一步互相依存，国际经济合作和交往日趋紧密，国际市场处在大幅度交叉和融合阶段。同时，全球性产业结 构调整步伐正在加快，国际分工规模和深度都出现重大进展，发达国家不断将工业生产转向资本密集型和技术密集型行业，劳动密集型产品向发展中国家和地区转 移。这为我国发挥自身优势，跻身国际市场提供了很好的发展机遇。
国内从20世纪70年代开始引进国外离心压缩机先进技术，经过消化吸收和创新，提高了产品档次。只要保证质量和交货期，利用价格优势，在国际上是有竞争力的。特别是中国加入WTO后，增加风机出口是完全可能的。从历史情况分析，主要出口品种是中小型通风 机以及风机配件。国内生产这类风机的企业，主要差距是表面质量达不到出口要求，若提高外观质量，又具有价格优势，在国外市场的前景是广阔的。从1991 年～2000年风机出口情况看，中小型通风机出口不够稳定，没有明显增长趋势。但随着技术不断进步，预计这类风机出口量会不断增加，预测在 2000年基础上会以5%左右的年均速度递增。
离心式压缩机和鼓风机从1991年到2000年出口有较明显的增加，2000 年已达到87台。主要出口国是印度、巴基斯坦、伊朗、越南等发展中国家。预计这种趋势还会发展，每年可达到100台。
编辑本段种类
风机可分类很多种,如：负压风机,水空调,水帘,屋顶风机等下通风降温设备.这时候就要靠大家如何去选择了,今天笔者在这里简单的说说车间降温的几种方法,希望对大家有所帮助.
负压风机主要是利用空气对流,负压换气的降温原理来进行工作.由安装地点对向大门或者是窗户自然吸入新鲜的空气,迅速将室内的空气排出室外.(这款通风降温设备很不错,如今广泛运用到各各车间工厂里面,受到不少客户的青睐，值得推荐）
冷风机主要利用地下水进行工作,夏天利用水泵把水抽出来,在经过室内的风机盘来达到降温的目的
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