风机节能潜力分析及对策(上篇)

　　M机7节能潜力分析及对策上篇风机是用于排送气体的机械的总称，根据其排气压力p的高低，分为通风机（P15000Pa）、鼓风机（15000Pa<风机产品的品种分为离心式压缩机、轴流式压缩机、离心式鼓风机、罗茨鼓风机、叶式鼓风机、离心式通风机和轴流式通风机共7大类。

　　虽然轴流式压缩机和离心式压缩机的功率较大，如国内生产的轴流式压缩机的功率大可达38265kW，离心式压缩机的大功率可达16000kW.但是台数很少，风机的主要产品应该是量大面广的通风机。

　　所以，风机产品的节能潜力分析和对策，其重点要放在通风机产品。

　　风机在节能中的地位和作用据1990年不完全统计，全国风机的拥有量约400万台，正在使用的约285万台。这些风机绝大多数采用电动机驱动，素有“电老虎”之称，因而风机的节能具有十分重要的意义。

　　据1982年原机械工业部调查，风机用电约占全国发电量的10；据1988年原冶金部的规划资料，我国金属矿山的风机用电量占采矿用电的30；钢铁工业的风机用电量占其生产用电的20；煤炭工业的风机用电量占全国煤炭工业用电的17.冶金工业以沈阳冶炼厂为例，风机用电量占该厂用电的25.由此可见，风机节能在国民经济各部门中的地位和作用是举足轻重的。

　　风机节能的国内外现状国内风机节能现状造成风机电耗过大的因素风机内效率低。国内风机行业生产的各类风机，大部分内效率较低。

　　风机系列型谱不全。由于风机，特别是通风机的系列型谱不全，用户选用风机时在产品目录和样本上找不到中国通用机械工业协会风机分会徐常武石雪松适宜的品种和机号，因而被迫选用代用型号的风机，结果导致了多耗电能。

　　风机装置效率低。一是风机的变速机构比较落后。二是调节方法比较落后，大部分还是采用调节。由于上述原因，尽管有的风机内效率较高（达86）但其装置效率并不高。

　　风机的实际的工作点偏离高效率工况点。

　　风机的配套电动机容量选取偏大。

　　管路系统设计不合理，增加了管网阻力，降低了风机使用的效率。

　　风机使用中采用了不适宜的效率低的调节方法，降低了风机的调节效率。

　　管理不善。无严格、科学的开停机规定及措施，过早开机或过晚停机都将造成电能的浪费。

　　据某煤炭公司对148台矿井主通风机的调查，运行效率在70以上的仅占10左右；运行效率低于55的竟达59.据某钢铁联合企业的调查，通风机的平均运行效率只有40左右。某发电厂锅炉鼓引风机的高运行效率只有国内在风机节能工作中采取的主要措施推广使用高效节能风机。改造低效的旧式风机，开发高效的系列化的节能风机，并在国民经济各个领域推广使用，是风机节能根本措施。

　　更换使用中的旧风机，对使用效率低又没有改造价格的风机，采取逐步淘汰的措施。

　　尽可能地采用经济性好的调节方法。

　　利用引进技术开发高效节能风机。经过20多年的努力，风机制造企业对此己做了大量工作。例如，上海鼓风机厂和沈阳鼓风机厂分别引进了德国TLT公司和丹麦诺文科公司的动叶可调轴流通风机技术；成都电力机械厂和沈阳鼓风机厂引进了德国K.K.K公司的静叶可调轴流通风机技术等。

　　GM通用机械国外风机节能现状矿井主通风机节能。美国煤矿使用的主风机以轴流式为主，目前己大量采用运行中可以改变叶片角度的液压式动叶可调轴流式风机，节能效果好。

　　压式动叶调节的轴流通风机，其运行效率可保持在俄罗斯是以使用离心式矿井风机为主的国家。由于致力于改进气动性能，使其大静压效率从72增加到88，平均静压效率从52增压75.矿用局部通风机（局扇）节能。以日本三井三池制作所为代表的低噪声混流式局部通风机，可通过改变叶高和叶片安装角度获得所需要的性能。该风机的高效率接近电厂锅炉鼓、引风机节能国外电厂锅炉鼓、引风机以轴流式为主，其低效率为84，高为90.烧结引风机节能日本荏原公司生产的叶轮能直径为5m的烧结引风机，其全压效率可达90；俄罗斯生产的烧结引风机高效率可达83.高温风机节能英国Sirocco公司生产的高温风机，采用桨式叶轮（无盖盘径向直叶片叶轮），其全压效率可达排尘风机节能德国的研宄结果表明，为避免积灰，叶片宜采用弧面成斜面，叶片角控制在38*58*之内。其全压效率可达87.曝气鼓风机节能瑞士苏尔寿公司生产的超大型离心式曝气鼓风机，其调节范围为额定流量的35~107，多变效率达82.日本川岭崎重工机械会社生产的GM型齿轮组装式鼓风机，其调节范围为65~100，多变效率可达高炉鼓风机节能国外高炉鼓风用的轴流式压缩机，多变效率高达90，采用全静叶可调机械后操作范围扩大到额定流量的55110.离心式压缩机节能有代表性的多轴组装式压缩机是美国英格索兰公司制造的Centac型压缩机，其等温效率可达74.日本日立公司生产的DH型离心压缩机的等温效率己达82.日本神户制钢所在引进美国VC型离心压缩机、改进美国VC离心压缩机的基础上，经过改进制成了大流量半开式三元叶轮，叶轮的绝热效率为9风机节能技术的发展趋势通风机通过应用叶轮、蜗壳等元件的研宄成果，以及进一步提高制造精度，力求使各种通风机的效率平均提高510.有的离心通风机己采用了三元叶轮，效率提高10；大型离心通风机出现了采用较大直径和较窄宽度叶轮、较高转速的高效结构，其高效率可达87以上，效率较高的轴流式通风机，高效率己达92.从而使产品本身就是节能产品。

　　在运行中的调节节能方面，除了采用较先进的动叶可调、双速电动机、液力耦合器及交流电动机的各种方法调速外，对大型通风机又出现了调速节能的新装置一一多级液力鼓风机未来将会大力开展节能型鼓风机的研制工作。如日本对蜗壳及叶轮等通流部分的形状作了适当改进，有效地防止了涡流及流动分离的产生，其绝热效率比原来的鼓风机提高510；瑞士制造的大流量离心式鼓风机，每级均没有进口导叶，其多变效率可达82；日本制造的多级离心式鼓风机，采用进口导叶连续自动调节后，节能率达20；高速单级离心式鼓风机采用高周速、高压比、半开式径向三元叶轮后，其效率可提高10；还有的在鼓风机主轴的另一端设有尾气透平，回收尾气排放时的膨胀功率达到节能目的。

　　高炉煤气余压回收透平发电装置（Top压力能经透平膨胀作功，驱动发电机发电的能量回收装置。

　　该装置既节能，又符合环保要求。目前，该装备发展快、水平高的是日本。

　　离心式压缩机将会越来越多地采用三元流动叶轮，使效率平均提高25.如美国研制出的管线压缩机的三种大流量三元叶轮，叶轮效率可达94~95；日本的单轴多级离心压缩机的效率水平也进一步提高，其首级的大流量半开式三元叶轮的绝热效率达94.其调节方式将会更多地采用汽轮机或燃气轮机驱动，以改变转速来达到节能目的。

　　二、风机节能的途径与潜力风机节能途径与潜力总体上可分为两大类。一类是从产品设计角度来提高风机在设计点和变工况区的效率，尽量使风机本身就是节能产品；另一类是从产品在观场实际运行的情况来尽可能地提高其实际运行效率（有的称其为装置效率）。其总目标都是减少功耗。

　　从产品设计角度来挖掘风机节能潜力，其主要承担者是风机制造厂、与风机专业有关的大专院校及科研院所。设GM通用机械计人员在设计风机新产品时注重的性能指标就是效率（即节能）。从设计方面考虑，提高风机效率的方法有多种，但主要的措施有如下几点：①采用三元流动叶轮，可使在同等流量、压力条件下的风机效率提高5~10；②新型风机设计好之后，为了验证其设计效果，需要制造出风机模型进行试验，若达不到预期效率目标，还要做设计修正、再试验，直至满意为止；③计算机技术善改之后，出现了模拟试验研宄的计算流体技术普级之后，出现了模拟试验研宄的流体动力学方法CFD（ComputationFluidDynamics），只需重新计算一次即可评估改进设计是否有效。虽然也需要一次排能试验，则是为了进一步验证所设计的产品性能。

　　提高风机产品效率毕竟是余地很小，真正节能的巨大潜力还在广大风机用户。

　　风机用户按风机的运行特征是恒速机组成变速机组分别归纳的节能措施如下：恒速机组高效风机替换低效风机小叶轮换大叶轮；截短叶轮外径；减少级数，拆摘叶片减少其数目；前（中、后）导叶控制，静叶可调；改变动叶安装角，动叶可调；台数组合控制，串一并联；ON-OFF开关控制；进口成出口节流；变叶片宽度；变扩压器安装备；联合调节及微机控制等。

　　变速机组变频调整、调压调速、电磁调速、变极对数调速、串级调速（成转子串电阻）、无换向器电动机调速、蒸汽轮机成燃气轮机等原动机的变速、液力耦合器、液力调速离合器、机电一体化装置（如微机控制等）、多级液力变速传动装置（MSVD）及其他（如三角带传动等）。

　　1.管道安装结构设计与节能风机及其系统的节能取决于风机必须是高效率的节能型风机；风机的运行工况必须在所预选而高效率工作区内。

　　因而，必须确定系统的阻力一量关系，为风机给出正确的压力和流量值。

　　急度流场对管道截面上速度和压力分布的影响在气流转弯前后，特别是在它的后面内侧，出现较大的涡压。流线弯曲受离心力的作用，破坏了缓变流条件，静压沿截面不再为常数，流速沿截面的分布就不均匀。在转变处装设导叶能迫使气流沿内壁流动，从而防止了附面层脱体与涡流的产生。这样，既可使流速沿截面的分布均匀，又可减少阻力。

　　急变流均对风机性能的影响风机使用现场常用的调节装置有闸门、蝶阀等。除全开外，在它们之后都将出现涡压。开度越小，涡压越大，而且在主流区沿截面上的流速分布也将出现严重地不均匀。

　　试验表明，在进气箱中用调节叶片（百叶窗式）调节时，风机性能曲线都有以下的共同特点：当调节叶片安装角在0*30*间差别级不大；当调节叶片安装角自0*向30*变化时，效率曲线略向左移，高效率略有下降。

　　所有这些特点都是由于调节后叶轮入口处气流获得正预旋引起的。

　　2.风机的运行调节与节能根据流体力学理论，气体的流动过程将伴随着损失。例如，气体流过节流装置后，气流的压力会相应减少，也就是它们损失了风机的有用功。由于这一切都是在风机输送气体的过程发生的，这就浪费了风机的能量。

　　风机工况点是风机在某一转速下的性能曲线与管网阻力特性线的交点。风机实际运行时，并非永远停留在设计工况点上。它将随用户的需要或外界条件的变化而变化，也就是风机实际上处于变工况下工作。要想使风机的风压或风量达到某一目标值，就需要对风机或管网进行人为地控制，并称调节。通过有效地调节，实现在保证风机能够稳定工作的条件下，既要满足生产对流量或压力的要求，又能大限变地节能。简言之，调节的目的就是满足性能要求，扩大（稳定）工况，实现节能，防止喘振。

　　风机采用不同的调节方式都可达到同一目的，但节能效果各不相同。

　　根据理论分析及实践证明，可得出如下4个方面的结对于鼓风机和压缩机，出口节流调节方式耗功多。

　　尽管相对流量（实际流量0与设计流量0.之比）减少时，功率并相应减少。如当0=0.650.时，所对应的功率减少到原来的80左右，但与其他调节方式相比，耗能仍居首位。

　　如果相对流量变化不大时（或称调节深度小时），几种调节方式耗动差别不大。即调节方式对节能效果影响不大，甚至不仅不节能，反而因调节装置的存在多耗功（如液力耦合器）。

　　要慎重选择调节方式，以期获得大效益。

　　变速调节曲线接近理想曲线。所以，变速调节方式优越，特别是采用变频电动机调速的节能方案为佳，但需要增设变频装置。对于中小容量的变频调速建议积极试用；由于大容量高电压变频调速装置价格较高，应结合具体情况，综合比较，决定取舍。总之，既要考虑调节性能，也要考虑设备初投资、可靠性及经济性等，全面评价调节方式的优劣。（待续）GM通用机械