变频调速技术在风机及泵类应用中的节能分析

　　在煤炭生产中，风机、泵类设备应用范围广泛；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的7~ 25，是一笔不小的生产费用开支。随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧；节能降耗业己成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之而80年代初发展起来的变频调速技术正是顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个全新的智能电机时代。一改普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。

　　目前，变频调速技术己经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。的调速性能、显著的节电效果，改善现有设备的运行工况，提高系统的安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命等优点随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现。

　　2综述通常在生产中，根据生产需要对风速、风量等指标进行控制和调节以适应生产要求和运行工况。而常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，以风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。

　　泵类设备在生产中大量应用，提水泵站、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、齿轮泵、柱塞泵等设备。而且，根据不同的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样，不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏；还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。

　　风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。

　　近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。

　　变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60/（1―s）/p（n、/s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是风机都要全速运转而运行1工况的变化则。使得漏lishij基于上述原晒交-直瓦交电源变换技术，“ne电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。

　　3节能分析通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q压力H以及轴功率P具有如下关系：H*2，*3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。

　　以1台水泵为例，它的出口压头为H（出口压头即泵入口和管路出口的静压力差）额定转速为no，阀门全开时的管阻特性为ro，额定工况下与之对应的压力为Hi，出口流量为Qu在现场控制中，通常采用水泵定速运行出口阀门控制流量。当流量从Qi减小50至2时，阀门开度减小使管网阻力特性由r变为n，系统工作点沿方向I由原来的A点移至B点；受其节流作用压力Hi变为历。水泵轴功率实际值（kW）可由公式：p =q.份（n.仇）x1一3得出。其中，p、q、h、n、n分别表示功率、流量、压力、水泵效率、传动装置效率，直接传动为1.假设总效率（n*n）为1，则水泵由a点移至b点工作时，电机节省的功耗为AQiOHi和BQ2OH2的面积差。如果采用调速手段改变水泵的转速《当流量从Qi减小50至Q2时，那么管网阻力特性为同一曲线r系统工作点将沿方向由原来的A点移至C点，水泵的运行也更趋合理。在阀门全开，只有管网阻力的情况下，系统满足现场的流量要求，能耗势必降低。此时，电机节省的功耗为AQiOHi和q32H3的面积差。比较采用阀门开度调节和水泵转速控制，显然使用水泵转速控制更为有效合理，具有显著的节能效果。

　　另外，阀门调节时将使系统压力H升高，这将对管路和阀门的密封性能形成威胁和破坏；而转速调节时，系统压力H将随泵转速n的降低而降低，因此不会对系统产生不良影响。

　　从上面的比较不难得出：当现场对水泵流量的需求从100降至50时，采用转速调节将比原来的阀门调节节省BCH3H2所对应的功率大小，节能率在75以上。

　　与此相类似的，如果采用变频调速技术改变泵类、风机类设备转速来控制现场压力、温度、水位等其他过程控制参量，同样可以依据系统控制特性绘制出关系曲线得出上述的比较结果。亦即，采用变频调速技术改变电机转速的方法，要比采用阀门、挡板调节更为节能经济，设备运行工况也将得到明显改善。

　　4节能计算对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算：根据己知风机、泵类在不同控制方式下的流量一负载关系曲线和现场运行的负荷变化情况进行计算。

　　125*400型离心泵为例，额定流量200.16m3/h，扬程50m；配备Y225M*4型电动机，额定功率45kW.根据运行要求，水泵连续24h运行，其中每天11h运行在90负荷，13h运行在50负荷；全年运行时间在300d. 883万元。

　　根据风机、泵类平方转矩负载关系式：P/P（）=（n/n（））3计算为P（）额定转速n（）时的功率；P为转速n时的功率。

　　以1台使用的22kW鼓风机为例。运行工况仍以24h连续运行，其中每天11h运行在90负荷（频率按46Hz计算，挡板调节时电机功耗按98计算）13h运行在50负荷（频率按20Hz计算挡板调节时电机功耗按70计算）全年运行时间在300d为计算依据。

　　则变频调速时每年的节电量为：80309=96376kW°h挡板开度时的节电量为：物探技术在生产中的应用魏连阳，孙树立，姚金庭（井陉矿务局临城矿，河北临城054300）少钻探工作量，通过采用音频电透视和直流电测深等物探方法，结合钻探预注浆加固底板，安全开采下组煤18个工作面，采出煤量120万t.临城矿为大水矿井，开采下组煤承受奥灰水压1.67~3.73MPa在开采过程中严格执行“以防为主，探水前进、查治结合、综合治理”的方针，同时积极与河北煤炭科学研究所、煤炭科学总院西安分院合作开展物探工作，取得了较好的地质效果。自1997年12月以来，对18个工作面进行了探测工作，安全开采120万t，真正起到了指导生产的作用。

　　1矿井音频电透视和直流电法探测技术1.1音频电透视1.1.1音频电透视工作原理从电性上看，不同岩性的地层其电性不同，在煤系地层中其沉积序列比较清晰，故在原生地层状态下，导电性特征在纵向上有其固定的变化规律，一旦存在构造或含水，地层电性在纵向上都将发生变化。音频电透视技术就是利用专门仪器在井下观察人工场源的分布规律，达到解决地质问题的目的。

　　1.12地电模型矿井音频电透视法以全空间电场分布理论为基础。点电源产生的电场分布特征为Um=IP/ I一供电电流强度，A；Em―电场强度；jm―电流密度；P―均匀空间介质电阻率，。1；根据镜像法，可以求出全空间内任意点的电位表达式为：相比较节电量为：节约电费3657万元。

　　5结束语要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显，设备一次性投资通常可以在9个月到16个月的生产中全部收回。

　　邢矿集团企管办助理工程师。

　　（：2005― 12―28；编辑：刘阐词）实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺