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二、风机、泵变频节能原理
固定转达速运行的风机和泵类设备为实现工艺要求的流量或压力控制目的,往往采用阀门节流、排空、旁通回流等负荷控制方式,这些控制方式都造成大量的能量损失。先进的变频调速控制方案通过改变风机或泵的转速来实现工艺要求的流量或压力控制目的,无阀门节流损失,亦无排空或旁通回流损失,节省能源消耗。
下面以泵为例,说明变频调速的节能原理。图一和图二给出了阀门调节和变频调速两种控制方式下泵的压力-流量(H-Q)关系及功率一流量(P-Q)关系。“@”+zt8.as2
其中,曲线1是泵在额定转速下的H-Q曲线,曲线25是泵在某一较低速度下的H-Q曲线,曲线3是阀门开度最大时的管路H-Q曲线,曲线4是某一较小阀门开度下的管路H-Q曲线。可以看出,当实际工况流量由Q1下降到Q2时,如果在泵以额定转速运转的条件下调节阀门开度,则工况点沿曲线1由A移动到B;如果在阀门开度最大的条件下用变频器调节泵的转速,则工况点沿曲线3由A点移动到C。显然,B点与C点的流量相同,但C点泵的压头要比B点泵的压头小得多,即是说,泵在变频调速运行方式下,节能效果显著。
图二中曲线5为变频控制方式下泵的P-Q曲线,曲线6为阀门调节式下的P-Q曲线,可以看出,在相同流量下,变频控制方式比阀门调节方式能耗更小,二者之差可由下述经验公式表示:
△P=(0.4+0.6Q/Qe-(Q/Qe)3)Pe
其中,Q为实际负载流量,Qe为额定负载流量,Pe为额定负载功率,△P为功率节省值。
不难看出,当负载流量下降到其额定流量的50%时,节电率将达到57.5%。
三、喘振现象及原因
具有驼峰型特性的压缩机、风机和泵在运行过程中,当负荷减小,负载流量下降到某一定值时,出现工作不稳定现象。这时流量忽多忽少,一会儿向负载排气,一会儿又从负载吸气,发出如同哮喘病人“喘气”的噪声,同时伴随着强烈振动,设备上安装的压力表、流量表等指示仪表大幅度摆动,并引起管道、厂房振动,设备发出周期性的、间断的吼叫声,这种现象称之为喘振。
发生喘振现象的根源是离心压缩机、离心风机、离心泵所具有的驼峰型特性。图三给出了具驼峰型特性的离心鼓风机的工作特性曲线。
图中,曲线1是离心鼓风机在某一转速下的特性曲线,代表出口绝压P2和入口绝压P1之比与风机流量之间的关系,是一个驼峰曲线,驼峰点M处的流量为Qm。曲线2是管路特性曲线,正常工作点为A。可以看出,在驼峰点右铡,工作是稳定的。因为任何偶然因素造成的工作点波动(例如流量增加),对于鼓风机特性曲线1而言,压力会减小,而对于管路特性曲线2而言,压力会增加,这两个相互矛盾的结果最终会使工作点返回到原来的位置,在驼峰点M的左侧,这种情况正好相反,任何偶然因素造成的工作点波动将使沿鼓风机特性曲线1上的压力变化趋势与沿管路特性曲线2上的压力变化趋势具有完全的一致性,其结果加剧了工作点的偏移,使之不能返回到原来的工作点上,鼓风机的工作出现不稳定情况。
因此,驼峰点M右侧的区域为稳定工作区域,驼峰点M左侧的区域为不稳定工作区域。负荷下降使处于驼峰右侧的工作点向驼峰点靠近,工作点越靠近驼峰点M,越会出现工作不稳定的可能性,驼峰型特性是发生喘振现象的主要原因。"@"+zt81 "@"+zt82
四、防喘振控制思想
图四给出了鼓风机在不同转速下的特性曲线,可以看出。转速不同,相应的驼峰点和驼峰流量也不同。转速越低,驼峰点越向左移,驼峰流量越小。把不同转速下的驼峰点连接起来,就构成了一条曲线,曲线右侧为稳定工作区,曲线左侧为喘振区。我们称驼峰流量为极限流量,相应的驼峰点连接曲线被称为喘振极限线。
显然,只要在任何转速下,都能控制鼓风机的流量,使其大于极限流量,则鼓风机便不会发生喘振问题。这就是防喘振控制的基本思想。
考虑到吸入气体的状态如压力、温度、密度等都会引起鼓风机特性曲线的微小变化,因此应考虑一定的安全容量,确保实际工作点不致于太靠近喘振极限,以免发生喘振事故。
常用的流量控制方法有:调速一旁路回流法,调速一排空法,调速一间歇启停法。其中以调速一旁路回流法节能效果最好。
五、变频节能与防喘振控制
如前所述,风机、泵类设备变频调速运行,可以大幅度节省能耗。运行速度越低,压力和流量越小,节能效果越好。但是,流量越小越易进入喘振区,发生喘振事故。因此,为了在节能和防喘振两个方面找到最佳配合点,达到既有最好的节能效果,又不发生喘振这一理想状态,必须考虑变频节能与防喘振的协调控制问题。"@"+zt83图五 变频节能与防喘振协调控制系统"@"
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