罗茨风机 变频 节能 改造_罗茨风机

罗茨风机 变频 节能 改造：罗茨风机变频改造节能效益分析

　　原标题：罗茨风机变频改造节能效益分析

　　山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机、罗茨真空泵、回转风机等机械设备公司，位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇，近年来，锦工致力于新产品的研发，新产品双油箱罗茨风机、水冷罗茨风机、油驱罗茨风机、低噪音罗茨风机，赢得了市场好评和认可。

　　泵与罗茨风机是把机械能转换为流体压力能和动能的通用流体机械，在石化、冶金、电厂中使用非常普遍，例如，在热电厂中，泵与罗茨风机所消耗的电能几乎占到厂用电的70～80%。提高泵与罗茨风机的效率，合理进行节能技术改造，是企业节能减排的重要途径。

　　变速调节技术是泵类和罗茨风机普遍采用的一项重要的节能措施，变频节能改造节能效益和节能量的计算是关系到项目是否具备改造可行性的关键因素。目前，对变频调速技术节能效果的分析，多直接运用相似定律，与实测节能效果存在很大误差。

　　本文拟分析相似定律的适用范围，探讨切合实际的节能量计算方法，最后通过相关改造项目检验其准确性。

　　2 泵与罗茨风机的相似定律

　　根据流体力学原理，对同一台泵与罗茨风机，相似工况之间的性能参数关系为：

　　（1）

　　式中Q为流量;n为转速;H对于泵为扬程，对于罗茨风机为压头;N为功率。

　　如图1，A1点的流量和扬程己知为QA1和HA1，任一与A1点相似的工况点参数为Q和H，则：

　　（2）

　　显然这是一条过原点的抛物线，称为相似曲线，与A1相似的工况全在这条线上。

　　相似定律的前提是调节前后工况必须相似，但泵运行时，大多存在静扬程或背压。此时，两种转速下的工况点不直接满足相似定律。如图1所示，管路特性曲线为h=hp+SQ2，原工况为A1，对应的转速为n1。转速改变为n2之后，泵与罗茨风机的工况点为E2，而转速为n2时，与A1所对应的相似工况为A2，显然A2≠ E2。

　　该负荷下的节能率通过计算可表示为：

　　（3）

　　该方法在计算节能量时要知道泵与罗茨风机的性能曲线、管路特性曲线，但这些数据在现场很难得到，因此，在实际改造项目中难以采用。

　　4 基于额定流量和额定功率的计算法

　　对罗茨风机、水泵原采用阀门、挡板进行节流调节，后采用变频调节，《泵与罗茨风机节能技术》给出了一个节能量计算公式：

　　（4）

　　式中：PL、Q为水泵、罗茨风机采用挡板调节流量时的电机输入功率和流量;Pe为水泵、罗茨风机额定功率，kW;Qe为水泵、罗茨风机额定流量，m3/s。

　　当流量的调节范围在（0.5-1）Qe时，电机变频调节相比节流调节的节电率k为：

　　（5）

　　式中ηb为调速机构效率。

　　将式（4）带入式（5），即可得到基于电机功率PL、Pe的变频调速相对于节流调节的节电率计算公式：

　　（8）

　　5 实例计算

　　某热电公司一次罗茨鼓风机参数为：额定风量m?/h，电机额定功率2400kW，风门开度30～40%。

　　5.1 节电量计算

　　风门开度为30%，罗茨风机运行电流为107A，电机的功率为：

　　PL=1.732×10000×107×0.88=1630.85 kW;

　　罗茨风机的额定功率与电机的额定功率差别较大，因为在设计时电机一般会根据轴功率考虑1.05～1.30的安全系数确定，所以用电机的额定功率除以安全系数作为风门全开时的轴功率，这里取安全系数为1.25，则：Pe=2400/1.25=1920 kW

　　将PL和Pe带入式（3-13），节电率为： k=27.14%。

　　节电量： ΔP=PL×k=1630.85 ×27.14%=442.61 kW

　　罗茨风机在不同风门开度下的节电情况统计如表1。

　　5.2 节电量计算结果验证

　　表2和表3分别为工频和变频的实际抄表数值及平均每小时耗电量。

　　变频后实际节电率=（1494-1162）/1494=22.22%

　　由实际统计数据计算一次罗茨风机变频后的节电率为22.22%，与理论节能量计算结果（23.14%）大致相符，证明所提出的节能量计算方法是适用的。

　　6 总结

　　本文研究了泵与罗茨鼓风机相似定律的适用性，提出了适用于实际项目节能评价的计算方法，并对项目实施后的节能情况进行统计，初步验证了计算方法的可靠性，还需在后续类似项目中进一步验证。

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罗茨风机 变频 节能 改造：罗茨风机的变频节能改造.doc

　　罗茨风机的变频节能改造

　　摘 要：某卷烟厂除尘房罗茨风机运行时，经常出现欠载状态，部分风量经旁路放空，造成能源严重浪费。通过分析了罗茨风机变转速工作特性和变频调速控制的节能原理，对系统进行变频节能改造。运行实践表明，改造后风机采用变频调速控制运行，性能稳定可靠，能够获得显著的经济效益。

　　关键词：罗茨风机；变频器；节能改造

　　一、前言

　　某卷烟厂除尘房主要负责生产车间机台除尘和烟丝风送，由除尘系统和集尘系统组成，系统采用布袋式除尘器，采用集中集尘并由负压输送至压尘机处理。其中集尘器的负压由两台22KW的罗茨风机提供，一台用于制丝线集尘，一台用于卷包线集尘。原风机额定功率的设计选型是根据工艺的最大流量来选择的，按当时的设计思路，风机的选型一般在满足工艺负荷工作条件下还要增加一定的裕量。但实际运行中，工艺的运行参数随各种因素而发生变化，往往实际运行负荷要比设计的最大流量小得多，造成能源浪费的情况。

　　二、问题的提出

　　根据本系统的运行数据统计，罗茨风机实际使用的功率也仅为额定功率的70%--75%左右。，即所消耗的电能有20%～25%被浪费掉。因此，对罗茨鼓风机进行节能改造有着显著的经济和环境效应。

　　三、节能改造方法的确定

　　罗茨风机属容积回转式风机，其工作特点是当转速一定而压力在允许范围内加以调节时，流量的变动甚微，转速和流量之间保持正比的关系。采用旁路调节法不能改变罗茨鼓风机的吸气量，所以风机始终在满负荷下运行，无法节能。而改变转速，使风机吸气量发生变化，其功率消耗也随之改变。所以，对罗茨鼓风机进行变速调节就可达到节能的目的，而调速方法也较多。若改为变频调速方式调节风机风量，即能减少风机电耗的浪费。

　　一）罗茨鼓风机变转速工作特性

　　1、流量特性

　　罗茨鼓风机的理论流量与转子转速的关系式为

　　罗茨鼓风机的实际流量为

　　由式（1）和式（2）可知，对每一台具体的罗茨鼓风机，其叶轮外径、长度和面积利用系数都是一个定值，当可忽略容积效率的变化时，罗茨鼓风机的流量正比于转速。

　　2、功率特性

　　罗茨鼓风机的轴功率为

　　由式（1）和式（3）可知，当罗茨鼓风机转速n变化时，其轴功率与转速成正比。

　　3、 转矩特性

　　罗茨鼓风机的转矩为

　　由于罗茨鼓风机的轴功率与转速成正比，因此由式（1）可知，当转速变化时，转矩不变，即罗茨鼓风机属于恒转矩运行。

　　二）变频调速的工作原理

　　变频器调速的原理是将交流顺变成直流，平滑滤波后再经过逆变回路，将直流变成不同频率的交流电，使电机获得无级调速所需的电压和频率，从而直接改变和控制电机的输出轴功率。

　　罗茨风机的驱动采用交流三相异步电动机，其转速与电源频率的关系为[3]

　　由式（1）可知，转速与频率成正比，只要改变频率即可改变电动机的转速，当频率在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。因此，决定采用变频调速技术对罗茨鼓风机进行技术改造，不但可达到节能目的，同时也可提高装置的自动控制水平。

　　四、罗茨风机的变频改造

　　一）、硬件设计

　　1、变频器的选用

　　根据电机容量，选用丹佛斯FC300变频器。

　　丹佛斯FC300系列变频器的优点：

　　（1） 调速范围广，机械特性硬，精度高，运行可靠；

　　（2） 磁通―电流控制（FCC）功能改善动态响应特性，并且优化电动机的控制；

　　（3） 控制不同的负载，具有相应的V/F特性；

　　（4） 变频器的PID调节器具有较高的品质（参数自整定）可用于简单的过程控制；

　　（5） 快速电流限制功能（FCL），避免运行中不应有的跳闸；

　　（6）可实现电动机的过压、欠压、过热等功能。

　　2、变频器控制与调节

　　变频器可通过在控制柜门“远程/本地”开关的切换实现“远程控制”与“本地控制”。“远程控制”是在主控室内上位机与变频器进行数据通信，操作人员可通过触摸屏的画面对风机和变频器的工作电流、频率、转速以及启动、停止、故障等状态进行实时监控。同时操作人员根据工艺或外界条件的变化，通过改变变频器的频率来调节转速。

　　另外，在风机房内还装有一个本地控制的机旁操作箱，在风机出现故障时可在电机旁进行操作。为了保证生产的连续运行，在变频器出现故障后，可将故障变频器通过旁路柜隔离，风机电动机可切换为工频运行或启、停控制。

　　二）、PLC与变频器通讯的实现

　　原除尘系统的配置为：1套PLC主站（S7-300，315-2DP），1个MP 270触摸屏，现将两台罗茨风机的Danfoss FC300变频器通过现有的PROFIBUS-DP网络进行PL

罗茨风机 变频 节能 改造：罗茨风机的变频节能改造

　　原标题：罗茨风机的变频节能改造

　　山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨风机、罗茨鼓风机、回转式鼓风机等水产养殖曝气设备公司，位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇，近年来，锦工致力于新产品的研发，新产品双油箱罗茨鼓风机、水冷罗茨鼓风机、油驱罗茨鼓风机、低噪音罗茨鼓风机，赢得了市场好评和认可。产品和服务远销全国各地及东南亚，深受客户好评。

　　某卷烟厂除尘房主要负责生产车间机台除尘和烟丝风送，由除尘系统和集尘系统组成，系统采用布袋式除尘器，采用集中集尘并由负压输送至压尘机处理。其中集尘器的负压由两台22KW的罗茨风机提供，一台用于制丝线集尘，一台用于卷包线集尘。原风机额定功率的设计选型是根据工艺的最大流量来选择的，按当时的设计思路，风机的选型一般在满足工艺负荷工作条件下还要增加一定的裕量。但实际运行中，工艺的运行参数随各种因素而发生变化，往往实际运行负荷要比设计的最大流量小得多，造成能源浪费的情况。二、问题的提出根据本系统的运行数据统计，罗茨风机实际使用的功率也仅为额定功率的70%--75%左右。，即所消耗的电能有20%～25%被浪费掉。因此，对罗茨鼓风机进行节能改造有着显著的经济和环境效应。三、节能改造方法的确定罗茨风机属容积回转式风机，其工作特点是当转速一定而压力在允许范围内加以调节时，流量的变动甚微，转速和流量之间保持正比的关系。采用旁路调节法不能改变罗茨鼓风机的吸气量，所以风机始终在满负荷下运行，无法节能。而改变转速，使风机吸气量发生变化，其功率消耗也随之改变。所以，对罗茨鼓风机进行变速调节就可达到节能的目的，而调速方法也较多。若改为变频调速方式调节风机风量，即能减少风机电耗的浪费。一）罗茨鼓风机变转速工作特性1、流量特性罗茨鼓风机的理论流量与转子转速的关系式为罗茨鼓风机的实际流量为由式（1）和式（2）可知，对每一台具体的罗茨鼓风机，其叶轮外径、长度和面积利用系数都是一个定值，当可忽略容积效率的变化时，罗茨鼓风机的流量正比于转速。2、功率特性罗茨鼓风机的轴功率为由式（1）和式（3）可知，当罗茨鼓风机转速n变化时，其轴功率与转速成正比。3、 转矩特性罗茨鼓风机的转矩为由于罗茨鼓风机的轴功率与转速成正比，因此由式（1）可知，当转速变化时，转矩不变，即罗茨鼓风机属于恒转矩运行。二）变频调速的工作原理变频器调速的原理是将交流顺变成直流，平滑滤波后再经过逆变回路，将直流变成不同频率的交流电，使电机获得无级调速所需的电压和频率，从而直接改变和控制电机的输出轴功率。罗茨风机的驱动采用交流三相异步电动机，其转速与电源频率的关系为[3]由式（1）可知，转速与频率成正比，只要改变频率即可改变电动机的转速，当频率在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。因此，决定采用变频调速技术对罗茨鼓风机进行技术改造，不但可达到节能目的，同时也可提高装置的自动控制水平。四、罗茨风机的变频改造一）、硬件设计1、变频器的选用根据电机容量，选用丹佛斯FC300变频器。丹佛斯FC300系列变频器的优点：（1） 调速范围广，机械特性硬，精度高，运行可靠；（2） 磁通―电流控制（FCC）功能改善动态响应特性，并且优化电动机的控制；（3） 控制不同的负载，具有相应的V/F特性；（4） 变频器的PID调节器具有较高的品质（参数自整定）可用于简单的过程控制；（5） 快速电流限制功能（FCL），避免运行中不应有的跳闸；（6）可实现电动机的过压、欠压、过热等功能。2、变频器控制与调节变频器可通过在控制柜门“远程/本地”开关的切换实现“远程控制”与“本地控制”。“远程控制”是在主控室内上位机与变频器进行数据通信，操作人员可通过触摸屏的画面对风机和变频器的工作电流、频率、转速以及启动、停止、故障等状态进行实时监控。同时操作人员根据工艺或外界条件的变化，通过改变变频器的频率来调节转速。另外，在风机房内还装有一个本地控制的机旁操作箱，在风机出现故障时可在电机旁进行操作。为了保证生产的连续运行，在变频器出现故障后，可将故障变频器通过旁路柜隔离，风机电动机可切换为工频运行或启、停控制。二）、PLC与变频器通讯的实现原除尘系统的配置为：1套PLC主站（S7-300，315-2DP），1个MP 270触摸屏，现将两台罗茨风机的Danfoss FC300变频器通过现有的PROFIBUS-DP网络进行PLC和变频器的通讯，变频器通过PROFIBUS-DP来实现电机的启/停和调速控制，并把变频器的实际运行状态通过PROFIBUS网络输送并显示在触摸屏MP 270，从而达到对罗茨风机的运行控制目的。五、系统调试及运行效果一）系统改造后的调试完成罗茨风机变频器改进安装后，并投入系统运行前的调试，目的主要是检查所选择的变频器性能、改进方案的功能是否达到设计要求以及满足实际生产需要。经调试，变频器性能运行非常稳定，达到设计要求。二）运行效果变频器经过一个月试运行及投入正常使用后，从实际运行来看，变频运行状态比较稳定，满足设计要求，系统稳定可靠。设备方面由于变频具有软启动功能避免了电机启动时对电机的冲击损害，转速的降低，对风机的叶轮、轴承等寿命得以延长，设备运行状况良好。1、节能效益制丝集尘风机的运行实际工频大约为42HZ，工作电流为32A；卷包集尘风机运行实际工频大约为40HZ，工作电流为34A。根据测定数据可计算有功功率，其公式：P=1.732×U×I×cosα改造前：P1=1.732IV cosα=1.732×380×45×0.85=25.17kW制丝集尘改造后：P2=1.732×380×32×0.85=17.90KW卷包集尘改造后：P3=1.732×380×34×0.85=19.02KW每小时节电P节约=2× P1- P2- P3=13.43kW车间每天两班生产，工作时间16小时，一个月生产天数20天，一个月可节约电能4296.47 kW。2、设备影响（1） 避免了电动机启动时对电机的冲击损害及对电网的冲击；（2） 提高了罗茨风机的自动控制能力；（3） 减少了罗茨风机及其消声器等的机械振动、噪声和冲击；（4） 由于转速的降低，罗茨风机的叶轮、轴承等寿命得以延长。六、结束语变频器控制技术用于罗茨风机控制达到显著的节电效果，提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，经济效益十分明显。

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