羅茨風機變頻改造節能效益分析

羅茨風機變頻改造節能效益分析

山東錦工有限公司是一家專業生產羅茨鼓風機、羅茨真空泵、回轉風機等機械設備公司，位于有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工致力于新產品的研發，新產品雙油箱羅茨風機、水冷羅茨風機、油驅羅茨風機、低噪音羅茨風機，贏得了市場好評和認可。

泵與羅茨風機是把機械能轉換為流體壓力能和動能的通用流體機械，在石化、冶金、電廠中使用非常普遍，例如，在熱電廠中，泵與羅茨風機所消耗的電能幾乎占到廠用電的70～80%。提高泵與羅茨風機的效率，合理進行節能技術改造，是企業節能減排的重要途徑。
變速調節技術是泵類和羅茨風機普遍采用的一項重要的節能措施，變頻節能改造節能效益和節能量的計算是關系到項目是否具備改造可行性的關鍵因素。目前，對變頻調速技術節能效果的分析，多直接運用相似定律，與實測節能效果存在很大誤差。
本文擬分析相似定律的適用范圍，探討切合實際的節能量計算方法，最后通過相關改造項目檢驗其準確性。
2 泵與羅茨風機的相似定律
根據流體力學原理，對同一臺泵與羅茨風機，相似工況之間的性能參數關系為：
（1）
式中Q為流量;n為轉速;H對于泵為揚程，對于羅茨風機為壓頭;N為功率。
如圖1，A1點的流量和揚程己知為QA1和HA1，任一與A1點相似的工況點參數為Q和H，則：
（2）
顯然這是一條過原點的拋物線，稱為相似曲線，與A1相似的工況全在這條線上。
相似定律的前提是調節前后工況必須相似，但泵運行時，大多存在靜揚程或背壓。此時，兩種轉速下的工況點不直接滿足相似定律。如圖1所示，管路特性曲線為h=hp+SQ2，原工況為A1，對應的轉速為n1。轉速改變為n2之后，泵與羅茨風機的工況點為E2，而轉速為n2時，與A1所對應的相似工況為A2，顯然A2≠ E2。
該負荷下的節能率通過計算可表示為：
（3）
該方法在計算節能量時要知道泵與羅茨風機的性能曲線、管路特性曲線，但這些數據在現場很難得到，因此，在實際改造項目中難以采用。
4 基于額定流量和額定功率的計算法
對羅茨風機、水泵原采用閥門、擋板進行節流調節，后采用變頻調節，《泵與羅茨風機節能技術》給出了一個節能量計算公式：
（4）
式中：PL、Q為水泵、羅茨風機采用擋板調節流量時的電機輸入功率和流量;Pe為水泵、羅茨風機額定功率，kW;Qe為水泵、羅茨風機額定流量，m3/s。
當流量的調節范圍在（0.5-1）Qe時，電機變頻調節相比節流調節的節電率k為：
（5）
式中ηb為調速機構效率。
將式（4）帶入式（5），即可得到基于電機功率PL、Pe的變頻調速相對于節流調節的節電率計算公式：
（8）
5 實例計算
某熱電公司一次羅茨鼓風機參數為：額定風量265000m?/h，電機額定功率2400kW，風門開度30～40%。
5.1 節電量計算
風門開度為30%，羅茨風機運行電流為107A，電機的功率為：
PL = 1.732×10000×107×0.88=1630.85 kW;
羅茨風機的額定功率與電機的額定功率差別較大，因為在設計時電機一般會根據軸功率考慮1.05～1.30的安全系數確定，所以用電機的額定功率除以安全系數作為風門全開時的軸功率，這里取安全系數為1.25，則：Pe=2400/1.25=1920 kW
將PL和Pe帶入式（3-13），節電率為： k =27.14%。
節電量： ΔP =PL×k = 1630.85 ×27.14%=442.61 kW
羅茨風機在不同風門開度下的節電情況統計如表1。
5.2 節電量計算結果驗證
表2和表3分別為工頻和變頻的實際抄表數值及平均每小時耗電量。
變頻后實際節電率=（1494-1162）/1494=22.22%
由實際統計數據計算一次羅茨風機變頻后的節電率為22.22%，與理論節能量計算結果（23.14%）大致相符，證明所提出的節能量計算方法是適用的。
6 總結
本文研究了泵與羅茨鼓風機相似定律的適用性，提出了適用于實際項目節能評價的計算方法，并對項目實施后的節能情況進行統計，初步驗證了計算方法的可靠性，還需在后續類似項目中進一步驗證。

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