1、風機水泵壓縮機變頻調速節能技術講座（三）作 者：國家電力公司熱工研究院自動化所 徐甫榮三、風機變頻調速節能效果的計算方法1 風門開度與風量的關系風機的風門開度(葉片角度)與風量之間的關系是非線性的，不同類型的風機的風門開度(葉片角度)與風量之間的關系也是不一樣的。從圖1、圖2可以看出：離心式風機在不同風門開度時的特性曲線之間的間隔是不均勻的，也就是說其線性度很差；而軸流式風機在不同葉片角度時的特性曲線之間的間隔是比較均勻的，也就是說其線性度較好；不同類型的風機在相同的風門開度(葉片角度)(%)時的風量(%)也是不一樣的。見圖8所示。表1 離心式風機風門開度與風量、風壓和節電率的關系表2 靜葉可

2、調軸流風機的葉片角度和風量、風壓及節電率的關系表3 動葉可調軸流風機的葉片角度和風量、風壓及節電率的關系表4 離心式風機采用不同的擬合法時風門開度與風量的關系就拿離心式風機來說，可以在圖3上畫一條阻力曲線，與不同風門開度的特性曲線的交點即為不同風門開度時的工作點，由各個工作點讀出的風門開度、風量及風壓的關系數據列于表1，不同風門開度與風量之間的關系則畫于圖8。根據圖3、圖4，用同樣的方法可以作出靜葉可調和動葉可調的軸流式風機不同葉片角度與風量之間的關系，其數據列于表2、表3，曲線畫于圖8。圖8 不同類型的風機的風門開度(葉片角度)與風量之間的關系由圖8可以看出，離心式風機的風門開度風量曲線的線

3、性度最差：小風門時，隨著風門的開大，風量增大很快；當風門開度大到50%以上時，風量增大的速度明顯放慢，當風門開度大到75%以上時，風量增大已不太明顯了。而靜葉可調軸流風機的葉片角度風量曲線就要顯得平坦一些了，動葉可調軸流風機的葉片角度風量曲線就接近線性了。并且可以看出，在相同的風門開度(葉片角度)%時，離心式風機的風量最大，其次是靜葉可調軸流風機，而動葉可調軸流風機的風量最小。因此，在相同的風門開度(葉片角度)%時，離心式風機的節電率最小，其次是靜葉可調軸流風機，而動葉可調軸流風機的節電率最大。而在相同的風量時，由于三種風機的軸功率不同(見表4，表5)：離心式風機的軸功率最大，其次是靜葉可調軸

4、流風機，而動葉可調軸流風機的軸功率最小；所以離心式風機的節電率最大，其次是靜葉可調軸流風機，而動葉可調軸流風機的節電率最小。由于大多數風機為離心式風機，所以我們把離心式風機作為重點來討論。在知道了不同工況的風門開度時，就可以用查表的方法求出風量和風壓值，并以此作為節能計算的依據。因為查表的方法比較麻煩，所以也常常用函數逼近的方法來計算，但同時也帶來了誤差。常用的函數逼近方法有開平方法、三角函數法等。開平方法是將風門開度和風量數據都標么化為01(0100%)，再將風門開度數據開平方，即可得到風量數據的標么值(0100%)；三角函數法則先將風門開度數據標么化為a= 00900，風量數據標么化為01

5、(0100%)，再用三角函數q=sina求出對應的風量標么值。離心式風機采用不同的擬合法時風門開度與風量的關系數據見表4，查表法和函數逼近法算出的風門開度/風量的關系均畫于圖9。圖9 離心式風機使用不同的逼近方法時的風門開度與風量的關系曲線由圖9可見，開平方法在小風門段的風量要大于查表法，而在大風門段又小于查表法；三角函數法的全程風量都要低于查表法，并且三角函數法的誤差要大于開平方法。其實即使是用查表法得出的數據也是有誤差的，因為用的是典型的離心式風機的特性曲線，與實際風機的特性曲線還是有差別的，最好使用實際風機的特性曲線，與實際的阻力曲線的交點為工作點得出的數據才是最準確的數據，但是實際的阻

6、力曲線是很難繪出的。風機的特性曲線就好像是人的身份證，其中包含了風機的所有的信息！但是現場很難找到風機的特性曲線，就只能向風機的制造廠家索取了，實在找不到時就只能用典型的離心式風機的特性曲線作為計算的依據了。2 不同風量和不同控制方式時的軸功率由于現場數據調查表中提供的風機軸功率一般不是風機的額定軸功率，而是電動機的額定輸出功率；而用風機的額定風量、風壓和效率來計算風機的額定軸功率，又因為沒有風機效率數據以及給出的風量和風壓數據明顯有誤，所以也不是風機真正的額定軸功率；即使有風機的額定軸功率數據，由于鍋爐(窯爐)的阻力曲線也不能精確計算，所以當風門全開時的風機軸功率與其額定軸功率也會有出入：如

7、風道的阻力過大，則因為風壓增大，會使風機的軸功率超過其額定軸功率；反之如風道的阻力過小，則因為風壓減小，而會使風機的軸功率低于其額定軸功率等等！因為工程中不乏這樣的案例：有的風機在風門全開運行時，其電動機的電流還遠遠小于額定電流；而有的風機在風門開度尚不到50%時，其電動機已因過載而跳閘了。圖10 離心式風機在不同調節方式時的軸功率和效率曲線那么到底應當如何計算當風門全開時的風機軸功率呢？這個數據對于節能計算來說又是至關重要的！很多的節能計算出現較大誤差的原因主要就是不能精確的計算出當風門全開時的風機軸功率。工程上有一種計算方法算出的風門全開時的風機軸功率較為準確，即根據某一風門開度時的電動機

8、運行功率來反推風門全開時的風機運行功率(包括電動機的損耗)。其根據見圖10(左)，并有根據圖10(左)上查出的表5，以及表6。表5 離心式風機系統在不同風量(風門開度)和不同控制方式時的軸功率表6 軸流式風機系統在不同風量(葉片角度)和不同控制方式時的軸功率3 調速范圍的確定當風機采用轉速調節時，其風量和風壓可用比例定律計算，在確定調速范圍時應兼顧風量和風壓的要求，一般這時將風門開到最大，僅用轉速來調節風量，并留有一定的風壓裕量。所以一定要知道生產工藝所要求的最小風壓，作為確定最低轉速的根據。當然，當最小風壓要求低于最小風量要求時，可以風量要求為準。注意：這只是最低轉速，不能作為節能計算的轉速

9、依據；節能計算時應以中心調節頻率為準，中心調節頻率則為最低頻率和額定頻率(50hz)的中心值。如最低調速頻率為30hz，則中心調節頻率為40hz，為額定轉速的80%。4 節能效果的計算風機的調速節能效果計算比較簡單，由于風機系統一般不存在反壓，所以風機調速運行時消耗的電功率可以直接用比例定律求得。注意使用的工頻運行電功率應為采用風門調節時風機實際消耗的電功率，而不是電動機的額定電功率。而轉速也應為中心調節頻率(轉速)，而不是最低(頻率)轉速。關鍵的是要根據風門開度數據測算出準確的風量數據，才能準確算出節電率來。最準確的是根據各種工況下的風量、風壓和電動機電流數據進行計算；其次是根據風機的特性曲

10、線以及風門開度和電流數據進行計算，風門開度決定節電率，而電動機電流的大小則決定節電量；最后就只能根據風門開度數據用查表法和函數逼近法算出風量來，然后根據風量與轉速的一次方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比進行計算了。不論用哪種方法計算，風門開度的準確性都是致關重要的！其次就是風量的計算尤為關鍵，它對計算結果的影響可謂是：“失之毫厘，差以千里”！例如在表4中，開平方法和查表法相比，在45o(50%)風門開度時，其風量的數值相差11%！算出的節電率分別為45.9%和16.5%，相差29.4%！而函數法和查表法相比，在40o(44.4%)風門開度時，其風量的數值相差12.4%！算出的節電率分別為57

11、.4%和27.7%，相差29.7%！當然這是最大誤差，但是對于節電率來說，就是相差3%5%都是非常敏感的，更別說是30%了！對節電量和節約電費以及投資回報來講，則更是有天壤之別了。所以說“失之毫厘，差以千里”是一點也不過分的。所以風量的計算一定要慎之又慎！例4 某電站鍋爐為75t/h循環流化床鍋爐，其送風機(一次風機)為離心式風機，設計裕量較大，在滿負荷時入口風門開度僅為70%(出口風門全開)，每天運行時間為8h；80%負荷時風門開度為55%，每天運行時間為10h；60%負荷時風門開度為45%(低于44%開度時風壓報警)，每天運行時間為6h。試計算變頻調速節能改造后的節能效果。風機參數：額定風

12、壓：22000pa，運行風壓：10000pa，10000pa報警；額定風量：66000m3/h，滿負荷運行風量：55000m3/h。電動機參數：額定功率：560kw，額定電壓：6000v；額定電流：65.4a，滿負荷運行電流：42a；額定轉速：1486r/min；功率因數：0.85；額定效率：95%。解：首先確定調速范圍，風機采用變頻調速時，風門全開，全速運行時輸出額定風壓22000pa，根據比例定律，為保證最低風壓10000pa時的轉速為額定轉速的67.49%，為了留有風壓裕量，最低轉速取額定轉速的70%(1036 r/min)，變頻器的最低輸出頻率為35hz。(a)滿負荷時風門開度為70%

13、，由表1可查得風量約為90%，變頻調節時可在90%轉速下(45hz)運行，此時的風壓為17820pa，滿足最低風壓要求。由表5可查得此時的電動機功率為全風量功率的80%。風機在滿負荷時的運行電流為42a，電動機的功率為：pd=1.7326000420.85= 371kw；當風機在94%轉速運行時，其消耗的電功率為：pb=371kw/0.800.903/0.96=352kw，節省電功率：p=pdpb=371kw352kw=19kw節電率為：p/pd=5.12%。(b)80%負荷時風門開度為55%，由表1可查出風量約為83%，變頻調節時可在83%轉速(41.5hz)下運行，此時的風壓為15150p

14、a，滿足最低風壓要求。由表5可查得此時的電動機功率為全風量功率的73%。風機在80%負荷時的運行電流為40a，電動機的功率為：pd=1.7326000400.85=353kw；當風機在87%轉速運行時，其消耗的電功率為：pb=353kw/0.730.833/0.96=288kw；節省電功率：p=pdpb=353kw288kw=65kw；節電率為：65kw/353kw=18.4%。(c)60%負荷時風門開度為45%，由表1可查出風量約為77%，變頻調節時可在77%轉速(38.5hz)下運行，此時的風壓為13000pa，滿足最低風壓要求。由表5可查得此時的電動機功率為全風量功率的68%。風機在60%負荷時的運行電流為38a，電動機的功率為：pd=1.7326000380.85=335.6kw；當風機在83%轉速運行時，其消耗的電功率為：pb=335.6kw/0.680.773/0.96=234.7kw；節省電功率：p=pdpb=335.6kw234.7kw=100.9kw；節電率為：100.9kw/335.6kw=30.06%。日節電量為：(19kw8h65kw10h100.9kw330