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风机高压变频调速改造及节能原理 |
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作者：《变频器世界》 李凯 |
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摘要：风机在由定速改造调速运行后，在输出相同流量同时节约大量的能源，了解其原理和计算模型。
英文摘要：The wind pump invariableness running to shift running, keep some flux so economize a great deal energy sources. Realize its elements and reckon mode.
关键词：轴功率；风阻特性
1 引言
在产业生产和产品加工制造业中，风机设备应用范围广泛；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、维修用度占到生产本钱的7%~25%，是一笔不小的生产用度开支。随着经济改革的不断深进，市场竞争的不断加剧；节能降耗业已成为降低生产本钱、进步产品质量的重要手段之一。
目前，变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。它的卓越的调速性能、明显的节电效果，改善现有设备的运行工况，进步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 风机的参数及特性
2.1 风机的基本参数
(1) 风量Q?单位时间流过风机的空气量(m3/s，m3/min，m3/h)；
(2) 风压H?当空气流过风机时，风机给予每立方米空气的总能量(kg?m)称为风机的全压Ht(kg?m/m3)，其由静压Hs和动压Hd组成。即Ht=Hs+Hd；
(3) 轴功率P?风机工作有效的总功率，又称空气功率；
(4) 效率η?风机轴上的功率P除往损失掉的部分功率后剩下的风机内功率与风机轴上的功率P之比，称为风机的效率。
2.2 风机的相似理论
风机的流量，运行压力，轴功率这三个基本参数与转速间的运算公式极其复杂，同时风机类负荷随环境变化参数也随之变化，在工程中一般根据风机的运行曲线，进行大致的参数运算，称之为风机相似理论：
Q/Qo=n/no
H/Ho=(n/n0o)2(ρ/ρo)
P/P0=(n/no)3(ρ/ρo)
式中：Q?风机流量；
H?风机全压；
n?转速；
ρ?介质密度；
P? 轴功率。
风量Q与电机转速n成正比，Q∝n；风压H与电机转速n的平方成正比，H∝n2；轴功率P与电机转速n的立方成正比，P∝n3。
2.3 电动机容量的计算 Q?风机风量(m3/s)；
H?风机风压(kg/m2)；
ηr?传动装置的效率，直接传动为1.0，皮带传动为0.9~0.98，齿轮传动为0.96~0.98；
ηF?风机的效率；
102?由kg?m/s变换为kW的单位变换系数。
3 风机调节输出风量的方法
3.1 通过改变风机的管网特性曲线来实现对风机的风量的调节
这种办法是通过调节挡风板的开关程度来实现的，如图1所示。
图1 不同管网的特性曲线风机风量的特性曲线 风机档板开度一定时，风机在管网特性曲线R1工作时，工况点为M1，其风量、风压分别为Q1、H1，其输出流量是Q1。
将风机的挡板关小，管网特性曲线变为R2，工况点移至M2，风量、压力变为Q2、H2，其输出流量是Q2。
将风机的挡板再关小，管网特性曲线变为R3，工况点移至M3，风量、压力变为Q3、H3，其输出流量是Q3。
从上面的曲线分析，通过调速风机档板的开度，管网的特性参数将发生变化，输出流量发生变化，这样就达到了在定速运行时调节风机输出流量的目标。
在调节风机流量的过程中，而风机的性能曲线(H-Q曲线)不变，工况点沿着风机的性能曲线(H-Q曲线)由M1移到M2，特性曲线由R1变为R2，风机输出流量由Q1变为Q2，这种方法结构简单，操纵轻易。目前多数风机都采用这种方法，但是由于风机的内部压力由H1变为H2，这样，在流量减少的同时，压力同时上升，在档板上消耗了大量的无效轴功率，极大地降低了风机的转换效率，浪费了大量的能源。
3.2 通过改变风机叶片的角度来实现对风机的风量调节
当风机管网性能曲线不变时，通过改变风机叶片的角度，使风机的特性曲线(H-Q曲线)改变，工况点将沿着管网特性曲线移动，达到调节风量的目的。
如图2所示，风机叶片角度为α1时，M1点是原来工况点，其风量、风压分别为Q1、H1；风机叶片角度为α2时，风机性能曲线(H?Q曲线)由α1线变为α2线，与管网特性曲线相交于M2，风量、风压变为Q2、H2；风机叶片角度为α3时，风机性能曲线(H?Q曲线)由α2线变为α3线，与管网特性曲线相交于M3，风量、风压变为Q3、H3。图2 不同风机叶片的角度时风机风量的特性曲线 在这种调节风量的方法中，管网特性曲线不变，通过风机叶片角度的变化，调节风机性能(H?Q曲线)，从而达到调节风机风量的目的。
这样，在调低流量的同时，风机内部压力也随之下降，具有很好的节电效果。但是这种方法使风机叶轮结构复杂，调节机构磨损较大。同时，调节叶片角度必须停机进行，无法在需要风机进行连续运行、连续调节的场合。
3.3 通过改变风机的转速来实现对风机的风量调节
在风机的管网特性不变，风机叶片角度不变的情况下，改变风机的转速，使风机的特性曲线(H?Q曲线)平行移动，工况点将沿着管网特性曲线移动，达到调节风量的目的。如图3所示。图3 风机的转速不同时的特性曲线 当风机转速为n1时，风机的风压-风量曲线与管网特性曲线R相交于M1点，其风量、风压分别为Q1、H1,玻璃钢屋顶风机；当风机转速为n2时，风机的风压-风量曲线与管网特性曲线R相交于M2点，其风量、风压分别为Q2、H2。
当风机转速降低，流量降低的同时，风机的压力也同时随之降低，这样，在调低流量的同时，风机内部压力也随之下降，具有极好的节电效果。这种方法不必对风机本身进行改造，转速由外部调节，风机档板可处于全开位置保持不变，并能实现无级线性调节风量，适合于需要风机进行连续运行，连续调节的场合。
4 转速与采用档板调节流量消耗功率的差值
采用改变风机转速和改变管网特性进行风量的调节，在调节相同风量时，其风机的特性曲线(H-Q曲线)变化不同，二种调节方法的运行工况点也不同，其运行的对比如图4所示。图4 风机转速调节与档板调节的特性曲线对比 4.1 在额定流量Q1时
风机档板为额定开度，其管网特性曲线为R1，风机转速为额定转速，其特性曲线为n1，此时风机处于额定出力的状态，转速调节和档板调节的工况点重合，处于M1点，此时两种调节方式的消耗轴功率是相同的。
4.2 在运行中需输出风量Q2时
调节风机转速将风量调为Q2，这时风机的特性曲线(H-Q曲线)平行下移，工况点处于M2点，风机压力变为H2，风压风量同时下降。其消耗的轴功率为：  
（1) 风压变化幅度
速度调节时风压的变化：
H2=H1(n/n0)2(ρ/ρ0 )
档板调节时风压的变化：
Hf＞H1
由于在运行时，用转速调节流量时，H2<
（2) 档板调节与转速调节消耗轴功率的差值：
![]()与Hf≈H1代进上式可得：<br)
△P≈P3 [1-(n/n0)2(ρ/ρ0)]
5 具体事例
湖南华菱涟源钢铁团体田湖公司活性石灰车间，回转石灰窑配套引风机型号为GW-GR168D，额定压力8000Pa，配套电机型号YKK450-2-4，功率500kW，电压为6kV的三相交流异步电动机，风门采用档板调节，正常时回转窑内的负压为100~250Pa，运行档板开度为30%左右。
5.1 工频运行时的测试结果
2005年2月1日?3月2日回转窑引风机工频运行时的测试结果如表1所示：
表1 回转窑引风机工频运行时的测试结果
应用的JZHICON-1A-06/063高压变频器对回转窑风机进行改造后，风机运行于调速状态，6月17日到6月23日变频运行实测数据统计如表2所示。 表2 变频运行实测数据统计
5.3 对其它设备的影响
改为变频调节后，对其它设备的影响有：
(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) 进步了引风机的自动控制能力；
(3) 减少了引风机和高压除尘器的振动；
(4) 由于转速的降低，对风机的叶轮、轴承等寿命得以延长。
5.4 节能效果
石灰车间热 风机回转窑引风机变频调速工况下长时间运行的节能效果：
(1) 引风机运行时间
石灰车间回转窑生产为十二天一个生产周期，十天进行活性石灰生产，二天进行修窑。
(2) 引风机月运转时间
24h×30天×10天/12天=600h
引风机年运转时间：600h×11月=6600h
(3) 变频运行后节电
引风机运行单耗节约量： 280.32kWh-54.5kWh=225.82kWh
2.2 引风机年节约电量
225.82×6600=1490412kWh
(4) 经济效益
石灰车间电价是每花费0.57元/kWh
引风机变频运行每小时节约电费：225.82×0.57=128.72元
引风机变频运行每月节约电费：135492×0.57=77230.44元
引风机变频运行年节约电费：1490412×0.57=849534元
5.5 设备投资回收
JZHICON-1A-06/063高压变频器在引风机上投进运行后，石灰车间回转窑在满负荷生产状况下，引风机每年节约电费达85万元，在一年内即可收回投资本钱。
6 结束语
通过以上分析得出，采用转速进行调节风量时，比用档板调节风量时，节约轴功率为额定转速与运行转速平方值乘以档板运行轴功率消耗值。当风量调节幅度越大，节电效果越高。对我国风机现有的运行状况调查，其中大多数处于大马拉小车的状态，用档板进行运行流量的调节，极大的浪费了电能，若采用调速方式运行，可以大量节约电能，并能在1至2年内收回投资本钱。(end)
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收录时间:2011年01月25日 18:19:03 来源:《变频器世界》 李凯 作者:
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同一台风机(转速也相同的情况下, 在不同地区使用, 性能也可能不一样。
这是因为风机的压力提高能力不仅与风机本身型号、叶轮直径和转速有关,
还与输送气体的介质的密度有关. 在不同地区由于大气压力和大气温度
不同导致空气密度不同, 所以风机的压力提高能力(即性能)也不同.
合肥高新技术产业开发区日前连续对格力电器（合肥）有限公司两大项目进行环境影响评价公示。
据悉，这两大项目总投入24.5亿元。其中，家用节能空调扩建项目位于柏堰科技园内，计划投资7.7亿元，已于10月13日经合肥高新技术产业开发区经济贸易局备案，项目建设约40万平方米的厂房通风降温、成品库、员工宿舍等配套工程，建成后年产节能空调750万台，新增产能450万台。年产70万台/套商用空调项目已于10月13日经合肥高新技术产业开发区经济贸易局备案，总用地面积28万平方米，预计总建筑面积12万平方米，该项目完成后可年产商用空调70万台/套，总投资16.8亿元。
1 引言
离心式引风机是我公司电解生产过程中用来给输送氧化铝的风动溜槽供应高压风的主要设备。全公司3个电解厂共36台功率为37kW的离心式引风机，都是长时间满负荷运行，要消耗巨大的电能。本文简要地从无功就地补偿原理出发，分析了离心式引风机节能效果及为公司节能创汇带来的效益。
2 离心式引风机的工作原理
离心式引风机的驱动电动机型号：Y160L-237kW，电压：380V ，风机所产生的高压风通过管道进入风动溜槽风室。它为铝电解生产过程中输送氧化铝的风动溜槽提供高压风，保证电解槽生产过程中氧化铝的供应，风动溜槽分为走料室和风室，中间通过帆布作为隔层，只要风室内通有高压风，氧化铝就会被高压风吹起沸腾，并顺着风向向前沸腾流动，就可完成氧化铝输送任务。
3 无功就地补偿器的特点
无功就地补偿器系采用日本指月株式会社和ABB电气公司制造的自愈式金属化并联电容器组装而成，每个电容器都有独特的保险装置。具有如下特点：
（1）体积小、质量轻、容量大，适合各种场合的0.4kV、3kV、6kV、10kV各种高低压电动机安装，起到终端补偿的最佳效果；
（2）质量可靠，各种性能指标均符合GB3483-89电气标准；
（3）安全措施齐全，内装放电电阻和独特的保险装置，并具有自愈功能；
（4）整机可按需要的容量组合，以达到最佳的补偿状态；
（5）无投切装置和运转器件，安装简便易行，不影响生产。
4 电动机无功就地补偿原理
4.1 基本原理
无功功率是感性电气设备运行中，与电源间往返交换以建立交变磁场，保证电能转换为其它形式的能或传递的不直接做功的电能。按功率三角形S2＝P2+Q2，式中S为视在功率；P为有功功率；Q为无功功率。P/Q＝cosφ，cosφ为功率因数。
电动机功率因数高低是影响其电流大小及电源索取电能多少的决定因素。而无功功率的多少又直接决定功率因数的高低。在电源变压器的高压或低压侧安装集中补偿器，主要是解决电网的无功，提高电网的功率因数，用电单位内部的电动机和输电线路的无功并没有从集中补偿得到有效的解决。因此，给电动机加装无功就地补偿器很有必要，如图1所示。该无功就地补偿器是由并联电容器组成，它与电动机绕组并联同时投切，以改善电动机和用电线路、设备的功率因数，降低线路电流，减少无功消耗，提高电源变压器负载率
4.2 选型
根据补偿后的要求，将功率因数提高的百分数折算成降低无功功率的百分数，就可以确定补偿器的容量值，根据我公司的要求选定补偿器的容量是16kvar。
4.3 功率因数与线损的关系
流经供电线路的电流I包括有功分量（IP）和无功电流分量（IQ），I2＝IP2+ IQ2
线路功率损耗：△P＝3 I2R＝3（IP2+ IQ2）R＝3 IP2R+ 3IQ2R，当降低功率因数时，无功电流IQ增加，线路损耗也随之增加。功率因数升高时，无功电流IQ减少，线路损耗也随之减少。所以，提高用电的功率因数对节电有重要的意义。功率因数升高或降低与功率损耗的增减关系如表1和表2所示。
基于上述分析，决定首先对风机侧做平衡。平衡后各轴承的振动都明显改善（见表3）。
5 节能分析
根据电力部门出版的相关资料介绍，无功经济当量是每kvar时节电0.08～0.16kW/h，取最低值0.08kW/h，以单台全年300天计算：三班制：7200h×0.08×16kvar＝9216kW·h。电价按0.4元/ kW·h计算，可节约：9216×0.4＝3686.4元，36台每年可节约：36×3686.4＝132710元。这只是带来的直观效益，它对电气方面的益处也是非常可观的。
6 效果分析
（1）改善设备的功率因数，使之提高到92％～97％，降低无功损耗50％～80％，平均节电10％～15％。
（2）提高变压器负载率，经过补偿可以使变压器增容20％～30％。
（3）减小用电单位内部线损，改善电压质量。
（4）可减少输电导线截面积，平均减小线径40％。
（5）延长相关电气的使用寿命，降低维修费用。
（6）一般每kvar补偿器一年可以节电300～500 kW·h ，仅以节电的电费计算，半年至一年即可收回投资。
煤矿安全形势严峻，瓦斯爆炸事故时有发生。我国煤炭消耗占世界的35% ，中国煤炭百万吨死亡率是美国的100倍；全国煤矿特重大事故中有 90% 是瓦斯爆炸事故。我国矿用风机面对安全节能降耗和减排噪声压力，为抑制“两高一资” ( 高污染、高能耗、资源型 ) 。研究和控制及评价考核矿用风机的噪声，是关系我国煤矿安全节能降耗，减排噪声污染和环保的大事。
1 矿用风机噪声的危害
风机是一种通用机械，产量大、用途广、噪声高。目前已成为污染城市、矿山及煤矿的主要噪声源。它不但严重污染环境、影响生产安全和工作效率，还损害健康并造成工伤事故。
2 矿用风机噪声标准
工矿企业噪声标准又称听力保护标准，对听力保护有决定影响的物理参量是：噪声级、频率和工作时间。试验表明：噪声级在85dB(A)以下，对85%的人的听觉及人体没有影响。高频噪声 ( 尤其风机高频的离散声 ) 比低中频噪声对人体的危害更大，这是因为人耳对1000～6000Hz的噪声反应最敏感，通常讲：最“刺耳”。
噪声的作用时间，是指操作工人在噪声环境下工作的时间，对听觉和人体的影响关系极大。允许的噪声是指在工人耳朵位置的稳态A声级或间断噪声级的等效连续A声级。在允许的噪声级中[若以85dB(A)] 每提高3dB，工作时间减半。也就是说，允许的噪声为85dB(A)时，每日接触噪声时间为 8h，而88dB(A)则为4h，依此类推。《煤矿安全规程》规定：作业场所的噪声，不应超过85dB(A)。
3 矿用风机噪声和性能的关系
由相似理论可知，通风机流量、压力、所需功率具有如下关系：
流量 ∝ D 3n ，即流量与直径的立方、转速的一次幂成正比；
压力 ∝ D 2n 2ρ ，即压力与直径的平方、转速的平方和密度的一次幂成正比；
功率 ∝ D 5n 3ρ ，即所需功率与直径的5次方、转速的立方、密度的一次幂成正比。
也就是说，直径不同、转速相同的两台相似通风机，其流量与直径的立方、压力与直径的平方、所需功率与直径的5次方成正比；反之，如果直径相同转速不同，流量、压力、所需功率则分别与转速的1次方、2次方、3次方成正比。通风机的性能与直径、转速的这种相互关系，也就是通常所说的通风机的比例法则。
通风机的噪声与性能的关系，可按Madison 和Graham提出的噪声法则：
LA2 = LA1 +70lg（D2/D1）+50lg（n2/n1）进行计算；
全国集中测试本体 ( 级 ) 对旋 YBDF500-2局扇， Q1=4.21m3/s ， p1=2195.89Pa ， P1=9.5kW ，n1=2900r/min，LA1=117.5dB(A) 。则FD №8/2×55的 LA2 =117.5+70 lg(0.8/0.498)+50 lg(2970/2900)=117.5+14.41+0.5=132.41dB（A）
通过计算得知：FD № 8/2×55的本体 ( 级 ) 噪声为132.41dB（A），经消声器消声后FD
№8/2×55的装置噪声LSA小于16dB( 公开值 ) 。根椐其风量：660～950m3/min ，风压7100～ 1500Pa ，按 LSA = LA － 10lg( Qp2 )+19.8 公式计算结果： FD №8/2×55其本体 ( 级 ) 比 A声级在46.99 ～ 58.91dB 之间。
4 矿用风机噪声评价
声压级相同而频率不同的声音作用于人耳，人们感觉的声音大小是不相同的。也就是说，声音的大小 ( 响度 ) 是由人们的听感决定的。即响度是人们对声音强弱的主观度量。
声级计所测得的噪声级称为总噪声级。总噪声级 LA 的大小反映了人耳对噪声响度级的感觉，所以一般用来作为评价噪声的允许标准。
《煤矿安全规程》规定：作业场所的噪声，不应超过 85dB(A) 。 MT222 、 MT755 和 JB/T9100－1999 及 MT754 小型煤矿地面用抽出式轴流通风机技术条件、标准均规定，风机噪声以比A声级评价考核，其表达式为 LSA= LA－10lg（Qp2）+19.8 。 A声级噪声LA是应用声级计按规定测量位置直接测量的值，而比A声级 LSA 是取决于风量和压力大小的计算值。目前，在国内外常用A声级评价工矿噪声，然而因对旋风机级噪声太高，开发者采用比A声级LSA考核评价噪声大小，这显然是错误的。因为， JB/T8690-1998 《工业通风机 噪声限值》标准的适用范围只是一般型式的离心和轴流通风机；而该标准不适用于“特殊高压等型式 ( 一般只适用于≤ 1000Pa) 和对噪声有特殊要求的通风机” [ 对旋局扇压力 11500Pa ，主扇 5951Pa 算高压。煤矿作业场所的噪声，不应超过 85dB(A) 的特殊要求 ] 。 然而MT222 、MT755 和 JB/T9100-1999 及MT754标准均采用了比A声级噪声的限值评价考核风机噪声，显然是错误的。结果导致： (1) 对旋高噪声反而变成低噪声，出现对旋噪声 (LSA) 小到－0.92dB 和 8dB ； (2) 国内外曾大量使用的节能低噪省材的所有单级局扇，因LSA不达标而在我国全部被淘汰，如 JBT51-2(5.5kW) ， A声级比JBT52-2(11kW)还小 5dB(A) ，而比A声级LSA却反高出 10,进口水帘.8dB 。造成我国局扇全部取消单级，均采用多级高压系列局扇 (对旋和 YBT 系列) 及对旋主扇，威胁煤矿安全节能降耗减排噪声污染和环保约束的实现，浪费了大量能源资源还造成环境噪声的污染。
5 矿用轴流通风机噪声的测定
根据 GB/T2888-1991 《风机和罗茨鼓风噪声测量方法》，对矿用风机进口或出口噪声，需要测量A声级和主要测点的63 、125 、250 、500 、1k 、2k 、4k 、8kHz8个倍频带声压级。并规定了风机进口和出口测点位置，测量风机由进气口辐射的噪声，是在进气口中心轴线上，距离进气口中心为标准长度的位置上，即出气试验时。对于抽出式风机的排气放空，都需要在出口进行噪声测量。测点选在与出气口轴线45°方向，距离出气口中心为标准长度的位置上，即进气试验时。然而对旋开发者，为达到人为地改变局扇总长度达到提高效率和降低噪声目的，把压入式局扇按标准规定应做出气试验，而改为进气试验。又因在0≤l/d ≤1范围内，l/d 越大时， p2就越小，压力偏高值△ p = pa－p2 就越大。因此对旋就成为所谓的“高效率、高风压和低噪声”的风机。A声级 LA未按 GB2888 标准规定的测点位置测量，而相反在非工作状态位置测量，导致测量值和实际噪声相差很大，加上消声器玻璃棉粉尘附着失效，噪声值大大超过规定值 85dB(A) 。
6 矿用风机噪声产生的原因及控制
矿用风机有主扇、辅扇和局扇。轴流通风机的圆周速度为离心式圆周速度的2倍。但效率较高，选用矿用风机主要原则是安全可靠、噪声低、效率高和成本低以及体积小、质量轻。对于高效率和低噪声的关系，目前存在一些模糊概念。因为一般说来，采用较小轮毂比的轴流式风机，容易得到高效率和低噪声，但其压力系数较低。因此，要达到同样压力，就要提高工作轮圆周速度。矿用风机噪声以气动噪声为主，气动噪声又分旋转噪声和涡流噪声，前者与工作轮圆周速度的10次方成比例；后者是6次方成正比。因此，风机周速越高，其噪声也就越大。由此看来，似乎风机高效率与低噪声互相矛盾。但实际情况并非完全如此 ，风机的噪声不但取决于叶轮圆周速度，即叶轮直径，而且还受其他气动及结构参数，如叶片安装角、叶间气流速度、叶片气动负荷等因素的影响，最显著的是，当叶片安装角增大至一定值后，噪声将急剧增大。以我国矿用对旋 FBD № 6.0/2×15低噪声对旋式局部通风机为例，为提高风机压力和结构上需要，选择了较大的轮毂比 390/600=0.65 ，但其出口毂比高达 0.65 ，使风机有效全压效率大大下降，而噪声级高达120dB(A) 。比老局扇 JBT(28kW) 级噪声还高。 较小的工作轮直径、叶型安装角、毂比和叶片数，对轴流风机来讲，可以期望获得比较良好的声学特性，但也许由于对旋风机的两级叶轮靠得很近，而且又相对高速 (2950r/min)反方向旋转，相对线速度很大，大大恶化了风机的噪声特性，噪声很高。因此对旋风机的噪声特性及其控制很值得研究。当叶片安装角大于普通双级通风机时，压力曲线很陡，且噪声更高。因此，对旋风机是效率最低、噪声最高的养猪通风设备。
然而，为了满足对局扇运行性能的要求，必须选择合理的风机型式及结构参数，但无论选择何种型式风机，当压力要求较高时，都存在相当严重的噪声问题。因此，国外局扇厂家大多配套生产消声器，但由于对旋风机本体 ( 级 ) 噪声很高，致使需要结构非常庞大的消声器 ( 扩散塔 ) 才能获得要求的消声量。如我国生产的机号为№46/2×1500的 FBCDZ 地面用防爆抽出式对旋轴流通风机 ( 带扩散筒、消声器和扩散塔 ) ，长达53.38m ，其工作轮圆周速度118m／s( 达上限 ) 。在使用时，由于超细玻璃棉粉尘附着，吸声材料在一年，甚至几个月内便会失效。因此，对矿用风机本身噪声的控制已成为矿用风机设计的基本要求。
在噪声防护方面，德国 KKK 公司做了试验研究，研究结果表明：降低噪声的最有效途径就是降低周速，并提出低噪声风机的设计方案，采用强烈扭曲的宽叶片 ( 增加弦长 ) ，增加叶片数 (4 ～ 8 片叶片 ) 。这种风机在不降低气动效率的前提下，将周速限定在35～55m/s ，比老式风机噪声降低2倍。其声功率级为
Lw ≤ 80+10lgPe [dB(A)]
式中 Pe 为通风机功率， kW 。
国外降低声源的降噪经验值得借鉴。
风机噪声以气动噪声为主，它又分涡流噪声和旋转噪声，风机的气动噪声就是这两种噪声相互混杂的结果。一般说来，涡流噪声主要是由于附面层产生旋涡脱离使绕叶栅环量发生改变而使升力变化造成的，而旋转噪声则主要是由于多级叶栅排的相互扰动所致。
关于叶栅排相互扰动产生的离散声特性及其控制。矿用风机由于要求压力较高，流量较大，因而不可避免地产生很高的噪声，其中又以高频的离散声影响最为显著。因此，局扇噪声的控制应重点放在减小令人讨厌的离散声上。
多年来，对轴流式透平机械内噪声源性质的深入研究，使离散声产生的机理得到充分的认识。研究表明：离散声主要是由于上流叶栅形成的尾迹对下流叶栅 ( 静叶和动叶 ) 的撞击而产生的脉动力，因而在下流叶栅排中的每一个叶片产生一个偶极子声源。对噪声产生机理的认识，使得能对相互扰动产生的噪声得到研究，以下一些有效的减噪方法亦得以发现。
（1）动叶及导叶叶片数的最佳选择
有人通过建立合适的声源分布的声学模型，研究指出：分布声源的辐射效率与每排叶栅的数目有关，也就是说，轴流风机和压缩机产生的离散声取决于动、静叶叶栅的相对数目。
（2）工作轮叶片的不均匀分布
工作轮叶片分布不均匀程度较小，目的在于将叶栅排的扰动错开，以将离散声扩散至较大的频率范围里去，而不是集中于某一频率上。显然这种声域扩散的方法并不能将声辐射能量减小，而是将某一频率上的声能摊开，使离散声峰值减小，这样的频谱特性是人们主观感受可以接受的。
（3）后导叶叶栅的不均匀分布
导叶的不均匀分布可以是周向的，也可以是轴向的。
① 周向不均匀分布，这种方法对于动、静叶数目很难得到合理的选择时比较有效，特别是将这种方法应用于动叶前装置有支柱的场合非常有效。但由于静叶错开角度较大，对气动性能的影响也较大，因比，这种方法受到限制。
② 轴向不均匀分布，这种轴向错开的不均匀分布也是将静叶排合成两组，两组叶列对应的叶片安装位置在轴向有所错开。研究分析表明：存在一个使离散声最小的最佳错位距离。将前述风机的后导叶在轴向彼此错开 4.2mm 时，离散声最小，减噪量达 7.5dB ，而气动性能基本与均匀分布时差不多。因此，这种方法具有较大的应用价值。
（4）采用倾斜后导叶，这种方法与上述的不均匀分布具有相似作用，但它是在叶片展向上将扰动错开的。选择合适的倾斜角度可使离散声减小，而又能具有较好的气动性能，因此，这种方法得到广泛的应用。
7 结论
对旋式矿用风机 ( 主、局扇 ) 是低效率，高噪声，结构复杂，价高质差，耗能耗材设备。为实现“十一五”规划中十大节能工程之一：“在煤炭等行业进行电动机拖动风机、水泵系统优化改造”。要淘汰“两高一资”产品。大力发展低噪节能可“按需供风”的调角或调速斜流式、子午加速式及以单级为主双级为辅的普通轴流式和对旋，以满足短、中、长距离通风需要。
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摘要：本文简单介绍了ABB
变频器
在除尘风机的应用，阐述了控制系统的原理及功能，并对相应的节能原理进行了介绍。
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???1、概要
????转炉炼钢具有显著的周期性和连续性特点，生产一炉钢需要30-45min，其中供氧（吹炼）过程为15-20min，一半以上为非吹炼时间，此时风机没有必要高速运行，如将其切换至低速节能状态，可节省大量能源，同时减少
设备
损耗，对提高
设备
利用率也十分有益。
????目前国内转炉一次除尘风机多采用液力耦合器，但由于存在转差损耗等，节能效果不理想，且设备故障率较高。交流变频技术不仅调速平滑，调速范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果好，对风机、泵类设备而言是最佳的节能手段，平均节能效果可以达到30%以上。
????三钢炼钢厂原有15t氧气顶吹转炉三座，采用“三吹三”方式，2000年初，炼钢厂对三座转炉进行扩容改造，采用液力偶合器调速，但发现很多问题，液力偶合器需要经常更换轴承，造成停产，无法满足连续生产的需要，调节时精度太低，响应速度慢;液力偶合器故障时无法切换至工频回路;炼钢新上100t转炉时决定不再使用液力偶合器调速，改用ABB中压变频器为新转炉风机进行调速。
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2、电机参数
????额定功率：630KW
????额定电压：690V
????额定频率：50HZ
????额定转速：2970转/分
????风机参数：
????主轴转速：2974转/分
????轴功率：500KW
????额定功率因素：0.89
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3、ABB中压变频器系统结构特点
????ACS800-07变频器主要由熔断器单元、辅助控制单元、DSU整流单元及逆变单元组成。系统单线图见图1。
????（a）熔断器单元主要包括进线交流熔断器;
????（b）辅助控制单元包括控制回路的控制元件及控制板RDCU-02C，急停控制，变频的起动、停止、复位，与外部的电路接口等部分;
????（c）DSU整流单元是由一个半控桥式二极管整流供电单元1×D4模块组成，模块是一种尺寸，装有轮子和插接式连接器，为落地式单元，内置交流电抗器，直流熔断器，主开关和可选的接触器，具有冷却风机控制及电源控制，易于服务和维护;
????（d）逆变单元采用2×R8i的两个逆变模块并联的方式，两个模块置于同一个柜体内，共用一块主控板，通过光纤分配单元把控制信号同时送至模块内，实现变频控制的各种功能。逆变的直流母线侧安装共模滤波器，出线配备du/dt滤波器，抑制了输出电压尖峰和快速电压改变，减小了对电机的绝缘性能的影响，同时降低了电机电缆的容性漏电流，高频辐射、高频损耗和轴承电流。
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????控制系统由变频调速器、风机电机、和工/变频转换柜等组成。系统中的旁路开关柜用于工频、变频转换,#1风机/#2风机的转换,可以选择一台风机变频运行,一台风机工频运行或者一台风机运行一台备用。一旦变频器出现故障时，可转换为工频运行，增强系统的可靠性。当具备主电源及控制电源的条件,系统进入待机状态，在待机状态时，系统由两种操作模式可供选择：工频运行状态和变频运行状态。
????工频运行状态：若系统需要工频运行，则操作台状态选择开关置于工频位置，这时相应的断路器和接触器断开，用操作台控制，实现电机的工频运行及停机。
????变频运行状态：若系统需要变频运行，则操作台状态选择开关置于变频运行位置，实现电机的变频运行与停止，变频器频率的高低根据压力情况实行闭环控制（也可以组成开环调节），闭环或速度上升时间均由主机设置。
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5、节能原理及效益分析
????从风机的工作特性来看，调速控制与风门控制调节风量比较，有着更高的节能效果，通过图2风机的特性曲线可以说明其节能原理。图中，曲线1为风机在恒速（n1）下的风压-风量（H-Q）特性，曲线2为管网风阻特性（风门开度全开）。设工作点为A，输出风量Q1为100%，此时风机轴功率N1与Q1H1的乘积，即和AH1OQ1所包围的面积成正比。
????根据工艺要求，风量需从Q1降至Q2，有两种控制方法：一是风门控制，风机转速不变，调节风门（开度减小），即增加管网阻力，使管网阻力特性变为曲线3，系统工作点由A移到B。由图1可见，风压反而增加，轴功率N2与面积BH2OQ2成正比，减少不多。
????另一种是调速控制，风机转速由n1降到n2，根据风机参数的的比例定律，画出在转速n2下的风压-风量（H-Q）特性，如曲线4，工作点由原来的A点移到C点。可见在相同风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3与面积CH3OQ2成正比，显著减少，节省的功率损耗ΔN与Q2ΔH的乘积成正比，节能效果是十分明显的。
????由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。当风量减少，风机转速下降时，其消耗的功率降低很多。例如，风量下降到80%，转速也下降到80%，轴功率将下降到额定功率的51.2%。如果风量下降到50%，其轴功率将下降到额定功率的12.5%。考虑到附加控制装置效率的影响，这个节电效果也是很可观的。
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???6、小结
????除尘风机在不吹炼时，只需要很低的转速，根本不需要满负荷运转。利用中压变频器根据实际需要对除尘风机进行变频运行，既保证和改善了工艺，又达到节能降耗的目的和效果。自投入运行以来，实现了很好的经济效益。
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