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浙江降温设备无蜗壳箱体风机风机、水泵变频调速节能分
摘要: 针对有些客户不需要离心通风机蜗壳的特殊要求，从蜗壳的功能入手，对几种不同情况的无蜗壳风机做了对比试验,得出了简要的结论。
关键词：通风机 箱体
中图分类号： TB657 文献标识码：B
文章编号 ： 1006-8155(2006)02-0017-03
Abstract: To counter some customers’ special requirement that do not need the centrifugal fan volute, this article introduces, starting with volute function, comparison test for volute less fan with several different cases, and gets the brief solution.
Key words : Fan Volute
1 引言
本文从蜗壳的功能入手，研制了无蜗壳箱体风机。与常规箱体风机相比，无蜗壳箱体风机不仅制作简单，而且还节约空间，降低成本。这就给设计人员提出了一个新课题。
2 理论分析
蜗壳的作用：机壳的任务是将离开叶轮的气体导向机壳出口 , 并将气体的一部分动能转变为静压。蜗壳中不同截面处的流量是不同的 , 在任意截面处 , 气体的容积流量与位置角 φ 成正比。一般气流在蜗壳进口处是沿圆周均匀分布，因此在不同 φ 角截面上的流量 q vφ 可表示为 q vφ = q v 4 （ φ /360°）。 q v 4 为蜗壳进口处流量，通常蜗壳中速度变化不大，气体密度可认为是定值。若蜗壳的型线能保证气体自由流动，这时蜗壳壁对气流就不会发生作用，那么在不考虑粘性情况下，气体在蜗壳内的运动将遵循动量矩不变定律，即 c u R =常数。
经分析得知，气体最多 6 次被蜗壳碰撞导至出口，蜗壳很好地收集了气体。并且气体在叶轮流向蜗壳时容积变大，一部分动能转变为静压。
离心通风机的主要功能是完成气体的输送，若无机壳就不可能实现这一功能，无蜗壳也不可能很好地实现叶轮的功效。
3 对比试验
普通风机与无蜗壳箱体风机的对比，标准4-79-13 № 7A 风机及把该叶轮装入尺寸为 1020 × 1020 × 880 箱体 1 中的性能对比见表 1 。
表 1
同一个叶轮装了两种不同的箱体的对比，见表 2 。
表 2
同一个箱体配两种不同叶轮的对比，见表 3 。
表 3
箱体与叶轮装配见图 1 和图 2 。其中箱体均由铝型材框架和夹心面板制成。六面体只有一面敞开，它强制气流从一个方向流出，并有消声作用。它与常规箱体机相比，其制作简单，节约空间，降低了成本。图中 1020 × 1020 × 880 为箱体 1 ； 1060 × 1027 × 880 为箱体 2 。 图 1
图 2
结论
（ 1）后向式叶轮直接装进箱内形成的箱体风机， 由于箱体内无蜗壳导流，从表 1 ～表 3 中看出整机的全压效率都很低；同一叶轮在不同风箱时，箱体的大小影响风机的全压效率，箱体越接近蜗线效率越高；同一箱体的叶轮型线直接影响风机的全压效率，但在不同叶轮的最高效率点处，流量大致相同。
（ 2 ）从结构上看，这种 箱体风机的进口处于自由吸气状态，若能在箱体内加上类似蜗线导流板，该箱体风机的性能一定近似于常规离心通风机且效率较高。当然导流板得有消声功能才有意义，其次进出气流方向只可互成 90°以及不利用双进气风机也是风机箱体结构设计中存在的不足，这就给结构设计和材料选择提出了新的要求 ；另一方面叶轮中心与箱体的相对位置对性能的影响也是下一步的工作重点 。箱体风机的效率直接影响客户的运行成本。在能源紧张的今天 ,客户投资考虑的重点也转移到运行成本上，若能采用这种箱体风机,受益者将不仅是投资者。
能源是国家重要的物质基础，能源的供需矛盾已成为制约我国社会主义经济建设的主要因素之一。在能源问题上国务院提出“节约与开发并重”的方针，就是依*技术进步，把节约能源以解决能源问题作为我国重要的技术经济政策。
据不完全统计，全国风机、水泵、压缩机就有1500万台电动机，用电量占全国总发电量的40～50%，这些电动机大多在低的电能利用率下运行，只要将这些电动机电能利用率提高10～15%，全年可节电300亿kW以上。
根据火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的送、引风机的风量裕度分别为5%和5%～10%，风压裕度分别为10%和10%～15%。设计过程中很难计算管网的阻力、并考虑到长期运行过程中发生的各种问题，通常总是把工程的最大风量和风压裕度作为选型的依据，但风机的型号和系列是有限的，往往选取不到合适的风机型号时就往上*，裕度大于20～30%比较常见。因此这些风机运行时，只有*调节风门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求。风机和水泵的机械特性均为平方转矩特性，水泵运行时，*阀门的开度调节流量来满足供水要求，工况与风机相似，*调节风门、风道档板或阀门的开度来调节风机风量，水泵流量的方法、称为节流调节，在节流调节过程中，风机或水泵固有特性不变、仅仅*关小风门 、挡板或阀门的开度，人为地增加管路的阻力，由此增大管路工程的损失，不利于风机，水泵的节能运行。
采用调速控制装置，通过改变风机水泵转速，从而改变风机风量，水泵流量以适应生产工艺的需要，这种调节方式称为风机水泵的调速控制。风机、水泵以调速控制方式运行能耗最省，综合效益最高。交流电机的调速方式有多种、变频调速是高效的最佳调速方案，它可以实现，风机水泵的无级调速，并可方便地组成闭环控制工程、实现恒压或恒流量控制。
一、风机水泵变频调速的节电原理：
风机水泵在管路特性曲R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机水泵所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小风量（流量）到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机水泵的工作点移到R2上的B点，风压（水压）增大到H2，这时风机水泵所需的功率正比H2Q2的面积，即近比广BH2OQ2的面积。显然风机水泵所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。
若采用变频调速，风机水泵转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机（水泵）所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。
二、风机水源节能的计算：
风机水泵流量变化量，如前所述，采用变频调速是节电之有效的措施。根据GB12497对电机经济济运行管理的规定有如下的计算公式。
采用档板调节流量对应电动机输入功率P1V与流量Q的关系为：
P1V≈[0.45+0.55(Q/QN)2]P1e （1）
式中：P1e——额定流量时电动机输入功率（kW）。
QN——额定流量
三、应用实例：
某水泥厂机立窑离心风机245KW，电机4极、实际用风量为0.6～0.7，准备改造为变频器驱动，估算节电率和投资回收期。
取Q/QN=0.65，由（2）式
由（1）式P1V=〔0.45+0.55(0.65)2〕245
=0.6428×245=157(KW)
采取风门调节风量时风机所需的轴功率为157kW，变频器调速器调风量时相对调节风门调风量的节电率为0.6。
年节电量，每年按300天计算。
24×306×157×60%=678240KWh≈67.8（万kWh）
年节电费（电价0.40元/kWh）
0.4×678240=27万元
投资回收期:
投资回收期=设备投资总额(元)÷年节电费(元)
=18÷27=0.67（年）=8（个月）
由此可判定，该水泥厂机立窑离心风机采用变频器驱动后，年节电量67.8万kWh，年节电费27万元，投资回收期8个月，技术经济效益可观。
该水泥厂订购了一台变频调速柜、内装森兰BT40S250kW变频器一台，另有空开、熔断器、电表、指示灯等，价值18万元。投入运行后，变频器频率调到35Hz左右满足机窑立风量要求，这时电动机电流210A左右，变频器输电压、298V，实际输出功率为
P=√3 IVCOφ4=3×210×298×0.9≈97.5kW
与理论计算值157×0.6=94.2kW基本吻合。
通过以上分析可以看出，风机水泵采用变频器调速后，节电效果是明显的，此外，机械的转速降低后，机械的磨损减少，使用寿命延长了，间接经济效益也很可观。
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