介绍：在工业制造业制造和制品处理创造业中,风机、泵类配置运用领域广发；其电能耗损是一笔非常大的声场花费花销。随着财经?制的不停深入,商业经济的?场竞逐的不停加重；节省能源降耗已经变为下降制造工本、提升产品质[character]量的要紧方法其中之一。

一、引子

在工业制造业制造和制品处理创造业中,风机、泵类配置运用领域普遍；其电能耗损和譬如阀门、档扳有关配置的节流亏损以及保护、修理花费占到制造工本的7％～25％,是一笔非常大的制造花费花销。随着财经?制的不停深入,商业经济的?场竞逐的不停加重；节省能源降耗已经变为下降制造工本、提升产品质[character]量的要紧方法其中之一。

而8拾年代初发展(FaZhan)起来,的变频调速技能,就是顺着了工业制造业制造自行化的发展(FaZhan)的请求,创造了一个全新的智能电机时期。一?平常电机只可以定速方法运行的破旧方式,至使电目的及其拖动背负在不需要任何(RenHe)?进的境?下就可以依照制造技?请求调整以极变更转速输?[exportation],进而下降电机功耗达到和实现体系有效运行的企图。

8拾年代末,该技能引进中国并获得普极。现在已经经在电能、冶炼、石油、化工、造纸、食物、针纺等多类行业的电机传递配置中获得事实运用。当前,变频调速技能已经变为当代电能传递技能的一个重要目标。杰?的调速质量、明显的节电作用,?良现存配置的运行工?,提升体系的平安可信性和配置使用率,加长配置应用寿运等优势随着运用范围的不停扩大和增大而获得充足的表现。

2、总述

一般在工业制造业制造、制品处理创造业脑卒中机配置重要用在锅台灼烧体系、烘干体系、冷去体系、透风体系等场次,依据制造需用对灶膛压力、风速、风力、温度等目标施行掌控和调解以顺应技?请求和运行工?。而最常用的掌控方法却是调解风门、档扳开度的大小来调解受控对像。如此,无论制造的需要大小,风机都得全速流转而运行工?的变化和?变则至使能源以风门、档扳的节流亏损耗损?了。在制造历程中,不但掌控细度受到限止,并且还引起多量的资源糜费和配置消耗。进而至使制造工本增多,配置应用寿运缩小,配置保护、修理非得高居不下。

泵类配置在制造范围一样有这辽阔的运用空间,提水泵站、水池储罐给排体系、工业制造业水（油）循环体系、热兑换体系均应用离心泵、轴流泵、齿轮泵、柱塞泵等配置。并且,依据差异的制造需要常常使用调整以极变更阀、截至阀等节流配置施行标量、压力、水流位置等讯号的掌控。如此,不但引起多量的资源糜费,管路、阀门等封盖质量损坏；还提速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀,严峻时损伤配置、影响制造、危及产品质[character]量。

风机、泵类配置多半使用异?电目的直接驱动的方法运行,存有开启电流达,机器冲激、电气保卫特点差等缺陷。不但影响配置应用寿运,而当背负显现机器毛病时不可霎那举动保卫配置,经常显现泵损伤同一时侯电机同样被烧灭的现像[phenomenon]。

本年来,由于节省能源的急切需用和对产品质[character]量不停提高的请求,加之使用变频调速器（并称变频器）易控制、免保护、掌控细度高,并能够完成高效能化等特征；因此使用变频器驱动的方法开始逐渐替代风门、档扳、阀门的掌控方法

变频调速技能的基础元理是依据电机转速与工作电源输进周率成正比的干系：n＝60f（1－s）/p,（式中n、f、s、p分?示意转速。输进周率、电机转差率、电机磁极对数）；经过?动电目的工作电源周率达到和实现?动电机转速的企图。

变频器基本上就是按照以上元理使用交－直－交电源变化技能,电能电子信息、微笔记本电脑掌控等技能于全身的总合性电气制品。

三、节省能源阐发

经过液体力学的基础原理可知：风机、泵类配置都属平方转矩背负,其转速n于标量Q,压力H以及轴码率P具备如下(同下)干系：Q与n成正比,H与n2成正比,P与n3成正比；既,标量与转速成正比,压力与转速的平方成正比,轴码率与转速的成方成正比。

以一个水泵作为例子,它的?口压头微H0（?口压头既泵进口的管路?口的静压力差）,定量转速为n0,阀门全开时管嶂碍特点为r0,定量工?下同它呼应的压力为H1,?口标量为Q1。

在现场掌控中,一般使用水泵定速运行?口阀门掌控标量。从标量从Q1减少50％至Q2时,阀门开度减少使管网嶂碍特点由r0变成r1,体系工作点沿目标1由原来,的A点移至B点；受其节流作用以极影晌压力H1变成H2。水泵轴码率事实值（KW）可由公式：P=Q/H/(@micro;c/@micro;b)×10-3得到。当中,P、Q、H、@micro;c、@micro;b分?为示意码率、标量、压力、水泵速率、传递装置速率,直接传递为1。假使总速率(@micro;c/@micro;b)为1,则水泵由A点移至B点工作时,电机节约的功耗为AQ10H1和BQ20H2的辐面差。如若使用调速方法?动水泵的转速n,当标量Q1减少50％至Q2时,那样管网嶂碍特点为相同曲线r0,体系工作?兵沿目标II由原来,的A点移至C点,水泵的运行同样更趋于公道。当阀门全开,唯有管网嶂碍的境?下,体系满意现场的标量请求,能耗必将下降。这时,电机节约的功耗为AQ10H1和CQ20H3的辐面差。比较,使用阀门开度调解和水泵转速掌控,明显应用水泵转速掌控更加为有用公道,具备明显的节省能源作用。

其他,从图中还能够念书：阀门调剂时将使体系压力H升高,这会对管路和阀门的封盖质量产生要挟和损坏；而转速调解时,体系压力H将随泵转速n的下降而下降,故而不可能对体系型成不好影响。

从上头的比较,不不得多的?：当现场对水泵标量的需要从100％降至50％时,使用转速调解将必原来,的阀门调解节约BCH3H2所呼应的码率大小,节省能源率在70％以上。与此相相似的,如若使用变频调速技能?动泵类、风机类配置转速来掌控现场压力、温度、水流位置等其余历程掌控参量,一样能够根据体系掌控特点绘画初干系曲线得到以上的比较,结果。亦既,使用变频调速技能?动电机转速的办法,要比使用阀门、档扳调解更加为节省能源财经,配置运行工?亦将获得显然?良。

肄、节省能源筹算

关于风机、泵类配置使用变频调速后的节省能源作用,一般使用一次2类办法施行筹算：

1、依据已经知风机、泵类在差异掌控方法下的标量－背负干系曲线和现场运行的背负变化和?变境?施行筹算。

以一个IS150-125-400型离心泵作为例子,定量标量为200.16m3/h,车间排烟系统,扬程50m；整备Y225M－4型电目的,定量码率45KW。泵在阀门调解和转速调解时标量－背负曲线如下(同下)图显示。依据运行请求,水泵接连着24钟头运行,当中?日11钟头运行在90％重量,13钟头运行在50％重量；全年运行时间(Time)在300天。

则?年的节电量为：W1＝45×11×（100％-69％）×300＝46035KW/h

W2＝45×13×[1-（20/50）3]×300＝80309KW/h

W=W1+W2=46035+131625=177660KW/h

?度电按0.5元筹算,则?年可节省电费8.883万元。

2、依据风机、泵类平方转矩背负干系式：P/P0=(n/n0)3筹算,式中为P0定量转速n0时的码率；P为转速n时的仟米。

以一个工业制造业锅台使用的22KW鼓风机作为例子。运行工?仍以24钟头接连着运行,当中?日11钟头运行在90％重量（周率按46Hz筹算,档扳调解时电机码率按98％筹算）,13钟头运行在50％重量（周率按20Hz筹算,档扳调剂时电机码率按70％筹算）；全年运行时间(Time)在300天为筹算根据。

则变频调速时?年的节电量为：W1=22×11×[1-（46/50）3]×300＝16067KW/h

W2=22×13×[1-（20/50）3]×300＝80309KW/h

Wb＝W1+W2＝1452+21780＝23232KW/h

相比较,节电量为：W＝Wb－Wd＝96376-23232＝73144KW/h

?度电按0.5元筹算,则使用变频调速?年可节省电费3.657万元。某厂子离心式水泵系数为：离心泵幸亏6SA-8,定量标量53.5L/s,扬程50m；所配电机Y200L2-2型37KW。对水泵施行阀门掌控和电机调速掌控的境?下的实测数字记述怎样：

标量L/s时间(Time)（h）耗损电网输?[exportation]电能（KW/h）

47233.2×2＝66.428.39×2＝56.8

40830×8＝24021.16×8＝169.3

30427×4＝10813.88×4＝55.5

201023.9×10＝96.

思量24653.4378.3

比较的下面,在一天(OneDay)内变频调速可比阀门节流掌控节约275.1KW/h的电量,节电率达42.1％。

5、终结语

风机、泵类等配置使用变频调速技能完成节省能源运行时中国节省能源的一个重心普极技能、收取国家(GuoJia)官方的广泛注重,《中国民众共和国节省资源法》第39条就把它列为通用技能进行普极。时间(Time)证实,变频器用在风机、泵类配置驱动掌控场次获取了明显的节电作用,是一类理想[perfection]的调速掌控方法,既提升了配置速率,并满意了制造技?请求,而且故而而大大递减了配置保护、修理花费,还下降了停产周期。直接和暗地财经作用非常显然,配置一回性注资一般能够在9个月到16个月的制造中所有收取。

空气离心压缩机，是目前许多大型空分装置必备的设备，用户一般选择同步电动机作为原动机。在用户现场开车启动时，压缩机的增速机因振动幅值在很短的时间（近20s）内超标，致使连锁停机。笔者曾在某现场多次参加大型空气压缩机的试车工作，因为同步电机启动瞬间压缩机的增速机振幅达到237μm以上，报警连锁停机，致使工期拖后5个月之久。通过试车启动时采用高性能监测站，利用测试启动冲击振值高点和转速之间的关系，确认安全地连锁停机延时时间，解决了机组启动问题。

1 　机组参数及布置

1.1 机组参数

　　空气压缩机、增速机、同步电机的型号和参数见表1。

表1 机组参数表

 

参 数

参数值

压缩机

产品型号

MCL1204-2

标准流量/（Nm3/h ）

153000

进口压力/MPa（A）

0.099

进口温度/℃

25

出口压力/MPa（A）

0.645

出口温度/℃

85.3

轴功率/kW

13080

转速/（r/min）

5556

一阶临界转速/（r/min ）

3293

连锁停机/μm

120

增速机

生产商

德国 BHS

 

速比

3.704

 

齿形

渐开线

同步电机

型号

T15000-4

   

1.2 　机组布置图

　　机组布置图如图1所示，测点1为增速机大齿轮侧测点，测点2为小齿轮侧测点，测点3、4为空气压缩机驱动端和自由端测点,通风降温方案。

 

图1 机组布置图

　　测振元件为美国本特利公司Bently3300系列元件，振动采集及分析系统采用大连圣力来监测技术有限公司监测站（PMS），具有启停机瞬态响应分析，以及波形、频谱、轴心轨迹等多种分析功能。

2 　空气压缩机安装后试车情况

　　2008年5月，压缩机安装结束后进行开车试运转，开始阶段同步电动机只与增速机连接，单独跑合，增速机的未滤波的振动幅值在20&mu,厂房通风;m左右，达标。合格后将压缩机连上，考虑到压缩机的工况，为了避免因进口面积过小而造成的气流涡动，同时为了降低电机的启动负载，将进口导叶开度定为15°[1] 。在同步电动机启动后19s时，压缩机转速4860r/min，测点1的振动幅值超过237μm，连锁停机。测点3、4的振动幅值20μm，测点2的振动幅值24μm。根据振动分析认为是增速机轴承间隙偏大，造成启动瞬间油膜不稳定而引起振动，频谱图见图2，存在很高能量的低频振动，决定将增速机的大、小齿轮轴承径向间隙由原来的0.50mm和0.40mm调整为0.40mm和0.30mm[2] 。 　

　　　　

图2 　测点1频谱图

　　为了使机组顺利开车，保证工期，应用户要求将增速机返厂检查并对大小齿轮进行低速平衡校正。检查结果：增速机的中心距、齿轮的齿面接触面积、齿轮大小齿啮合间隙都符合标准[3]。将大小齿轮的平衡精度在原有的基础上进行了提高，已达到2.5级。

　　2008年9月将合格的增速机与压缩机、同步电动机连接试车。在相同条件下，压缩机转速4860r/min，增速机大齿轮未滤波的振动幅值仍达317μm，压缩机和增速机小齿轮的振动值没有变化。从以上情况来看，机组振动故障的处理方案没有解决实质性问题。经反复的分析，认为是否是同步电动机的启动特性影响了空气压缩机的运转，经分析研究后，采用逼近法[4]，对压缩机的增速机振动连锁跳车值做延时处理。

　　2008年10月，现场将振动连锁跳车值延时3s后开车。测点1振动值最高仍是317μm报警停车，但是压缩机的转速已经达到5001r/min，且振幅值已经大幅下降到机组允许运行值130μm以下，振动趋势图见图3。根据振动的幅值及转速趋势分析，如果再将振动连锁跳车值延时继续延长，则可能使振动下降，使转速逼近同步电动机从异步启动到牵入同步转速阶段。为了机组的安全，决定再将振动连锁跳车值延时3s开车，即延时6s。开车启动瞬间，压缩机转速4860r/min时，测点1振动仍然是317μm报警，由于延时压缩机的转速已经达到5400r/min，离同步电动机的牵入转速差110r/min。经讨论再延时3s，总计9s开车。在启动后的24s时电机牵入同步，测点1振动降到32μm，压缩机其他振动测点未滤波的振动幅值最高25μm。轴承温度最高78℃，试车成功。

 

图3 　测点1趋势图

3 　同步电机异步启动特性

　　通过5个月时间对空气压缩机的运转试验表明，同步电机采用异步启动在牵入同步转速时会引起振动超标而导致停机。图4和图5为同步电动机的转矩—转速特性曲线，可以看出，同步电动机采用异步启动时，首先通过阻尼绕组产生异步转矩来获得启动转矩。其启动过程可分为2个阶段，即异步启动阶段和牵入同步阶段。异步启动阶段与异步电动机启动过程相似，当电动机的转速接近同步转速时，即可在同步转矩的作用下自行牵入同步。当转速升高到95%额定转速时，给转子线圈通入直流电源，在转子磁极的瞬间同步转矩作用下，电机将产生一定程度的振荡，牵入同步后电机将保持同步转速不变，振动平稳。延长了连锁停机跳车值后，度过了同步电机异步启动时的振荡区域，从而使振动下降，平稳运行 [5-6]。

　　由于同步电动机动态过程十分短暂，故要求测试系统具有较高的灵敏度及良好的动态响应性能，否则将无法测试，当然也不可能获得准确的数据进行分析。

4　 结论

　　同步电动机在异步启动到牵入同步阶段时，会产生很大的振动，与其连接的压缩机（设备）可能会因受其影响产生较高的振动，以致连锁停车，应特别指出的是德国 BHS 公司所生产的高速变速机在设计时没有考虑到驱动机的型式及方法，对选用同步电机作为驱动的启动特征没有充分的认识，从而按通用产品设计。当然，这也与国内设计院未能及时提供相关信息有关，如果及时沟通、准备，则能避免或降低这类故障的发生。根据试验得到的同步电动机启动时振动连锁跳车值延时的方法，解决了这个问题，对现场采用同步电动机的机组启动过程有一定的帮助和指导作用。

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