羅茨鼓風(fēng)機節(jié)能改造：羅茨風(fēng)機系統(tǒng)節(jié)能改造研究

　　山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨風(fēng)機、羅茨鼓風(fēng)機等機械設(shè)備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨鼓風(fēng)機、水冷羅茨鼓風(fēng)機、油驅(qū)羅茨鼓風(fēng)機、低噪音羅茨鼓風(fēng)機，贏得了市場好評和認(rèn)可。此類產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電力、污水處理、環(huán)保、化工、鋼鐵、建材、農(nóng)藥、制藥等行業(yè)。產(chǎn)品和服務(wù)遠(yuǎn)銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。

　　1 羅茨風(fēng)機自動調(diào)節(jié)功率問題

　　對于羅茨風(fēng)機系統(tǒng)來說，由于交流電動機自身沒有功耗調(diào)節(jié)裝置，不能像鍋爐主機一樣自動調(diào)節(jié)輸入輸出功率，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷下降以后，羅茨風(fēng)機系統(tǒng)仍不得不以最大轉(zhuǎn)速運行，造成實際耗電大量浪費的現(xiàn)象。如果安裝WG2008系列智能節(jié)電一體柜系統(tǒng)，就能根據(jù)實際負(fù)荷量的大小，動態(tài)地自動或手動調(diào)節(jié)鼓風(fēng)引風(fēng)量和消耗功率，把系統(tǒng)不需要的那部分耗電節(jié)省下來。（一般節(jié)電率可達30%-70%左右）

　　2 電動機輕載運行時的低效率問題

　　由于電動機的負(fù)載特性在負(fù)載發(fā)生變化時是由無數(shù)條負(fù)載特性U/I曲線組成的。因此，單純改變電動機的電源頻率并不能最大限度達到節(jié)能的目的。

　　當(dāng)電機負(fù)荷減小時，電流曲線的最低點會發(fā)生平移，此時如果不能及時找到電流曲線的最低工作點并輸出相應(yīng)的電壓值，仍會有較大一部分電能被白白浪費掉（大致在7%―10%左右）

　　3 節(jié)電原理

　　羅茨風(fēng)機屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，根據(jù)流體力學(xué)的知識可知：

　?、倭_茨風(fēng)機的流量與水泵的轉(zhuǎn)速成正比；

　?、诹_茨鼓風(fēng)機的揚程與轉(zhuǎn)速的平方成正比；

　?、哿_茨風(fēng)機的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。

　　也就是說當(dāng)羅茨風(fēng)機轉(zhuǎn)速下降20%時，流量也同比例下降了20%，但揚程卻下降了（h-ho）/h×100%=[h（1-0.64）]/h×100%=36%，軸功率下降了48.8%，這時的軸功率即為節(jié)電率。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時揚程以轉(zhuǎn)速的平方形式下降，軸功率則以轉(zhuǎn)速的立方形式下降，而流量只是同比例下降（見表1）。

　　羅茨風(fēng)機的使用率比較高，造型容量都比較大，但在實際使用過程中時大時小甚至及小，而羅茨風(fēng)機仍舊按照額定的功率運行，故而造成了浪費?，F(xiàn)通過VF2000系列變頻器恒溫自動控制來進行節(jié)能改造，在按實際溫度需求量的情況下進行節(jié)能，這樣既不影響生產(chǎn)又能達到更好的節(jié)能效果。

　　從流體力學(xué)的理論角度分析：

　　羅茨風(fēng)機的流量與轉(zhuǎn)速成一次方關(guān)系：Q11/n1∝Q2/n2

　　羅茨風(fēng)機的功率與轉(zhuǎn)速成三次方關(guān)系：P1/（n1）3∝P2/（n2）3

　　4 采用變頻節(jié)能裝置的優(yōu)點、特點

　　4.1 矢量控制電機參數(shù)自動調(diào)節(jié)

　　特點：內(nèi)建動態(tài)參數(shù)自動調(diào)節(jié)功能，可自動識別電機參數(shù)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性。變頻器運轉(zhuǎn)在無感矢量控制演算系統(tǒng)，提供額外的轉(zhuǎn)矩補償電壓，除了補償負(fù)載增加造成的轉(zhuǎn)差，并且增加電機低速運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。

　　優(yōu)點：實現(xiàn)參數(shù)可以用自動調(diào)諧，低頻轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速精度高。采用先進的可編程式端子，并且配合各種產(chǎn)業(yè)機械常用的預(yù)設(shè)功能，可讓用戶隨心所欲地發(fā)揮本產(chǎn)品的許多附加功值。

　　4.2 諧波小

　　WG2008系列變頻器大功率都內(nèi)置有直流電抗器減小了諧波，也提高了對電源動態(tài)干擾的抵抗力。

　　設(shè)備在全電壓啟動、運行、停止的過程中，由于無法及時有效地調(diào)節(jié)設(shè)備，會使機械產(chǎn)生嚴(yán)重震動并且噪音增加等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都有極大的破壞性，并會增加進線變壓器的負(fù)荷狀況。采用WG2008系列變頻智能控制系統(tǒng)后，可以通過延長升、降速時間來延長起動或停機的過程，即使在運行過程中，也要通過對工作頻率點的選擇，跳過容易引起設(shè)備共振的工作點，從而使軸承的磨損減輕，設(shè)備的工作壽命延長。

　　5 控制原理

　　由于羅茨鼓風(fēng)機系統(tǒng)中設(shè)備的設(shè)計和選用是根據(jù)系統(tǒng)在外部環(huán)境、溫度條件最差，設(shè)備的各支路滿負(fù)荷運行，再加上一定設(shè)計余量來確定的，但實際使用中，絕大多數(shù)時間羅茨風(fēng)機系統(tǒng)是在非滿負(fù)荷狀態(tài)下運行，這樣系統(tǒng)長時間工作于低效率狀態(tài)，有時甚至出現(xiàn)風(fēng)門關(guān)閉而羅茨風(fēng)機仍不得不全速運行的現(xiàn)象，造成很大的能源浪費，因此，具有極大的節(jié)能潛力。

　　根據(jù)國際通行的“最低限度滿足使用”的原則，通過直接控制結(jié)果變量，對系統(tǒng)進行運行工況實時跟蹤，自動調(diào)節(jié)羅茨風(fēng)機的運行狀況，使系統(tǒng)始終保持在高效節(jié)能和最佳的運行狀態(tài)。

　　6 綜述

　　采用變頻器恒溫自動控制來進行節(jié)能改造，設(shè)立參數(shù)自動調(diào)節(jié)功能，可自動識別電機參數(shù)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性。變頻器運轉(zhuǎn)在無感矢量控制演算系統(tǒng)，提供額外的轉(zhuǎn)矩補償電壓，除了增加電機低速運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩之外，并且可以補償負(fù)載增加造成的轉(zhuǎn)差。

　　同時變頻器大功率都內(nèi)置有直流電抗器減小了諧波，也提高了對電源動態(tài)干擾的抵抗力，從而使軸承的磨損也大大減輕，設(shè)備的工作壽命將大大延長。

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　　(來自：羅茨風(fēng)機，羅茨鼓風(fēng)機，羅茨真空泵，三葉羅茨鼓風(fēng)機，回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機，回轉(zhuǎn)風(fēng)機

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羅茨鼓風(fēng)機節(jié)能改造：羅茨風(fēng)機（鼓風(fēng)機節(jié)能改造）

　　將原有羅茨式鼓風(fēng)機改造成由永磁伺服電機、伺服驅(qū)動器、鋁合金葉輪、控制系統(tǒng)型鼓風(fēng)機。

　　1、高效永磁伺服電機

　　永磁同步伺服電機最高轉(zhuǎn)速可達10萬轉(zhuǎn)，具有95%以上的高效率，與其他一般電機不同，具有良好的冷卻效果；

　　2、鋁合金葉輪

　　采用高強度航空鋁合金材質(zhì)葉輪，五軸加工中心高速銑削成型，設(shè)計精度可達到0.001毫米保證運行高效，采用先進的表面處理工藝在惡劣環(huán)境中保持高效率運行，鋁合金材料非常輕適合高速旋轉(zhuǎn)中運行。

　　3、懸浮軸承

　　100%純無油懸浮軸承，沒有機械性的摩擦，使用壽命可達半永久性，無機械性震動，單純輸送空氣，在高溫下能夠穩(wěn)定啟動。

　　4、伺服驅(qū)動器

　　永磁高速電機采用經(jīng)過驗證的最新型變頻系統(tǒng)，

　　優(yōu)化電機冷卻控制器布線，專用散熱裝置，通過

　　伺服控制器產(chǎn)生的熱量不需機體內(nèi)排出通過電機

　　吸入排出。

　　5、控制系統(tǒng)

　　采用PLC控制系統(tǒng)，觸摸屏上設(shè)置或顯示流量、

　　功率、轉(zhuǎn)速、出風(fēng)壓力、溫度等信息，可實現(xiàn)就地

　　、遠(yuǎn)程控制，豐富的控制模式（定壓力、定流量、

　　定轉(zhuǎn)速、比例控制、手動控制）滿足現(xiàn)場使用要求

羅茨鼓風(fēng)機節(jié)能改造：羅茨鼓風(fēng)機的節(jié)能改造.doc

　　羅茨鼓風(fēng)機的節(jié)能改造

　　摘要 : 通過對羅茨鼓風(fēng)機變轉(zhuǎn)速工作特性的分析,對系統(tǒng)進行了變頻調(diào)速改造。運行效果表明 , 變頻調(diào)速改造后的節(jié)能效果顯著。

　　1 引言

　　羅茨鼓風(fēng)機是均苯四甲酸二酐生產(chǎn)裝置中的關(guān)鍵設(shè)備 , 也是最大的耗電設(shè)備。我院實訓(xùn)基地均苯四甲酸二酐裝置中的羅茨鼓風(fēng)機為

　　RF240型,其額定工況參數(shù)為流量Q=56m3/min,轉(zhuǎn)速n=800rPmin,功率N=75kW;驅(qū)動電機為Y315S-6型三相異步電動機。均苯四甲酸二酐裝置生產(chǎn)時,需根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷、季節(jié)、反應(yīng)情況隨時調(diào)節(jié)進入裝置的風(fēng)量,裝置運行近兩年來,一直工作在欠載狀態(tài),部分風(fēng)量經(jīng)旁路放空,造成能源嚴(yán)重浪費。根據(jù)本裝置的運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計,羅茨鼓風(fēng)機工作時的流量一般為額定流量的70%～80%,即所消耗的電能有20%～30%通過放空被浪費掉了。同時,在放空過程中噪聲很大,達到110dB

　　。對羅茨鼓風(fēng)機進行節(jié)能改造有著顯著的經(jīng)濟和環(huán)境效應(yīng)。

　　2 羅茨鼓風(fēng)機節(jié)能改造方法的確定

　　羅茨鼓風(fēng)機屬容積回轉(zhuǎn)式風(fēng)機 , 其工作特點是當(dāng)轉(zhuǎn)速一定而壓力在允許范圍內(nèi)加以調(diào)節(jié)時 , 流量的變動甚微 ;

　　轉(zhuǎn)速和流量之間保持正比的關(guān)系。采用旁路調(diào)節(jié)法不能改變羅茨鼓風(fēng)機的吸氣量 , 所以風(fēng)機始終在滿負(fù)荷下運行 , 無法節(jié)能。而改變轉(zhuǎn)速 , 使風(fēng)機吸氣量發(fā)生變化

　　, 其功率消耗也隨之改變。所以 , 對羅茨鼓風(fēng)機進行變速調(diào)節(jié)就可達到節(jié)能的目的 , 而調(diào)速方法也較多。

　　經(jīng)過比較可知,在幾種調(diào)節(jié)方法中,變頻調(diào)速技術(shù)最為先進,它只需通過調(diào)節(jié)供電電源頻率大小,改變電機轉(zhuǎn)速,即可達到調(diào)節(jié)羅茨鼓風(fēng)機流量的目的,而且變頻調(diào)速效率高,調(diào)速性能好,調(diào)速改造方便。因此,決定采用變頻調(diào)速技術(shù)對羅茨鼓風(fēng)機進行技術(shù)改造,不但可達到節(jié)能目的,同時也可提高裝置的自動控制水平。

　　3、羅茨鼓風(fēng)機變頻調(diào)速改造

　　3.1羅茨鼓風(fēng)機變轉(zhuǎn)速工作特性

　　3.1.1流量特性

　　3.2 變頻調(diào)速的工作原理

　　變頻調(diào)速的主要工作原理是將三相交流工頻電源經(jīng)大功率整流元件整流 , 變成直流 , 再將直流電用正弦波脈寬調(diào)制技術(shù) ( SPWM)

　　逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度亦隨之改變的三相交流電 , 以此為電源供給電機使用 ( 圖 1) , 可以根據(jù)需要將電源頻率調(diào)節(jié)到一定的值。

　　式中　n ———電機轉(zhuǎn)速 ,r/min

　　f ———電源頻率 ,Hz

　　P ———電機的磁極對數(shù)

　　s ———電機轉(zhuǎn)差率 , 額定負(fù)載時一般為 1.5% ～6% 之間 , 對確定的電機可視為定值由式 (5) 可知 , 轉(zhuǎn)速 n 正比于電源頻率

　　f , 調(diào)節(jié)f 就可以達到調(diào)節(jié) n 的目的。

　　3.3 羅茨鼓風(fēng)機變頻調(diào)速的控制方案

　　根據(jù)電機容量 , 選用 Schneider Altivar38 90kW變頻器。 Altivar 系列變頻器是一種靜止的變頻器

　　,適用于高速傳動、風(fēng)機水泵類負(fù)載和各種恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的傳動 , 在惡劣環(huán)境中使用也能保持良好性能。其最大的特點是安裝簡便 , 參數(shù)顯示清晰 , 性能優(yōu)越

　　( 具有自適應(yīng)、自調(diào)整功能 ) , 堅固耐用 ( 電機傳動裝置具有自動保護 ) , 維護簡單、方便 , 節(jié)能效果明顯。

　　變頻器控制接線如圖2,此變頻調(diào)速系統(tǒng)有兩個主要特點。

　　(1) 保留原有的降壓啟動裝置 , 以備變頻器故障時使用。即羅茨鼓風(fēng)機可在工頻與變頻兩種狀態(tài)下運行。變頻柜面板上“工頻

　　/變頻”選擇開關(guān)旋至工頻時 , 羅茨鼓風(fēng)機將工作于原有的降壓啟動運行回路 ; 當(dāng)選擇開關(guān)旋至變頻時 ,

　　羅茨鼓風(fēng)機處于變頻運行狀態(tài),風(fēng)機的調(diào)速經(jīng)變頻器進行控制。但應(yīng)注意,在運行過程中,不得進行工頻/變頻切換。

　　(2) 變頻調(diào)速器的控制可以是自動的,也可以是手動的。將總控室面板上的“手動/自動”選擇開關(guān) (圖2中SA1) 旋至手動時

　　,電機的調(diào)速將由多圈電位器來控制 ,

　　操作人員根據(jù)工藝或外界條件的變化,通過旋轉(zhuǎn)電位器來調(diào)整電機轉(zhuǎn)速；將選擇開關(guān)旋至自動時,電機的調(diào)速將由溫控儀表進行 PID控制,或由 DCS

　　系統(tǒng)進行控制。溫控儀表進行 PID控制與 DCS 系統(tǒng)控制可通過“儀表控制/DCS ”選擇開關(guān) (圖2中SA2) 進行轉(zhuǎn)換。

　　4、變頻調(diào)速的運行效果

　　4.1 節(jié)能

　　現(xiàn)將變頻調(diào)速改造前后的裝置耗能進行比較( 以生產(chǎn)均四甲苯的負(fù)荷為30kg/h時) 。

　　(1)

　　改造前耗能(2003年4月)。羅茨鼓風(fēng)機電機電流為110～120A,日耗電量1320～1440kWh,月耗電量39600～43200kWh。4月份實際電費

　　4.1萬元。

　　(2)改造后耗能(2003年5月)。羅茨鼓風(fēng)機電機電流為70～85A,日耗電量840～1020kWh,月耗電量25200～30600kWh。5月份實際電費3.49萬元。

　　(3)節(jié)能效益。由以上數(shù)據(jù)可得:每月節(jié)約電量14400～12600kWh,取下限12600kWh,按電價0.55元/kWh計算,每月節(jié)約電費為.55元=6930元。實際(2003年5月)節(jié)約電費4.1-3.49=0.61萬元。

　　(4) 投資回收時間。變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)改造總投資6萬元,經(jīng)9～10個月運行,即可收回全部投資成本,經(jīng)濟效益顯著。

　　4.2 提高控制精度

　　安裝變頻器后,引入流量反饋信號,采用變頻器的PID閉環(huán)控制或DCS控制,轉(zhuǎn)速自動隨流量變化,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定即可獲得穩(wěn)定的流量,從而可提高控制精度。

　　4.3 降低噪聲

　　采用變頻調(diào)速系統(tǒng),避免了羅茨鼓風(fēng)機的旁路放空,噪聲從110dB 左右降低至60dB左右,大大降低了實訓(xùn)基地的生產(chǎn)噪聲。

　　4.4 設(shè)備壽命

　　由于采用了變頻調(diào)速技術(shù) , 電機啟動、調(diào)速平穩(wěn) , 不存在啟動電流沖擊 , 減少了羅茨鼓風(fēng)機出口壓力瞬間提高對風(fēng)機的沖擊 ,

　　從而延長了風(fēng)機及其它設(shè)備的使用壽命。而且 , 羅茨鼓風(fēng)機和驅(qū)動電機都處于相對額定轉(zhuǎn)速較低的轉(zhuǎn)速上 , 因而其零部件的機械磨損減少 ,

　　延長了使用壽命。

　　5、結(jié)論

　　均苯四甲酸二酐生產(chǎn)裝置中羅茨鼓風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用 , 實現(xiàn)了裝置的節(jié)能運行 , 提高了羅茨鼓風(fēng)機的使用壽命 ,

　　且大大降低了生產(chǎn)裝置的噪聲。變頻器對羅茨鼓風(fēng)機來說是一種使用方便、故障率低、節(jié)能效果明顯的設(shè)備。變頻器的價 格較高 , 變頻調(diào)速系統(tǒng)的一次性投資較大

　　, 但其節(jié)能效果明顯 , 本裝置變頻調(diào)速系統(tǒng)投入使用 9 ～ 10個月便收回全部投資。

羅茨鼓風(fēng)機節(jié)能改造：羅茨鼓風(fēng)機節(jié)能改造經(jīng)驗

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　　一污水處理廠客戶對羅茨鼓風(fēng)機進行技術(shù)改造后，跟我們交流節(jié)能改造技術(shù)經(jīng)驗，下面錦工技術(shù)人員簡要總結(jié)一下，羅茨鼓風(fēng)機節(jié)能改造的經(jīng)驗，全是干貨。

　　首先，客戶改變了過去以調(diào)節(jié)出口閥門大小方式來調(diào)節(jié)風(fēng)壓或風(fēng)量的生產(chǎn)方式，勞動強度減輕，調(diào)節(jié)的及時性好，單機能耗明顯下降。

　　其次，客戶加裝了錦工羅茨風(fēng)機專用變頻器，變頻器對風(fēng)機實行節(jié)能改造后具有以下幾點優(yōu)點：

　　1、提高功率因素，減少無功功率損耗 ；

　　2、采用變頻器控制具有自動節(jié)能控制功能，能根據(jù)負(fù)載情況自動調(diào)整電壓和頻率，使電機運行在最高效率狀態(tài)下；

　　3、變頻器具有先進的磁通矢量控制，低頻輸出額定轉(zhuǎn)矩，能對羅茨風(fēng)機實行強有力的控制 ；

　　4、節(jié)約能源，降低運行成本；

　　5、實現(xiàn)軟啟動、啟動時無大電流沖擊；

　　6、延長螺茨風(fēng)機的使用壽命。

　　最后，客戶總結(jié)，在污水處理系統(tǒng)中，各種水泵也需要節(jié)能，我們可以根據(jù)工藝的需要，采用變頻器控制，來達到節(jié)能的目的，同時，在水泵安裝的時候，也要注意以下幾點來達到節(jié)能的目的。

　　1、選擇合理的安裝位置，減少彎頭，使出水口正對水池。

　　2、縮短管路。

　　3、擴大出水管徑。

　　4、在進水能保持清潔的情況下，可去掉濾網(wǎng)。

　　5、調(diào)整軸向間隙，防止葉輪口環(huán)和軸向間隙不恰當(dāng)，使用時應(yīng)根據(jù)水泵的出廠說明調(diào)整。

　　6、及時消除管道堵塞物。異物留在進水管、葉輪或?qū)Я鳉ち鞯纼?nèi)，都將使出水量減少。

　　7、防止水泵進氣。水泵進了空氣，出水量會明顯減少，應(yīng)對各密封部位檢查維護。

　　8、采用聯(lián)軸器直接傳動代替平皮帶，可提高傳動效率。

　　9、有些地方，能不用底閥的盡量不用底閥。

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