羅茨風機功率與頻率的關(guān)系：羅茨風機的變頻節(jié)能改造

　　原標題：羅茨風機的變頻節(jié)能改造

　　山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨風機、羅茨鼓風機、回轉(zhuǎn)式鼓風機等水產(chǎn)養(yǎng)殖曝氣設(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)品雙油箱羅茨鼓風機、水冷羅茨鼓風機、油驅(qū)羅茨鼓風機、低噪音羅茨鼓風機，贏得了市場好評和認可。產(chǎn)品和服務(wù)遠銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。

　　某卷煙廠除塵房主要負責生產(chǎn)車間機臺除塵和煙絲風送，由除塵系統(tǒng)和集塵系統(tǒng)組成，系統(tǒng)采用布袋式除塵器，采用集中集塵并由負壓輸送至壓塵機處理。其中集塵器的負壓由兩臺22KW的羅茨風機提供，一臺用于制絲線集塵，一臺用于卷包線集塵。原風機額定功率的設(shè)計選型是根據(jù)工藝的最大流量來選擇的，按當時的設(shè)計思路，風機的選型一般在滿足工藝負荷工作條件下還要增加一定的裕量。但實際運行中，工藝的運行參數(shù)隨各種因素而發(fā)生變化，往往實際運行負荷要比設(shè)計的最大流量小得多，造成能源浪費的情況。二、問題的提出根據(jù)本系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，羅茨風機實際使用的功率也僅為額定功率的70%--75%左右。，即所消耗的電能有20%～25%被浪費掉。因此，對羅茨鼓風機進行節(jié)能改造有著顯著的經(jīng)濟和環(huán)境效應(yīng)。三、節(jié)能改造方法的確定羅茨風機屬容積回轉(zhuǎn)式風機，其工作特點是當轉(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機的吸氣量，所以風機始終在滿負荷下運行，無法節(jié)能。而改變轉(zhuǎn)速，使風機吸氣量發(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。若改為變頻調(diào)速方式調(diào)節(jié)風機風量，即能減少風機電耗的浪費。一）羅茨鼓風機變轉(zhuǎn)速工作特性1、流量特性羅茨鼓風機的理論流量與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的關(guān)系式為羅茨鼓風機的實際流量為由式（1）和式（2）可知，對每一臺具體的羅茨鼓風機，其葉輪外徑、長度和面積利用系數(shù)都是一個定值，當可忽略容積效率的變化時，羅茨鼓風機的流量正比于轉(zhuǎn)速。2、功率特性羅茨鼓風機的軸功率為由式（1）和式（3）可知，當羅茨鼓風機轉(zhuǎn)速n變化時，其軸功率與轉(zhuǎn)速成正比。3、 轉(zhuǎn)矩特性羅茨鼓風機的轉(zhuǎn)矩為由于羅茨鼓風機的軸功率與轉(zhuǎn)速成正比，因此由式（1）可知，當轉(zhuǎn)速變化時，轉(zhuǎn)矩不變，即羅茨鼓風機屬于恒轉(zhuǎn)矩運行。二）變頻調(diào)速的工作原理變頻器調(diào)速的原理是將交流順變成直流，平滑濾波后再經(jīng)過逆變回路，將直流變成不同頻率的交流電，使電機獲得無級調(diào)速所需的電壓和頻率，從而直接改變和控制電機的輸出軸功率。羅茨風機的驅(qū)動采用交流三相異步電動機，其轉(zhuǎn)速與電源頻率的關(guān)系為[3]由式（1）可知，轉(zhuǎn)速與頻率成正比，只要改變頻率即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當頻率在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。因此，決定采用變頻調(diào)速技術(shù)對羅茨鼓風機進行技術(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。四、羅茨風機的變頻改造一）、硬件設(shè)計1、變頻器的選用根據(jù)電機容量，選用丹佛斯FC300變頻器。丹佛斯FC300系列變頻器的優(yōu)點：（1） 調(diào)速范圍廣，機械特性硬，精度高，運行可靠；（2） 磁通―電流控制（FCC）功能改善動態(tài)響應(yīng)特性，并且優(yōu)化電動機的控制；（3） 控制不同的負載，具有相應(yīng)的V/F特性；（4） 變頻器的PID調(diào)節(jié)器具有較高的品質(zhì)（參數(shù)自整定）可用于簡單的過程控制；（5） 快速電流限制功能（FCL），避免運行中不應(yīng)有的跳閘；（6）可實現(xiàn)電動機的過壓、欠壓、過熱等功能。2、變頻器控制與調(diào)節(jié)變頻器可通過在控制柜門“遠程/本地”開關(guān)的切換實現(xiàn)“遠程控制”與“本地控制”。“遠程控制”是在主控室內(nèi)上位機與變頻器進行數(shù)據(jù)通信，操作人員可通過觸摸屏的畫面對風機和變頻器的工作電流、頻率、轉(zhuǎn)速以及啟動、停止、故障等狀態(tài)進行實時監(jiān)控。同時操作人員根據(jù)工藝或外界條件的變化，通過改變變頻器的頻率來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。另外，在風機房內(nèi)還裝有一個本地控制的機旁操作箱，在風機出現(xiàn)故障時可在電機旁進行操作。為了保證生產(chǎn)的連續(xù)運行，在變頻器出現(xiàn)故障后，可將故障變頻器通過旁路柜隔離，風機電動機可切換為工頻運行或啟、停控制。二）、PLC與變頻器通訊的實現(xiàn)原除塵系統(tǒng)的配置為：1套PLC主站（S7-300，315-2DP），1個MP 270觸摸屏，現(xiàn)將兩臺羅茨風機的Danfoss FC300變頻器通過現(xiàn)有的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)進行PLC和變頻器的通訊，變頻器通過PROFIBUS-DP來實現(xiàn)電機的啟/停和調(diào)速控制，并把變頻器的實際運行狀態(tài)通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)輸送并顯示在觸摸屏MP 270，從而達到對羅茨風機的運行控制目的。五、系統(tǒng)調(diào)試及運行效果一）系統(tǒng)改造后的調(diào)試完成羅茨風機變頻器改進安裝后，并投入系統(tǒng)運行前的調(diào)試，目的主要是檢查所選擇的變頻器性能、改進方案的功能是否達到設(shè)計要求以及滿足實際生產(chǎn)需要。經(jīng)調(diào)試，變頻器性能運行非常穩(wěn)定，達到設(shè)計要求。二）運行效果變頻器經(jīng)過一個月試運行及投入正常使用后，從實際運行來看，變頻運行狀態(tài)比較穩(wěn)定，滿足設(shè)計要求，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。設(shè)備方面由于變頻具有軟啟動功能避免了電機啟動時對電機的沖擊損害，轉(zhuǎn)速的降低，對風機的葉輪、軸承等壽命得以延長，設(shè)備運行狀況良好。1、節(jié)能效益制絲集塵風機的運行實際工頻大約為42HZ，工作電流為32A；卷包集塵風機運行實際工頻大約為40HZ，工作電流為34A。根據(jù)測定數(shù)據(jù)可計算有功功率，其公式：P=1.732×U×I×cosα改造前：P1=1.732IV cosα=1.732×380×45×0.85=25.17kW制絲集塵改造后：P2=1.732×380×32×0.85=17.90KW卷包集塵改造后：P3=1.732×380×34×0.85=19.02KW每小時節(jié)電P節(jié)約=2× P1- P2- P3=13.43kW車間每天兩班生產(chǎn)，工作時間16小時，一個月生產(chǎn)天數(shù)20天，一個月可節(jié)約電能4296.47 kW。2、設(shè)備影響（1） 避免了電動機啟動時對電機的沖擊損害及對電網(wǎng)的沖擊；（2） 提高了羅茨風機的自動控制能力；（3） 減少了羅茨風機及其消聲器等的機械振動、噪聲和沖擊；（4） 由于轉(zhuǎn)速的降低，羅茨風機的葉輪、軸承等壽命得以延長。六、結(jié)束語變頻器控制技術(shù)用于羅茨風機控制達到顯著的節(jié)電效果，提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且因此而大大減少了設(shè)備維護、維修費用，經(jīng)濟效益十分明顯。

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羅茨風機功率與頻率的關(guān)系：羅茨鼓風機變頻器選用和配置說明

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展，要求調(diào)節(jié)羅茨鼓風機風量的用戶日趨增多。在幾種調(diào)節(jié)方法中，變頻調(diào)速由于效率高，調(diào)速性能好，調(diào)速改造方便等優(yōu)點，而得到普遍的采用。在使用中發(fā)現(xiàn)，有些用戶對羅茨鼓風機的自身使用特點不十分清楚，造成風機不能正常使用，因此有必要對羅茨鼓風機應(yīng)用變頻調(diào)速的特點加以論述。

　　變頻調(diào)速可用一般的異步電動機加變頻器實現(xiàn)，也可用變頻電機加變頻器實現(xiàn)。一般異步電動機加變頻器向下調(diào)轉(zhuǎn)速時，長期使用一般控制在20Hz以上。因為一般電動機的散熱主要依靠電動機后面的風扇進行，當轉(zhuǎn)速高時，其散熱情況好。但當電動機轉(zhuǎn)速很低時(如電頻20Hz以下)，風扇的性能降低，散熱情況變得惡劣，影響電動機的使用。羅茨風機

　　變頻電動機加變頻器調(diào)節(jié)時，由于變頻電動機設(shè)計時考慮了散熱的問題，故可在5Hz以上長期使用。

　　當采用變頻調(diào)速，若供電頻率為50Hz，頻率不大于供電頻率50Hz時，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；當頻率大于供電頻率50Hz時，為恒功率調(diào)速。如目前國內(nèi)普遍采用的YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動機，恒轉(zhuǎn)矩頻率范圍為5～50Hz，恒功率頻率范圍為50～100Hz。

　　羅茨鼓風機的驅(qū)動一般采用異步電動機，故可采用變頻調(diào)速來達到調(diào)節(jié)風量的要求。羅茨鼓風機在采用變頻調(diào)速時，除了應(yīng)滿足變頻調(diào)速的自身要求外，還需符合羅茨鼓風機的自身運行特點。當頻率下調(diào)、轉(zhuǎn)速下降時，將導(dǎo)致風機效率下降，使風機溫度升高，因此下調(diào)頻率有個最低極限值，使風機不致產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。

　　當頻率上調(diào)、轉(zhuǎn)速升高時，應(yīng)注意滿足風機轉(zhuǎn)矩上的要求。注意了以上特點，采取必要的措施，即可保證風機正常連續(xù)運行。

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　　：羅茨鼓風機

羅茨風機功率與頻率的關(guān)系：羅茨鼓風機變頻控制方法指南！

　　原標題：羅茨鼓風機變頻控制方法指南！

　　羅茨鼓風機的變頻調(diào)速方法，為了適應(yīng)不同條件下的曝氣，變頻電機的使用也節(jié)省了工作中的耗電成本！ 是個更好的設(shè)計。 由于同步速度與電源頻率成比例，因此只要電源頻率可以連續(xù)變化，就可以實現(xiàn)無級調(diào)速。 變頻調(diào)速不會人為地增加滑差。 該方法被稱為現(xiàn)代交流調(diào)速的基礎(chǔ)和輔助，是三葉羅茨鼓風機的理想和有前途的速度控制方法。

　　羅茨風機逆變器可分為兩類：AC→DC→AC逆變器和AC→AC逆變器。 前者也稱為帶有直流回路的間接逆變器，后者也稱為直接逆變器。 簡單地說，通過改變羅茨鼓風機的異步電動機的定子端的輸入功率的頻率來改變電動機的速度的方式變?yōu)榭勺冾l率調(diào)節(jié)。 羅茨鼓風機中經(jīng)常使用的變頻調(diào)速裝置主要包括可變直接轉(zhuǎn)換型的三種電壓型，電流型和脈寬調(diào)制型。

　　羅茨鼓風機變頻調(diào)速的優(yōu)點是效率高，調(diào)頻無附加滑差，速度范圍寬，一般可達20：1，硬特點，調(diào)速精度高，易于實現(xiàn)無級調(diào)速。 由于大多數(shù)逆變器可以實現(xiàn)能量反饋，因此啟動相當于分級啟動，因此啟動和制動的能耗很小。 當舊設(shè)備重建時，由于可以使用原始的籠式電動機，因此減少初始投資是特別有利的。 根據(jù)不同的負載要求，三葉羅茨鼓風機變頻調(diào)速可以給出不同的協(xié)調(diào)控制模式。 它特別適用于調(diào)節(jié)深度運行或頻繁啟動，如開關(guān)控制的羅茨鼓風機。 此時，選擇殼體比電動機功率快，并且執(zhí)行節(jié)能操作。

　　對于變頻電機的工作原理，用戶可以通過變頻柜簡單介紹電機的Hz，電機的速度會降低。 變頻電動機的優(yōu)點在于，在電動機的轉(zhuǎn)速降低之后，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不會改變。 它的功率沒有變化。 變頻的功率已經(jīng)下降，這在節(jié)省點方面發(fā)揮了作用。 一般來說，大功率用戶將使用更多的頻率轉(zhuǎn)換，而使用低功率的電機用戶將使用較少的頻率轉(zhuǎn)換。

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羅茨風機功率與頻率的關(guān)系：風機旋轉(zhuǎn)噪聲頻率計算公式_

　　錦工鼓風機廠錦工羅茨鼓風機旋轉(zhuǎn)噪聲具有確定的頻率，其基頻可由下式計算：

　　f1=Z·n/30（Hz）

　　式中 n---------—轉(zhuǎn)速，r/min;

　　Z—葉輪頭數(shù)，兩葉型Z=2，三葉型Z=3。

　　此外，還有頻率f1=i·f1的諧波存在（i=2,3,4,···）。從旋轉(zhuǎn)噪聲的輕度看，基頻聲最強，其次是二次諧波、三次諧波，總的趨勢時逐漸減弱。一般情況下，羅茨鼓風機的轉(zhuǎn)速為490～3000r/min,Z=2時基頻f1=33～200Hz,Z=3時基頻f1=49～300Hz，因此，其旋轉(zhuǎn)噪聲通常具有低頻特性。

　　渦流噪聲。又稱紊流噪聲，時氣體渦流運動產(chǎn)生的一種非穩(wěn)定流動噪聲。在錦工羅茨風機葉輪及錦工羅茨風機機殼流道表面，特別是那些使氣流突然減速或速度方向發(fā)生突變的地方，氣體附面層發(fā)展到一定程度就會發(fā)生脫離，形成漩渦。同時，內(nèi)泄漏氣體的流動方向與主氣流方向相反，也會在泄漏間隙兩端產(chǎn)生漩渦。并且，氣體具有粘滯性，漩渦產(chǎn)生后還會流動過程中進一步分裂，形成一系列更小的渦流。由于渦流變化頻度很高，具有隨機性，因此渦流噪聲一般具有中、高頻性質(zhì)，表現(xiàn)出連續(xù)寬頻特性。

　　共鳴聲。由于葉輪旋轉(zhuǎn)和氣體渦流運動等因素的影響，氣體壓力在很寬的頻率范圍內(nèi)脈動。這種脈動與進（排）氣腔發(fā)生聲學上的共振，產(chǎn)生共鳴聲。若忽略內(nèi)部間隙的存在，進氣腔的氣體共振可用亥姆霍茲共振模型描述。亥姆霍茲共振頻率計算公式為:

　　式中 C-聲速，通常取為340m/s;

　　l-進氣管的有效長度，m；

　　S-進氣管的有效截面積，m2;

　　V-共振腔（即進氣腔）的容積，m3。

　　當葉輪旋轉(zhuǎn)到不同方位時，共振腔的容積在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化。因此，共鳴聲也跟著有不同的響應(yīng)頻率。式中只是給出了主共振頻率的響應(yīng)關(guān)系，該頻率通常出現(xiàn)在200～600Hz之間。實際上，錦工羅茨鼓風機配件廠鼓風機內(nèi)部高次諧波共振的影響也不容忽視，諧振效應(yīng)多數(shù)表現(xiàn)在1000Hz以上。

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