摘要：本文從離心鼓風(fēng)機(jī)的工作特性入手，介紹了離心鼓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)量的兩種方法，通過兩種方法的比較，得出了采用變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)。最后介紹了變頻調(diào)速在離心鼓風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：離心鼓風(fēng)機(jī),工作特性,變頻調(diào)速

　　1.概述：

　　在鋁冶煉生產(chǎn)過程中，氧化鋁輸送系統(tǒng)是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。某公司凈化車間氧化鋁輸送采用風(fēng)動(dòng)溜槽輸送，而為風(fēng)動(dòng)溜槽提供高壓風(fēng)的離心鼓風(fēng)機(jī)大部分采用直接啟動(dòng)方式，離心鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量只能靠調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口閥門來實(shí)現(xiàn)，效率低，造成能源的浪費(fèi)，因此對(duì)離心鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速很有必要。

　　2.離心鼓風(fēng)機(jī)的工作特性

　　2.1離心鼓風(fēng)機(jī)的機(jī)械特性：

　　離心鼓風(fēng)機(jī)是一種壓縮和輸送氣體的機(jī)械，其排風(fēng)量較大，它的機(jī)械特性具有二次方律負(fù)載的特點(diǎn)，如圖1所示。從機(jī)械特性圖中可以看出：離心鼓風(fēng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩小，因此在低速運(yùn)行時(shí)，節(jié)能效果比較明顯。

 

　　2.2離心鼓風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)和特性：

　　2.2.1主要參數(shù)：

　　2.2.1.1風(fēng)壓：是管路中，單位面積上風(fēng)的壓力，用PF表示。

　　2.2.1.2風(fēng)量：即空氣的流量，指單位時(shí)間內(nèi)排出氣體的量，用QF表示。

　　2.2.2風(fēng)壓特性：

　　在轉(zhuǎn)速不變的情況下，風(fēng)壓PF和風(fēng)量QF之間的關(guān)系曲線，稱為風(fēng)壓特性曲線，如圖2(a)和(b)中的曲線①所示。

 

　　從離心鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線可以看出：離心鼓風(fēng)機(jī)在風(fēng)量很小時(shí)，風(fēng)壓也較小，隨著風(fēng)量的增大，風(fēng)壓也逐漸增大，增大到一定程度后，風(fēng)量再增大，風(fēng)壓又開始減小。故風(fēng)壓特性呈中間高、兩邊低的形狀。

　　2.2.3風(fēng)阻特性：

　　在離心鼓風(fēng)機(jī)入口閥門不動(dòng)的情況下，表示風(fēng)量和風(fēng)壓關(guān)系的曲線稱為風(fēng)阻特性。如圖2(a)和(b)中的曲線②所示。

　　2.2.4通風(fēng)系統(tǒng)的工作點(diǎn)：

　　風(fēng)壓特性和風(fēng)阻特性的交點(diǎn)，即為通風(fēng)系統(tǒng)的工作點(diǎn)。如圖2中的A1點(diǎn)所示。

　　3.離心鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法與比較

　　3.1離心鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法：

　　離心鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法有兩種：

　　3.1.1調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度：

　　調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度，這時(shí)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，故風(fēng)壓特性也不變，風(fēng)阻特性則隨風(fēng)門的改變而改變，如圖2(a)和(b)中的曲線③和④所示。

　　由于風(fēng)機(jī)消耗的功率與風(fēng)壓和風(fēng)量的乘積成正比，在通過關(guān)小風(fēng)門來減小風(fēng)量時(shí)，消耗的電功率雖然也有所減少，但減少的不多，如圖2(c)的曲線①所示。

　　3.1.2調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速

　　調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)門開度不變，故風(fēng)阻特性不變，風(fēng)壓特性則隨轉(zhuǎn)速的改變而改變，如圖2(b)中的曲線⑤和⑥所示。

　　由于風(fēng)機(jī)屬于二次方律負(fù)載，消耗的電功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，如圖2(c)的曲線②所示。

　　3.2兩種調(diào)節(jié)方法的比較：

　　由圖2(c)可知：在所需風(fēng)量相同的情況下，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法所消耗的功率要比調(diào)節(jié)風(fēng)門所消耗的功率小的多，節(jié)能效果也十分顯著，因此，對(duì)離心鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)采用變頻調(diào)速很有必要。

　　4.離心鼓風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)

　　4.1變頻調(diào)速工作原理：

　　離心鼓風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)一般采用交流異步電動(dòng)機(jī)，交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：

　　n=60f(1-s)/p1

　　式中 n—轉(zhuǎn)速，單位為r/min;

　　f—定子電壓的供電頻率，單位為Hz;

　　p1—電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù);

　　s—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率，s=(n1-n)/n1。

　　式中 n1—電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，單位為r/min 。

　　根據(jù)上式可知，若p1和s均為常數(shù)，改變定子電壓的供電頻率f，即可改變轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速就是用一臺(tái)變頻電源帶動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，通過改變頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速，其調(diào)速性能好，效率高且調(diào)速范圍寬。

　　4.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的選用原則：

　　國內(nèi)的供電電源的頻率一般為50Hz(國外有60Hz)，變頻器頻率變化范圍在0.58～400Hz之間。

　　變頻調(diào)速可用一般的異步電動(dòng)機(jī)加變頻器實(shí)現(xiàn)，也可用變頻電機(jī)加變頻器實(shí)現(xiàn)。

　　一般異步電動(dòng)機(jī)加變頻器向下調(diào)轉(zhuǎn)速時(shí)，長期使用一般控制在20Hz以上。因?yàn)橐话汶妱?dòng)機(jī)的散熱主要依靠電動(dòng)機(jī)后面的風(fēng)扇進(jìn)行，當(dāng)轉(zhuǎn)速高時(shí)，其散熱情況好。但當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很低時(shí)(如頻率在20Hz以下)，風(fēng)扇的性能降低，散熱情況變得惡劣，影響電動(dòng)機(jī)的使用。

　　變頻電動(dòng)機(jī)加變頻器調(diào)節(jié)時(shí)，由于變頻電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了散熱問題，故可以在5Hz以上長期運(yùn)行。但變頻電動(dòng)機(jī)的價(jià)格比較貴。

　　因此對(duì)于物料輸送系統(tǒng)中的離心鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)采用一般異步電動(dòng)機(jī)加變頻器的方式即可。

　　4.3變頻調(diào)速系統(tǒng)在離心鼓風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用：

　　4.3.1控制電路：

　　如圖3所示，圖中，按鈕開關(guān)SB1和SB2用于控制接觸器KM，從而控制變頻器的通電與斷電。

 

　　SF和ST用于控制繼電器KA，從而控制變頻器的運(yùn)行和停止。

　　KM和KA之間具有連鎖關(guān)系：一方面，KM未接通之前，KA不能通電;另一方面，KA未斷開時(shí)，KM也不能斷電。

　　SB3為升速按鈕;SB4為降速按鈕;SB5為復(fù)位按鈕。HL1是變頻器通電指示;HL2是變頻器運(yùn)行指示;HL3和HA是變頻器發(fā)生故障時(shí)的聲光報(bào)警。Hz是頻率指示。

　　4.3.2主要器件的選擇：

　　(1)變頻器選擇。根據(jù)要求，可選用康沃CVF-P1-4T0055，額定容量為 73.7KVA，額定電流112A。

　　(2)空氣開關(guān)：IQN=(1.3-1.4)×112=145.6-156.8A

　　選IQN=200A

　　(3)接觸器。IKN=112A 選IKN=150A

　　4.3.3變頻器的主要功能預(yù)置

　　(1)U/f曲線類型選擇。選擇遞減轉(zhuǎn)矩曲線2，如圖4(a)所示。同時(shí)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，低頻時(shí)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量預(yù)置為“3”，如圖4(b)所示。

　　(2)升速和降速時(shí)間的預(yù)置。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，但啟動(dòng)和停止的次數(shù)少，故升速和降速時(shí)間可盡量加長，使啟動(dòng)電流限制在額定電流以內(nèi)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，選升速時(shí)間tr=30s，降速時(shí)間td=60s。

　　(3)上限頻率。因?yàn)轱L(fēng)機(jī)一旦轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速，阻轉(zhuǎn)矩將增大很多，容易使電動(dòng)機(jī)和變頻器處于過載狀態(tài)。因此，上限頻率fH不應(yīng)超過額定頻率fN，即fH≤fN

　　(4)下限頻率。從特性或工況來說，風(fēng)機(jī)對(duì)下限頻率fL沒有要求。但轉(zhuǎn)速太低時(shí)，風(fēng)量太小，并無實(shí)際意義。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，預(yù)置為fL≥20Hz

　　(5)輸入斷子X1的功能選擇。預(yù)置為“10”，是頻率遞增功能。

　　(6)輸入斷子X2的功能選擇。預(yù)置為“11”，是頻率遞減功能。

　　5.結(jié)束語

　　隨著變頻調(diào)速技術(shù)的進(jìn)一步成熟，離心鼓風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速后，離心鼓風(fēng)機(jī)的調(diào)速性能有了很大的提高，同時(shí)可節(jié)約大量的能源。因此在風(fēng)機(jī)上推行變頻調(diào)速很有必要。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1. 張燕賓主編. 電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速圖解. 北京：中國電力出版社，2003

　　2. 黃承忠等.鋁電解生產(chǎn).中南工業(yè)大學(xué)出版.2007