0前言

  泵与风机是电厂中的通用设备，两者的耗能在电厂厂用电中占很大的比重。许多电厂的风机、泵处于开环、恒速、全天24h连续运转状态，由于这些设备一般都是根据生产中可能出现的好大负荷条件来选择的，而实际运行中往往比设计值要小的多。若在泵与风机系统中采用变频技术，使系统能根据需要运行，将能提高效率、减少浪费，使两者的电耗明显下降。如果电机不采用调速控制，则流量通常只能通过调节挡板或阀门来控制，其结果是造成很大的能量损耗。变频调速是电动机调速方式中好理想的方案。过去受价格、可靠性及容量等因素的限制，在我国的市场一直未得到广泛应用。近年来，随着电力、电子器件和控制技术的迅速发展，变频器价格不断下降，可靠性不断增加，模块化的设计使变频器的容量几乎不受限制，5000kW及以下的通用变频器可以随时按用户要求提供产品，满足用户的各种需要。采用变频器将电动机直接进行调速运行，则耗能将会显著减少，产生巨大的节能效益。目前，许多泵与风机用户和设计单位都在积极使用变频调速，浙江镇海电厂的风机就采用了变频风机。下面就泵与风机系统中采用变频技术的相关节能原理作简介。

1泵与风机的变频节能原理

  一般来说，泵与风机负载转矩与速度的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。因此，用变频器改变其转速，可以获得显著的节能效果。而采用常用的出口挡板控制，当开度减小时，阻力增加，不适宜大范围调节流量，在低速区域轴功率减少不多，从节能的角度来看是不适宜的。采用入口挡板控制，虽然比出口挡板控制流量调节范围广，减小开度时轴功率大体与流量成比例下降，但节能效果仍然不及变频调速。由图1～3可以说明泵与风机变频调速的节能原理。曲线(1)为泵与风机在给定转速下满负荷即系统阀门全开运行时的扬程（压头）、流量点和效率点的轨迹；曲线(2)为部分负荷时，系统阀门部分开启时的阻力特性曲线，即泵与风机要克服磨擦，压力随流量的平方而变化。泵与风机运行工况点是泵与风机的特性曲线与管路阻力曲线的交点，当用阀门控制时，由于要减少流量，就要关小阀门，使阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从（1）移到（2），扬程则从H1移到H2，流量从Q1减小到Q2，运行工况点从C1点移到C2点。

  从图中可以看出，流量虽然减少，扬程（压头）反而增加，轴功率P比调节前减少不多。若采用变频调速，随着转速下降，扬程（压头）—流量特性变为图2中的曲线1，系统工况点也由C1点变到点，代表轴功率的面积比采用挡板调节时显著减少，两者之差即是节省的轴功率，即为图3中的矩形C2H2H2′的面积。

  由泵与风机的相似律可知，当改变电机转速以改变风机转速时，其效率基本不变；但流量Q、扬程（压头）H、功率P与转速n却存在如下关系：

  流量变化时的功率变化及节电率见表1所示。

  由表1可知，当流量减少20％时，电机消耗的功率减少48.8％，可见采用变频调节节能效果显著。

2变频节能率分析

  泵与风机的轴功率：

式中:P——泵与风机使用工况点的轴功率，kW；

  Q——使用工况点的流量，m3／h；

  H——使用工况点的扬程(压头)，m；

  ρ——输出介质的密度，kg/m3；

  102——由kg·m/s变换成kW的单位转换系数；

  η——使用工况点的泵与风机总效率％，η＝ηpηc；

  ηp——泵与风机本身的效率，％；

  ηc——传动机构的效率，％，直接传动时为100％、皮带传动时为90%～95％、齿轮传动时为90%～97％。

  如图3所示，C2工况点的轴功率为：

式中：t——泵与风机的年运行时间，h/a。

3经济性比较

  以某电厂的鼓风为例，设计参数如表2所示，经济性比较见表3所示。

  现采用两种设计方案，A方案如表2中风机定流量系统，即风机处于开环、恒定转速下使用。B方案采用变频风机变流量系统，采用变频技术调节流量。现对两种方案节能情况及经济性进行比较，详见表3所示。

  从上表中可以看出，虽然方案B比方案A初投资增加10.8万元（变频器投资），但是从全年运行费用中可以看出, 方案B比方案A每年运行费节省5.6万元，运行1.9a即可收回投资。而一般风机的使用寿命为15～20a，故采用变频调节在使用寿命期内可节约70万～100万元。另外，鼓风机每年可节电83640kWh，节电率27.2％，节能效果明显。

4 结论

  (1) 电厂系统运行时，泵与风机采用变频变流量系统方案，节能效果明显，特别适用于负荷相差较大的系统。风机采用变频调节控制可节电27.2％，在使用期内可节约70万～100万元；

  (2) 采用变频调速技术后，由于电机、风机的转速普遍下降，减少了机械摩擦，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费；

  (3) 应用变频调速后，电机可以软起动，起动电压降减少，对电网的冲击大幅减少；

  (4) 采用变频调速装置，所有风机应同时参与变频调节，对资料分析核对，确保安全可靠运行。