引風機風量控制系統(tǒng)改造方案

/引風機風量控制系統(tǒng)改造方案一、系統(tǒng)現(xiàn)狀原系統(tǒng)采用恒轉(zhuǎn)速風機提供風量，在風機運行過程中，風量提供為一恒定值。但在實際使用過程中，風量的需求并不是恒定的，會根據(jù)實際需要選擇適當風量以完成生產(chǎn)需求。當供風量大于實際需求量時，富裕風量會白白消耗電能，增加生產(chǎn)成本。另外，多余的供風量也會對生產(chǎn)帶來一定的負面影響。二、需求分析本方案所要解決的首要問題是對風量的控制，以達到按生產(chǎn)需要來調(diào)節(jié)風量，使風機能提供最佳風量，滿足生產(chǎn)需求。其次，在保證合適風量，滿足生產(chǎn)需求的前提下，起到節(jié)能降耗的作用，節(jié)約能源消耗，降低生產(chǎn)成本。三、設(shè)計原則1.風量調(diào)節(jié)從需求分析看，用戶在風量供應需求上，一是需要一個穩(wěn)定適宜的供風量，二是可調(diào)性。從第一點分析，采用定轉(zhuǎn)速風機，雖然可以滿足穩(wěn)定風量的供應，但因定轉(zhuǎn)速風機本身限制，對合適風量的控制較難實現(xiàn)。從第二點分析，生產(chǎn)過程中隨著設(shè)備運行生產(chǎn)環(huán)境的改變以及供電、現(xiàn)場環(huán)境的改變，供風量損耗及凈風量將會產(chǎn)生波動。另外，合適的風量將對生產(chǎn)效率起到至關(guān)重要的作用，但什么樣的風量是最佳風量，不僅需要多次嘗試，還要考慮用風量以及供風系統(tǒng)效率等問題。綜上兩點，采用定轉(zhuǎn)速風機顯然不能滿足需要。2.節(jié)能降耗生產(chǎn)過程中除設(shè)備投入成本外，還需要消耗大量的動力能源，這就是生產(chǎn)成本。產(chǎn)品成本除了生產(chǎn)成本外，還包含原料成本、人員管理成本等諸多因素在里面。從生產(chǎn)角度分析，控制生產(chǎn)成本，是降低產(chǎn)品成本的行之有效的方法。減少不必要的能源消耗，將有效降低生產(chǎn)過程中成本的增加。風機節(jié)能技術(shù)改造具有技術(shù)成熟、投資少、節(jié)能效果顯著的特點，各大工礦企業(yè)均將風機節(jié)能技術(shù)改造列為重點節(jié)能改造項目。綜上所述，現(xiàn)有設(shè)備中引風機的風量調(diào)節(jié)上還存在著較大的節(jié)能潛力，因此對風機裝置實施變頻調(diào)速改造，將獲得顯著的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。

四、設(shè)計依據(jù)

1.系統(tǒng)通風特性、風機工作特性及節(jié)能潛力分析:目前風機送風系統(tǒng)控制大多數(shù)都是采用控制調(diào)風閥門的開度來實現(xiàn)送風量的控制，不管需要的風量是大是小，風機都是以設(shè)計時的最高轉(zhuǎn)速運行，造成嚴重的資源浪費。由于使用調(diào)節(jié)閥門開度來實現(xiàn)變風量的控制，以實現(xiàn)控制供風風量、壓力的目的。這種調(diào)節(jié)方式既不方便，又浪費大量的電能，很容易造成閥門及風機的損壞。另外，調(diào)風閥門調(diào)節(jié)精度不高，閥門調(diào)節(jié)也容易引起故障，造成維護成本增加,造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。一般使用的風機，選用的設(shè)備額定的風量，通常都超過實際需要的風量，又因為工藝需要在運行中變更風量，而目前采用檔板來調(diào)節(jié)風量的調(diào)節(jié)方式較為普遍，雖然方法簡單，但實際上是通過人為增加阻力的辦法達到調(diào)節(jié)的目的，這種節(jié)流調(diào)節(jié)方法浪費了大量的電能，回收這部分電能損耗會收到很大的節(jié)能效果。

從流體力學原理知道，風機風量與電機轉(zhuǎn)速及電機功率有如下關(guān)系：

Q1/Q2=n1/n2H1/H2=（n1/n2)2P1/P2=(n1/n2)3

其中Q－風量H－風壓P－電機軸功率n－電機轉(zhuǎn)速

當需要小風量時，用變頻控制裝置降低風機轉(zhuǎn)速，電動機的輸入功率也相應的減少。如風量減少到80%，轉(zhuǎn)速（n）也下降到80%，其軸功率則下降到額定功率的51%；若風量下降到50%，軸功率將下降到額定功率的73%，其節(jié)能潛力非常大，因此對風量調(diào)節(jié)范圍較大的風機，采用變頻節(jié)電調(diào)速節(jié)能控制裝置來代替風門調(diào)節(jié)，是實現(xiàn)節(jié)能的選擇之一。

許多工況下，通風阻力會隨工況變化而發(fā)生一定的波動，對于已建成的生產(chǎn)線由于風道的有效截面積和有效高度為定值，其阻力為：

ΔP=k·Q2

式中:ΔP——風道阻力，MPa；

Q——供風風量，m3；

k——阻力系數(shù)，由生產(chǎn)、物料結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)規(guī)模等眾多因素決定。

羅茨風機屬定容式通風機，風道阻力變化對風量影響甚少。離心式通風機的送風量隨風道阻力變化而波動，風量隨阻力增加而減少。為了保證較穩(wěn)定的送風，它需要較穩(wěn)定的工況，亦即需要較高的技術(shù)水平和操作水平。系統(tǒng)供風時不可避免地存在著或多或少的漏風(如風管漏風、風機內(nèi)漏等)。系統(tǒng)的排風量應正比于送風量，過大的排風量不僅增大了電能消耗，降低工作效率，而且還會影響設(shè)備正常工作，降低設(shè)備的使用壽命。因此排風量應根據(jù)實際使用風量進行調(diào)節(jié)。綜上所述，系統(tǒng)的送、排風特性與現(xiàn)有風機的供風、排風特性并不完全匹配，系統(tǒng)的風機尚存在著很大的節(jié)能潛力。

2.調(diào)速節(jié)能原理:

(1)風機節(jié)能原理:

在風路的截面積不變時，羅茨風機和離心式通風機的風量均正比于風機的轉(zhuǎn)速亦即電動機的轉(zhuǎn)速，而風壓與風速n平方成正比，即電動機輸出轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速Ω平方成正比，由功率N=M·Ω，說明電動機輸出功率與轉(zhuǎn)速三次方成比例，即N∝n3。三相異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式如下：

n=(1－s)×60×f/p

式中:n——電動機轉(zhuǎn)速，r/min；

s——轉(zhuǎn)差率；

p——電動機極對數(shù)；

f——頻率，Hz。

對于已選定的電動機而言，轉(zhuǎn)差率s和電動機極對數(shù)p均為常數(shù)，電動機的轉(zhuǎn)速取決于電源的頻率，改變電源的頻率就能改變轉(zhuǎn)速進而達到改變風量的目的。變頻調(diào)速器是一種比較理想的改變電源頻率的裝置，它通過改變電動機使用的電源頻率而達到改變風量的目的。其工作原理是將三相工頻電整流成直流電，用正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)逆變?yōu)轭l率可在0～50Hz范圍可調(diào)、幅度隨之改變的三相交流電，再供電動機使用。3.設(shè)計原理風機是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由風機變頻器控制，用以實現(xiàn)變風量恒壓控制。風機變頻器接受控制器的信號對風機進行速度控制，控制器綜合給定信號與反饋信號后，經(jīng)模糊控制算法調(diào)節(jié)，向風機變頻器輸出運轉(zhuǎn)頻率指令。壓力傳感器監(jiān)測風口壓力，并將其轉(zhuǎn)換為控制器可接受的模擬信號，進行調(diào)節(jié)。

變頻調(diào)速節(jié)能控制裝置的特點是效率高，沒有因調(diào)速帶來的附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速范圍大，精度高可實現(xiàn)無級調(diào)速，而且容易實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和閉環(huán)控制。由于可以利用原鼠籠式電動機，所以特別適合對舊設(shè)備的技術(shù)改造，它既保持了原電動機結(jié)構(gòu)簡單，可靠耐用，維修方便的優(yōu)點，又能達到節(jié)電的顯著效果，是風機交流調(diào)速節(jié)能的理想方法。

在控制上,一般根據(jù)現(xiàn)場實際情況,選用以下兩種控制方式:

手動調(diào)節(jié)（即開環(huán)調(diào)節(jié)）系統(tǒng)組成

采用手動控制時，可以根據(jù)生產(chǎn)對風壓和風量的需要，調(diào)節(jié)變頻輸出頻率，改變風機的轉(zhuǎn)速達到生產(chǎn)需要的風壓，使風量滿足工藝要求。自動調(diào)節(jié)（即閉環(huán)控制）系統(tǒng)組成。自動控制系統(tǒng)在手動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加PID調(diào)節(jié)器和壓力傳感器。利用變頻器自帶PID調(diào)節(jié)功能達到調(diào)節(jié)目的，風壓傳感器即時檢測風管的風壓并轉(zhuǎn)化為4-20mA電流信號，送入變頻器，設(shè)定給定風管風壓值、PID參數(shù)值。當風道風壓高于設(shè)定風壓時，經(jīng)內(nèi)置PID運算后控制變頻器輸出頻率降低，從而控制風機的運行速度減慢，使風道風壓減小，風量恒定；當風道風壓低于設(shè)定風壓時，經(jīng)變頻內(nèi)置PID運算后控制變頻器輸出頻率升高，從而控制風機的運行速度加快，使風道風壓增加，風量恒定；系統(tǒng)參數(shù)可以在實際運行中調(diào)整，使系統(tǒng)控制響應趨于完整。4.變頻調(diào)速器的選用:

變頻調(diào)速的控制系統(tǒng)有3類：其一是磁通恒定控制法(V/F控制)，是以控制平均力矩為目的，保持逆變器輸出的交流電壓和頻率之比為恒值；其二是轉(zhuǎn)差頻率控制法(s·f控制)，也是以控制平均力矩為目的，以異步電動機的轉(zhuǎn)速角頻率作為反饋信號與設(shè)定的轉(zhuǎn)差頻率相加，用來控制定子電流角頻率；第三是矢量變換控制法，它是以控制瞬時力矩為目的。利用磁通反饋的方式進行控制。本系統(tǒng)風機應用交流變頻調(diào)速，主要是為了節(jié)電，因此在動態(tài)響應性、靜態(tài)精度等方面要求并不高，一般選用V/f控制系統(tǒng)的變頻調(diào)速器就能滿足要求。5.使用變頻調(diào)速的優(yōu)勢

1)啟動平穩(wěn)、調(diào)速精度高，頻率調(diào)節(jié)偏差小，無大電動機啟動時常有的大電流沖擊電網(wǎng)現(xiàn)象，取消了風機電動機啟動柜；具有完善的自我保護功能，能確保電動機不被燒壞。

2)電動機功率因數(shù)大大提高，無功損耗和風機房噪音明顯降低。據(jù)測定，當變頻器負載由51％提高到93％時，功率因數(shù)由0.89增加到0.98；噪音由105dB左右降到85dB左右。

3)就平均來看，安裝變頻器的風機處于相對低速下運行，磨損較小，電動機和羅茨風機的壽命延長。

4)將風管壓力顯示裝置引入變頻器安裝位置，有利于指導變頻器對風機流量的調(diào)節(jié)。

5)保留原有控制系統(tǒng)，確保變頻器檢修時風機的正常運行。

五、系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)主要由風機變頻調(diào)速裝置和風管壓力反饋裝置構(gòu)成，結(jié)構(gòu)圖如下：變頻調(diào)速系統(tǒng)拓撲圖風機調(diào)速控制原理主要是利用變頻對電機的連續(xù)調(diào)節(jié)作用以及自帶的PID調(diào)節(jié)功能，利用風管上安裝的壓力變送器采集的壓力反饋信號，與設(shè)定的壓力目標值進行對比，經(jīng)內(nèi)部PID運算后，對電機的輸出頻率進行連續(xù)調(diào)節(jié)，從而改變風機電機的轉(zhuǎn)速，以大到調(diào)節(jié)風量的目的。最終經(jīng)連續(xù)自動調(diào)節(jié)后，使風機的供風量趨近于設(shè)定目標值并保持恒定。本系統(tǒng)采用手動調(diào)速方式，即通過觀測壓力反饋值，人工調(diào)節(jié)變頻輸出頻率，從而達到調(diào)節(jié)風機風量目的。原有控制設(shè)備建議保留，在變頻設(shè)備檢修時作為備用系統(tǒng)投運，以保證生產(chǎn)正常運行。六、設(shè)備選型本系統(tǒng)采用ABB510系列變頻，該變頻已在原有部分設(shè)備上有過成功改造，因電機距離變頻控制柜較遠，且控制室電子設(shè)備較多，變頻干擾較大，在變頻輸出端應加入一電