羅茨風(fēng)機變頻改造節(jié)能效益分析

山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機、羅茨真空泵、回轉(zhuǎn)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)品雙油箱羅茨風(fēng)機、水冷羅茨風(fēng)機、油驅(qū)羅茨風(fēng)機、低噪音羅茨風(fēng)機，贏得了市場好評和認可。

泵與羅茨風(fēng)機是把機械能轉(zhuǎn)換為流體壓力能和動能的通用流體機械，在石化、冶金、電廠中使用非常普遍，例如，在熱電廠中，泵與羅茨風(fēng)機所消耗的電能幾乎占到廠用電的70～80%。提高泵與羅茨風(fēng)機的效率，合理進行節(jié)能技術(shù)改造，是企業(yè)節(jié)能減排的重要途徑。
變速調(diào)節(jié)技術(shù)是泵類和羅茨風(fēng)機普遍采用的一項重要的節(jié)能措施，變頻節(jié)能改造節(jié)能效益和節(jié)能量的計算是關(guān)系到項目是否具備改造可行性的關(guān)鍵因素。目前，對變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能效果的分析，多直接運用相似定律，與實測節(jié)能效果存在很大誤差。
本文擬分析相似定律的適用范圍，探討切合實際的節(jié)能量計算方法，最后通過相關(guān)改造項目檢驗其準確性。
2 泵與羅茨風(fēng)機的相似定律
根據(jù)流體力學(xué)原理，對同一臺泵與羅茨風(fēng)機，相似工況之間的性能參數(shù)關(guān)系為：
（1）
式中Q為流量;n為轉(zhuǎn)速;H對于泵為揚程，對于羅茨風(fēng)機為壓頭;N為功率。
如圖1，A1點的流量和揚程己知為QA1和HA1，任一與A1點相似的工況點參數(shù)為Q和H，則：
（2）
顯然這是一條過原點的拋物線，稱為相似曲線，與A1相似的工況全在這條線上。
相似定律的前提是調(diào)節(jié)前后工況必須相似，但泵運行時，大多存在靜揚程或背壓。此時，兩種轉(zhuǎn)速下的工況點不直接滿足相似定律。如圖1所示，管路特性曲線為h=hp+SQ2，原工況為A1，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為n1。轉(zhuǎn)速改變?yōu)閚2之后，泵與羅茨風(fēng)機的工況點為E2，而轉(zhuǎn)速為n2時，與A1所對應(yīng)的相似工況為A2，顯然A2≠ E2。
該負荷下的節(jié)能率通過計算可表示為：
（3）
該方法在計算節(jié)能量時要知道泵與羅茨風(fēng)機的性能曲線、管路特性曲線，但這些數(shù)據(jù)在現(xiàn)場很難得到，因此，在實際改造項目中難以采用。
4 基于額定流量和額定功率的計算法
對羅茨風(fēng)機、水泵原采用閥門、擋板進行節(jié)流調(diào)節(jié)，后采用變頻調(diào)節(jié)，《泵與羅茨風(fēng)機節(jié)能技術(shù)》給出了一個節(jié)能量計算公式：
（4）
式中：PL、Q為水泵、羅茨風(fēng)機采用擋板調(diào)節(jié)流量時的電機輸入功率和流量;Pe為水泵、羅茨風(fēng)機額定功率，kW;Qe為水泵、羅茨風(fēng)機額定流量，m3/s。
當(dāng)流量的調(diào)節(jié)范圍在（0.5-1）Qe時，電機變頻調(diào)節(jié)相比節(jié)流調(diào)節(jié)的節(jié)電率k為：
（5）
式中ηb為調(diào)速機構(gòu)效率。
將式（4）帶入式（5），即可得到基于電機功率PL、Pe的變頻調(diào)速相對于節(jié)流調(diào)節(jié)的節(jié)電率計算公式：
（8）
5 實例計算
某熱電公司一次羅茨鼓風(fēng)機參數(shù)為：額定風(fēng)量265000m?/h，電機額定功率2400kW，風(fēng)門開度30～40%。
5.1 節(jié)電量計算
風(fēng)門開度為30%，羅茨風(fēng)機運行電流為107A，電機的功率為：
PL = 1.732×10000×107×0.88=1630.85 kW;
羅茨風(fēng)機的額定功率與電機的額定功率差別較大，因為在設(shè)計時電機一般會根據(jù)軸功率考慮1.05～1.30的安全系數(shù)確定，所以用電機的額定功率除以安全系數(shù)作為風(fēng)門全開時的軸功率，這里取安全系數(shù)為1.25，則：Pe=2400/1.25=1920 kW
將PL和Pe帶入式（3-13），節(jié)電率為： k =27.14%。
節(jié)電量： ΔP =PL×k = 1630.85 ×27.14%=442.61 kW
羅茨風(fēng)機在不同風(fēng)門開度下的節(jié)電情況統(tǒng)計如表1。
5.2 節(jié)電量計算結(jié)果驗證
表2和表3分別為工頻和變頻的實際抄表數(shù)值及平均每小時耗電量。
變頻后實際節(jié)電率=（1494-1162）/1494=22.22%
由實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算一次羅茨風(fēng)機變頻后的節(jié)電率為22.22%，與理論節(jié)能量計算結(jié)果（23.14%）大致相符，證明所提出的節(jié)能量計算方法是適用的。
6 總結(jié)
本文研究了泵與羅茨鼓風(fēng)機相似定律的適用性，提出了適用于實際項目節(jié)能評價的計算方法，并對項目實施后的節(jié)能情況進行統(tǒng)計，初步驗證了計算方法的可靠性，還需在后續(xù)類似項目中進一步驗證。

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