风机与泵的各种调节方式和节能计算_节能培训材料

泵、风机节能降耗方法本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都极为重要。

在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。

而且，受资金、技术、能源价格等因素的影响，中国能源利用效率比发达国家低很多，只及发达国家的50%左右，90%以上的能源在开采、加工转换、储运和终端利用过程中损失和浪费。

由此可见，对能源的有效利用在我国已经非常迫切。

火电厂是最主要的能源消耗大户，在我国的二次能源结构中，约占74%。

而在火力发电厂中，泵与风机是最主要的耗电设备，加上这些设备存在着“大马拉小车”的现象，同时由于这些设备长期连续运行和常常处于低负荷及变负荷运行状态，运行工况点偏离高效点，运行效率降低，大量的能源在终端利用中被白白地浪费掉。

因此，对电厂泵与风机进行节能研究有着突出重要的意义。

二、我国发电厂泵与风机运行状况及节能潜力分析火力发电厂中运行的泵与风机种类繁多，数量多，总装机容量大，耗电量大，约占全国火电发电量的6%。

发电厂辅机的经济运行，尤其是大功率的泵与风机的经济运行，直接关系到厂用电率的高低，而厂用电率的高低是影响供电煤耗和发电成本的主要因素之一。

目前我国火电厂中除少量采用汽动给水泵，液力耦合器及双速电机外，其它水泵和风机基本上都采用定速驱动。

这种定速驱动的泵，由于采用出口阀，风机则采用入口风门调节流量，都存在严重的节流损耗。

尤其在机组变负荷运行时，由于水泵和风机的运行偏离高效点，使运行效率降低。

有资料显示：我国50MW以上机组锅炉风机运行效率低于70％的占一半以上，低于50％的占1/5左右。

由于目前我国约2/3的泵、风机类机械在运行中需要调节流量，用阀门式挡板调节，能源损失和浪费很大，已经到了非改不可的地步了。

造成这种现象的原因是多方面的，主要是科研开发投入不足，科研与生产缺乏有机的结合；生产工艺落后，型线误差大，过流表面粗糙。

泵与风机的节能优化1. 泵与风机制节能趋势泵与风机系统的节能工作涉及到管理、泵与风机本身的效率、设备选型、电机与机械设备电控系统的配套、泵与风机的全责运行和新技术的开发应用等多方面的问题。

目前，为搞好泵与风机的系统节能工作，除了提高认识，搞好科学管理以外，泵与风机的节能趋势还应从以下几个方面考虑：1.1 提高泵与风机的本身效率研制生产和推广高效泵与风机，首先满足新建企业和新增泵与风机的需要，同时，逐步更新和改造现有的老设备。

1.2 对流量、风量调节范围较大的泵与风机采用调速控制目前有相当多的泵与风机是采用挡板或阀门来调节流量和风量，其电能浪费十分严重。

如把所有的在运行的泵与风机改为调速控制，是实现节能很有效的途径。

调速控制的方法有很多种，如变极、调压、调阻、电磁滑差调速电机及液力偶合器等，优选哪种调速方案应该按具体情况具体分析，因地制宜，应通过技术经济方案比较后决定。

1.3 开发、推广以电子控制为核心的高效调速节能装置采用可控硅串级调速装置速控制可控硅中级调速（低同步串调）技术上比较成熟，我国已系列化生产，很多企业都在积极地推广使用，并组织进一步的标准化、系列化，统一设计与泵、风机配套和定量生产。

采用变频调速和无换向器电机调速装置的调速控制可控硅变频调速和无换向器电机调速装置同串级调速一样，都属于高效地调速控制方法，后者调速方式受到绕线式异步电动机的限制，对于大、中容量的泵与风机，鼠笼式异步电动机采用理想的变频调速和同步采用无换向器电机调速装置，实现调速节能势在必行。

2泵与风机的节能途径泵与风机的节能途径包括泵与风机本身捞取有、系统节能、运行节能三个方面。

泵与见机本身节能是前提，系统节能是关键，运行节能是最终体现。

三个方面密切相关，互为因果。

2.1泵与风机本身的节能途径泵与风机本身节能重点应减少泵与风机内水力损失上，可以采取以下对策：①选用优秀的水力、空气动力模型；②采用先进设计方法；③减少过流部件的粗糙度；④合理选择缝隙处零件的材料，提高抗咬合和耐磨性，适当的减少间隙值，减少容积损失。

水泵风机节能计算节能是指在保持原有功能和服务质量不变的情况下，尽量减少能源的消耗。

水泵和风机是工业生产中常见的能耗设备，如何进行节能计算对于提高能源利用效率具有重要意义。

以下是关于水泵和风机节能计算的介绍。

一、水泵节能计算水泵是将电能转化为机械能，将液体从一处输送到另一处的设备。

水泵的节能计算主要涉及其效率和运行参数的分析。

1.水泵效率的计算水泵的效率是指其输出功率与输入功率之间的比值，通常用百分数表示。

计算水泵的效率需要知道以下几个参数：-水泵的流量（Q）：指单位时间内通过水泵的液体体积；-扬程（H）：指液体从进口到出口的高度差；-功率（P）：指水泵的输入功率。

水泵的效率（η）可以通过以下公式计算：η = P_out / P_in × 100%其中，P_out 是水泵的输出功率，即流量和扬程的乘积，可以通过以下公式计算：P_out = ρ × g × Q × H其中，ρ是液体的密度，g是重力加速度。

2.水泵的工作点计算水泵的工作点是指水泵在不同流量和扬程条件下的运行参数。

根据工作点的变化来调整水泵的运行状态，可以达到节能的目的。

水泵的工作点需要通过水泵的流量-扬程特性曲线来确定。

首先测量水泵在不同工况下的流量和扬程，然后将数据绘制在流量-扬程坐标系上，得到水泵的特性曲线。

根据实际工况来选择合适的工作点，以使水泵的效率最大化。

3.水泵的变频调速节能计算变频调速是一种调节水泵流量的常见方式。

它通过调节电机的转速来改变水泵的流量。

变频调速的节能原理是降低水泵的流量和扬程来减少水泵的功率消耗。

水泵的变频调速节能计算可以通过以下步骤进行：- 计算水泵在满负荷（额定流量和扬程）状态下的功率消耗（P_fullload）；- 计算水泵在变频调速状态下的功率消耗（P_variable）；- 计算变频调速的节能率（η_variable）：η_variable = (P_fullload - P_variable) / P_fullload × 100%风机是将电能转化为风能的设备，通常用于通风、排气和供氧等工作场所。

风机水泵负载变频调速节能原理相似定律：两台风机或水泵流动相似，在任一对应点上的统计和尺寸成比例，比值成相等，各对应角、叶片数相等，排挤系数、各种效率相等。

流量按照相似定律，由连续运动方程流量公式：φπηη⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=d D A vm vm vv v q流速公式： 60π⨯⨯=n D v m 式中：qv——体积流量，s m3；ηv——容积效率，实际容积效率约为0.95；A ——有效断面积（与轴面速度vm垂直的断面积），m²；D ——叶轮直径，m ； n ——叶片转速，r/mi n ； b ——叶片宽度，m ；vm——圆周速度，m/s ；φ——排挤系数，表示叶片厚度使有效面积减少的程度，约为0.75～0.95；按照电机学的基本原理，交流异步电动机转速公式： p f s n ⨯⨯-=60)1( 式中： s ——滑差； P ——电机极对数； f ——电机运行频率。

流量、转速和频率关系式：φππφππηη⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⇒d D p f s D d D n D v v v q 6060)1(60f n q v∞∞⇒ 可见流量和转速的一次方成正比，和频率的一次方成正比。

扬程按照流体力学定律，扬程公式：²21v m H ⨯⨯=ρ扬程、转速和频率关系式：²²21216060)1(6022f n H H p f s D n D ∞∞⇒⨯⨯=⨯⨯=⇒⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯-⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯ππρρ 可见扬程和转速的二次方成正比，和频率的二次方成正比。

式中：H ——水泵或风机的扬程，m ；功率风机水泵的有效功率：每秒钟流体经风机水泵获得的能量。

水泵：H g q Pve⨯⨯⨯=ρ或 风机：P qP ve⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯-⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⇒⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=6060)1(6022216060)1(2160πηπηρφππρρφππρp f s D n D P d D p fs D g d D n D g vv e fnPe33∞∞⇒可见有效功率和转速的三次方成正比，和频率的三次方成正比。

风机、泵类基于阀门、挡板调节的节电率计算一、电动机及其调速类型电动机分为直流电动机和交流电动机两大类。

交流电动机分为同步电动机和异步电动机两大类。

异步电动机分为笼型电动机和绕线型电动机两大类。

同步电动机的额定转速公式：no＝（60×f）÷pno—同步电动机的额定转速（转速/分，r/min）；f—电动机的额定频率（Hz）；p—电动机的极对数。

异步电动机的转速公式：n＝（60×f）÷p×（1－s）式中：n—异步电动机的额定转速（转速/分，r/min）；s—异步电动机的转差率。

s＝（1－n/no）×100%电动机调速类型分为直流调速和交流调速两大类。

交流调速类型分为“三有”和“三无”两大类。

“三有”是指有级（变极）调速，有刷（内反馈串级、外反馈串级、双馈电机、同步）调速，有滑差损耗（变压、变阻、液力偶合器、Ω离合器）调速，系低效调速方式；“三无”即变频调速，无级、无刷、无滑差损耗，系高效调速方式。

二、电动设备类型电动设备按照转矩特性分为变转矩、恒转矩和倒数转矩三大类型。

离心式或轴流式风机、泵类流体设备属于变转矩类型，机床、球磨机和柱塞式空压机等流体设备属于恒转矩类型，轧机、提升机等设备属于倒数转矩类型。

前一类型称为轻载类型，后两者称为重载类型。

于是，变频器亦相对应分为变转矩和恒转矩两大类型，或者称为轻载和重载两大类型。

三、变频调速节能方案类型1、离心式或轴流式风机、泵类流体设备如何拟定变频调速节能方案？依据相似定律：f（频率）∝n（转速）∝Q（出口流量）f（频率）∝n（转速）∝H1/2（出口压力）f（频率）∝n（转速）∝P1/3（轴功率即功耗）流量与转速成正比Q∞n压力与转速平方成正比H∞n2功率与转速三次方成正比P∞n32拟定变频调速节能方案步骤如下：（1）测算平均运行功率P p1）P p≈P n·I p/I n式中：P n—电动机的额定功率（kW）；I n—电动机的额定电流（A）；I p—电动机的实际运行平均电流（A）2）P p=√3×U1×I1×cosφcosφ——电机功率因数P p——电机运行功率（kW）I1——电机运行电流（A）；U1——电机运行电压（kV）（2）测算节电率(%)（3）测算年节电量ΔPaΔP a≈P p·Δrhm ·t/a式中：Δrhm——节电率t/a—年运行小时（h）。

风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座（八）/第三讲水泵变频调速节能效果的计算方法作者：国家电力公司热工研究院自动化所徐甫荣3.1相似抛物线的求法水泵与风机不同，由于静扬程的存在，阻力曲线不是相似曲线，因此图2-12中转速变化前后的运行工况点m与m不是相似工况点，故其流量、扬程(或全压)与转速的关系不符合比例定律，不能直接用比例定律求得。

但当管路性能曲线的静扬程(或静压)等于零时，即hst=0(或pst=0)时，管路性能曲线是一条通过坐标原点的二次抛物线，它与过m点的变转速时的相拟抛物线重合，因此，m与m又都是相似工况点(比如风机)，故可用比例定律直接由m点的参数求出m点的参数。

例2-1：某锅炉给水泵的性能曲线如图2-12所示，其在额定转速下运行时的运行工况点为m，相应的qm =380m3/h。

现欲通过变速调节，使新运行工况点m的流量减为190m3/h?，试问其转速应为多少(额定转速为2950r/min)？解：变速调节时管路性能曲线不变，而泵的运行工况点必在管路性能曲线上，故m点可由qm’ =190m3/h处向上作垂直线与管路性能曲线相交得出，由图可读出m点的扬程hm1=1670m。

m/与m不是相似工况点，需在额定转速时的h-q曲线上找出m的相似工况点a，以便求出m 的转速。

过m/点作相似抛物线，由比例定律得：h=hm’/q2.m’=1670/(190)2·q2=0.046q2。

为了把相似抛物线作到图2-12上，上式(h=0.046q2)中h与q的关系列表如下：q(m3/h) 0 100 200 220 240h(m) 0 460 1840 2226 2650把列表中数值作到图2-12上，此过m＇点的相似抛物线与额定转速下h-q特性曲线相交于a 点。

用同样的方法可以作出过m1、m2点的相似抛物线与额定转速下h-q特性曲线相交于b点和c点。

由图可读出qa=227m3/h，ha=2360m，故得：n’= qm’/qa·n=190/227·2950=2469(r/min) 或n’√(hm’/ha)·n=√(1670/2360)·2950=2481(r/min)。

风机、泵类节能改造方案一、风机、泵类节能概述对于离心式风机、水泵的变频调速改造同样有巨大的节能潜力。

通过沸腾式锅炉高压离心式风机应用变频调速的方法调节风量，证明其节能效果在30～50％，水泵的变频改造节能效果高达70％。

离心式风机、泵类设备的流量与转速成正比Q∝N，压力与转速平方成正比H∝N2，功率与转速的立方成正比P∝N3（Q：表示流量； N：表示转速；H：表示压力；P：表示功率）由上图（左）可知，改变转速其流量线性变化的功耗则是立方关系变化，因此在调节风量或流量时如降低20％的风量或流量，功耗则会下降50％。

但是必须注意，转速与压力是平方关系，当转速下降20％压力则会下降64％，因此必须要注意工艺要求压力范围不能像罗茨风机那样，不用考虑转速与风压的关系。

离心风机、泵类设备传统的风量、流量控制的，大量的能源耗在风门或截流阀的阻力上，风门或截流阀控制流量的功耗与流量关系：P＝P0＋K•Q；Q：表示流量；K：为系数； P：表示功耗；P0：表示基本功率。

由上图（右）比较风门或截流阀控制与变频调速调节，可以看到在流量变化范围，采用变频调速的方法具有很大的节能潜力，因此在工厂的供水泵或其它离心风机上进行变频改造同样会取得很大的节能效果。

变频节能技术在风机上应用后不但节省了电费支出（节电率可达30％-50％），提高了产品质量，也提高了使用上的灵活性，对不同工艺性要求适应性更强。

避免电机启动时的大电流冲击和电网电压降低，可明显减少风机叶轮、机壳及轴承的磨损，延长检修换件周期和设备使用寿命，节约维修费。

二、改造方案针对该工厂实际现状，提出对风机进行节能改造方案如下：1、设计原理整个系统控制方式采用闭环自动调节，用流量计检测进入蒸发器空气流量，输出0－10mA电流信号至PID控制器,与目标值进行比较，（目标值可由用户根据系统需要随意设定）进行PID运算，输出控制信号给变频器，当送风流量大于设定值时，变频器输出频率减小，当送风流量小于设定值时，变频器输出频率增加，最终控制送风机转速以调节送风量以达到系统要求。

风机⽔泵变频节能计算风机⽔泵变频节能分析⼀：原理由流体传输设备⽔泵和风机的⼯作原理可知：⽔泵和风机的流量与其转速成正⽐；⽔泵和风机的压⼒（扬程）与其转速的平⽅成正⽐，⽽⽔泵和风机的轴功率等于流量与压⼒的乘积，故⽔泵和风机的轴功率与其转速的三次⽅成正⽐（即与电源|稳压器频率的三次⽅成正⽐）根据上述原理可知：降低⽔泵和风机的转速，那么其功率可以下降得更多。

例如:将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=（45/50）3=0.729，即P45=0.729P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=（40/50）3=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。

⽔泵和风机消耗功率与转速的三次⽅成正⽐。

即N=Kn3 N：为⽔泵和风机消耗功率；n：为⽔泵和风机运⾏时的转速；K为⽐例系数。

⽽⽔泵和风机设计是按⼯频运⾏时设计的，但除⾼速外，⼤部分时间流量较⼩，由于采⽤了变频技术及微机技术有微机控制，因此可以使⽔泵和风机运⾏的转速随流量的变化⽽变化，最终达到节能的⽬的。

实践证明，使⽤变频设备可使⽔泵和风机运⾏平均转速⽐⼯频转速降低20%，从⽽⼤⼤降低能耗，节能率可达20%-40%。

因⽔泵和风机属于典型的平⽅转矩负载类型，所以其功率（轴功率），转矩（压⼒），转速满⾜以下关系（相似定理）：P电=P轴=QHQ’/Q=N’/N 则Q’=QN’/NP’/P=（N’/N）3 则P’=P（N’/N）3异步电机的转速公式 n=60f（1-s）/p式中：N、Q、H、P——⽔泵和风机的额定转速，流量，轴功率N’、Q’、H’、P’——调速后⽔泵和风机的额定转速，流量，轴功率在⼀定范围满⾜⽣产要求的前提下，可以通过改变转速来灵活的调节风压和流量，并且不改变⼯作周期。

这种特性表明，调节⽔泵和风机转速，改变电动机出⼒，使之始终满⾜⼯艺要求。

综上所述：利⽤变频技术改变电机转速来调节流量和速度的变化⽤来取代传统⼯频电路的控制，能取得明显的节能效果⼆：风机⽔泵变频特点再因风机采⽤⼯频起动⽅式，电机的起动电流均为其额定电流的3～4倍，在⼤的电流冲击下，，会影响电⽹的稳定及其它设备的运⾏安全⽤电，也使接触器、电机的使⽤寿命⼤⼤下降，同时，起动时的机械冲击，容易对机械散件、轴承、阀门、等造成破坏，从⽽增加维修⼯作量和备品、备件费⽤。

风机水泵类负载使用变频器节能计算■风机水泵工作特性风机水泵特性： H=H0-(H0-1)*Q2H－扬程Q－流量H0－流量为0时的扬程管网阻力： R＝KQ2R－管网阻力K－管网阻尼系数Q－流量注：上述变量均采用标准值，以额定值为基准，数值为1表示实际值等于额定值风机水泵轴功率P：P= KpQH/ηbP－轴功率；Q－流量；H－压力；ηb－风机水泵效率；Kp－计算常数；流量、压力、功率与转速的关系：Q1/Q2 = n1/n2；H1/H2 =（n1/n2）2；P1/P2 =（n1/n2）3■变阀控制变阀调节就是利用改变管道阀门的开度，来调节泵与风机的流量。

变阀调节时，泵或风机的功率基本不变，泵或风机的性能曲线不变，而管道阻力特性曲线发生变化，泵或风机的性能曲线与新的管道阻力特性曲线的交点处就是新的工作点。

■变频控制变频调节就是利用改变性能曲线方法来改变工作点，变速调节中没有附加阻力，是比较理想的一种调节方法。

通过变频器改变电源的工作频率，从而实现对交流电机的无级调速。

泵和风机采用变速调节时，其效率几乎不变，流量随转速按一次方规律变化，而轴功率按三次方规律变化。

同时采用变频调节，可以降低泵和风机的噪声，减轻磨损，延长使用寿命。

■节能计算示例假设电动机的效率＝98%IPER 高压变频器的效率=97%（含变压器）额定风量时的风机轴功率：1000kW风机特性：风量Q为0时，扬程H为1.4pu(标准值，以额定值为基准) ；设曲线特性为 H=1.4-0.4Q2年运行时间为：8000小时风机的运行模式为：风量100%，年运行时间的20%风量70%，年运行时间的50%风量50%，年运行时间的30%变阀调节控制风量时假设P100为100%风量的功耗，P70为70%风量的功耗，P50为50%风量的功耗P100=1000/0.98 = 1020kWP70=1000 x 0.7 x (1.4-0.4x0.72)/0.98 = 860kWP50=1000 x 0.5 x (1.4-0.4x0.52)/0.98 = 663kW年耗电量为：1020 x 8000 x 0.2 + 860 x 8000 x 0.5 + 663 x 8000 x 0.3 =6,663,200kWh假设电费以0.50元/kWh 计算，年耗电成本为: 6663200 x 0.5=3,331,600 元变频调节控制风量时假设P100为100%风量的功耗，P70为70%风量的功耗，P50为50%风量的功耗P100 = 1000 / 0.98 /0.97 = 1052kWP70 = 1000 x 0.73 / 0.98 / 0.97 = 360kWP50 = 1000 x 0.53 / 0.98 / 0.97 = 131kW年耗电量为：1052 x 8000 x 0.2 + 360 x 8000 x 0.5 + 131 x 8000 x 0.3=3,437,600kWh假设电费以0.5元/kWh 计算，年耗电成本为3,437,600 x 0.5=1,718,800 元1年所节省的电费 3,331,600 – 1,718,800 = 1,612,800 元节电率为 1,612,800/3,331,600 = 48.3%。