风机定压控制中调节方法
的选择
Final revision on November 26, 2020
风机定压控制中调节方法的选择
摘要本文对风机的工况调节方法进行分析，提出在加热炉风机在定压控制时，采用进口导叶调节比变速调节具有更好的调节效果和节能效果。
关键字风机；进口导叶调节；变速调节
在轧钢加热炉中，助燃用的空气一般采用离心风机，为保证燃烧的稳定，一般对助燃风机的压力进行控制，来确保助燃空气压力的稳定。在线材加热炉风机的改造中，曾有人提出采用变频调速方法，来达到节能的效果。
目前线材加热炉风机采用的是进口导叶方式来进行调节，可以在压力基本不变的情况下，对流量进行大幅的调节。采用变频调速真的能达到进口导叶调节达到的要求，并进一步节能吗？这需要从风机的调节方式开始进行分析。
一、风机的工况调节方法
离心风机的调节方式较多，按调节方式分为三种类型:改变系统管道特性曲线;改变风机特性曲线;同时改变管道特性曲线及风机特性曲线。改变系统管道特性的有出口节流调节，改变风机特性曲线的有进口导叶调节、变速调节，改变管道特性曲线及风机特性曲线的有风机进口节流。下面先对各种调节方法进行分析。
1、风机出口端节流调节
风机出口端节流调节是通过调节风机出口的阀门开度,也就是改变出口管道上的压力损失,从而改变管道的特性曲线,以适应系统对流量或压力的特定要求,但风机特性曲线不变。如图1所示。
A
M3(Q2,H3)
图1风机出口节流特性曲线
曲线A为风机特性曲线,当阀门全开时,管道特性曲线为曲线I,其工况点为点M1。当流量要求减少时，出口阀门关小，这时，阀门的阻力增加，管道特性曲线变为II，此时风机的工况点就移动到M2。从图中可以看出，阀门关小后,风机产生的压力虽然增加了,但是有一部分是消耗在克服阀
门所增加的阻力上。其减小风量附加的节流损失为hw=H2-H3。其中H3表示按管道特性曲线I,风量为Q2时管的阻损。相应风机多消耗的附加节流损失功率为:N=hwQ2。
这种调节方式人为地增加了管道阻力,浪费了能量。所以出口端节流调节方式只适用于一些小功率的风机、简单的管道系统中。
2、风机进口端节流调节
风机进口端节流调节是通过风机进口的阀门开度来调节风机风量的。这样不仅改变了管道的特性曲线,同时也改变了风机的特性曲线。这是因为气体进入风机前,由于经过节流部件,致使流体压力下降,使风机的性能曲线发生变化,如图2所示。
图2风机进口节流性能曲线
阀门全开时,风机特性曲线为曲线A,管道特性曲线为曲线I,其工况点为点M1。当风量需要减小时,进口阀门关小,压力损失增加,管道特性曲线变为曲线II,风机特性曲线变为曲线B,从而工况点移到点M2。减小风量后的附加节流损失为:hw=H2-H3
其中H3表示按管道特性曲线I,风量为Q2时管的阻损。
相应风机多消耗的附加节流损失功率为:N=hwQ2。
从图2还可以看出,假定在满足同一流量Q2的前题下,将进口端调节改变为出口端调节,此时风机的特性曲线为I,因此其工况点为点M4,附加压力损失为hw’=H4-H3.可以看出，hw’>hw,即进口端节流调节比出口端节流调节经济。
3、进口端导流器调节
进口端导流器调节是将导流器安装在风口进口处进行调节。导流器有可转动的导向叶片,气流经导向叶片进入风机。改变导向叶片角度,可以改变气流进入风机时的速度大小和方向。导流器使空气进入风机前的气流产生预旋,从而使气流圆周分速度加大,压力降低,导向叶片转动角度越大,风量越小,气流产生的预旋越强烈,压力降低也越大,所以风机特性曲线越陡直。进口导流器调节主要是改变风机特性曲线,如图3所示。
图3进口导叶调节特性曲线
风机原特性曲线为曲线A,随导流器导向叶片向风机旋转方向的转角增加,曲线变为B。这种调节方式与进口端节流调节方式基本相同,但导流器造成的节流损失更小,也更为经济,并且有较高的调节范围和好的经济性,可实现自动调节,也为通风机所广泛使用。
4、变速调节
变速调节是通过改变风机转速来改变风量进行调节的。从空气动力学理论来讲,改变转速调节是最合理的。由流体力学知道,风量Q与转速n的一次方成正比,风压H与转速n的平方成正比,轴功率
N 与转速n 的三次方成正比。当风机在管网阻力与流量平方成正比例的管网中工作时,虽然转速降低,但是风机的效率保持不变,而风机的功率则由于流量和压力降低而显着下降,如图4所示。
图4 变速调节工况点
管道特性曲线为曲线I,风机原有转速n1时的特性曲线为曲线A,工况点为M1,其风量为Q1,压力为H1。当需要减小风量时,则把风机转速降为n2,此时风机特性曲线由A 变为B,工况点为M2,相应风量为Q2,压力为H2。管道中阻力由于风量减小而自行下降,无附加压力损失。因而这种调节方法风机无额外多消耗的功率,风机所耗功率是根据实际需要而改变。
二、风机工况调节方式的对比分析
以上简要介绍了几种最常用的风机调节方式,并进行了简单的分析。为了进一步说明风机的工况调节重要性,现将几种调节方式在相同条件下的功率曲线绘在一张图上(见图5)以便分析比较。
图5 各种调节方法功率曲线对比
图中a —出口端节流调节功率曲线，b —进口端节流调节功率曲线，c —进口端导流器节流调节功率曲线，d —变速调节功率曲线。从图5中可以形象的看出,在同一要求风量条件下,变速调节所消耗的功率最小,风机的运行节能效果最显着,其次为进口导流器调节,进口端节流调节,而出口端节流调节消耗能量最大,节能效果也最差。
三、风机定压控制中变速调节与进口导叶调节的比较
在上述的分析中，我们都没有考虑背压，即假设背压都为零。但在实际情况时，一般均存在背压，如在加热炉风机的控制中，均要求风机压力保持在某一稳定值。
1、变速调节与进口导叶调节的适用性分析
在加热炉风机的定压调节中，风机流量的变化比较大。在加热炉空炉状态或保温状态时，需要的流量很小，但在冷坯加热时，需要的空气流量就很大，二者的流量相差3～4倍。
在采用风机进口导叶调节方式时，能较好地满足定压控制及大流量变化的要求，见图6.
图6采用进口导叶调节的定压控制
H Q
