羅茨風機功率與頻率的關系：羅茨風機的變頻節能改造

　　原標題：羅茨風機的變頻節能改造

　　山東錦工有限公司是一家專業生產羅茨風機、羅茨鼓風機、回轉式鼓風機等水產養殖曝氣設備公司，位于有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工致力于新產品的研發，新產品雙油箱羅茨鼓風機、水冷羅茨鼓風機、油驅羅茨鼓風機、低噪音羅茨鼓風機，贏得了市場好評和認可。產品和服務遠銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。

　　某卷煙廠除塵房主要負責生產車間機臺除塵和煙絲風送，由除塵系統和集塵系統組成，系統采用布袋式除塵器，采用集中集塵并由負壓輸送至壓塵機處理。其中集塵器的負壓由兩臺22KW的羅茨風機提供，一臺用于制絲線集塵，一臺用于卷包線集塵。原風機額定功率的設計選型是根據工藝的最大流量來選擇的，按當時的設計思路，風機的選型一般在滿足工藝負荷工作條件下還要增加一定的裕量。但實際運行中，工藝的運行參數隨各種因素而發生變化，往往實際運行負荷要比設計的最大流量小得多，造成能源浪費的情況。二、問題的提出根據本系統的運行數據統計，羅茨風機實際使用的功率也僅為額定功率的70%--75%左右。，即所消耗的電能有20%～25%被浪費掉。因此，對羅茨鼓風機進行節能改造有著顯著的經濟和環境效應。三、節能改造方法的確定羅茨風機屬容積回轉式風機，其工作特點是當轉速一定而壓力在允許范圍內加以調節時，流量的變動甚微，轉速和流量之間保持正比的關系。采用旁路調節法不能改變羅茨鼓風機的吸氣量，所以風機始終在滿負荷下運行，無法節能。而改變轉速，使風機吸氣量發生變化，其功率消耗也隨之改變。所以，對羅茨鼓風機進行變速調節就可達到節能的目的，而調速方法也較多。若改為變頻調速方式調節風機風量，即能減少風機電耗的浪費。一）羅茨鼓風機變轉速工作特性1、流量特性羅茨鼓風機的理論流量與轉子轉速的關系式為羅茨鼓風機的實際流量為由式（1）和式（2）可知，對每一臺具體的羅茨鼓風機，其葉輪外徑、長度和面積利用系數都是一個定值，當可忽略容積效率的變化時，羅茨鼓風機的流量正比于轉速。2、功率特性羅茨鼓風機的軸功率為由式（1）和式（3）可知，當羅茨鼓風機轉速n變化時，其軸功率與轉速成正比。3、 轉矩特性羅茨鼓風機的轉矩為由于羅茨鼓風機的軸功率與轉速成正比，因此由式（1）可知，當轉速變化時，轉矩不變，即羅茨鼓風機屬于恒轉矩運行。二）變頻調速的工作原理變頻器調速的原理是將交流順變成直流，平滑濾波后再經過逆變回路，將直流變成不同頻率的交流電，使電機獲得無級調速所需的電壓和頻率，從而直接改變和控制電機的輸出軸功率。羅茨風機的驅動采用交流三相異步電動機，其轉速與電源頻率的關系為[3]由式（1）可知，轉速與頻率成正比，只要改變頻率即可改變電動機的轉速，當頻率在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。因此，決定采用變頻調速技術對羅茨鼓風機進行技術改造，不但可達到節能目的，同時也可提高裝置的自動控制水平。四、羅茨風機的變頻改造一）、硬件設計1、變頻器的選用根據電機容量，選用丹佛斯FC300變頻器。丹佛斯FC300系列變頻器的優點：（1） 調速范圍廣，機械特性硬，精度高，運行可靠；（2） 磁通―電流控制（FCC）功能改善動態響應特性，并且優化電動機的控制；（3） 控制不同的負載，具有相應的V/F特性；（4） 變頻器的PID調節器具有較高的品質（參數自整定）可用于簡單的過程控制；（5） 快速電流限制功能（FCL），避免運行中不應有的跳閘；（6）可實現電動機的過壓、欠壓、過熱等功能。2、變頻器控制與調節變頻器可通過在控制柜門“遠程/本地”開關的切換實現“遠程控制”與“本地控制”。“遠程控制”是在主控室內上位機與變頻器進行數據通信，操作人員可通過觸摸屏的畫面對風機和變頻器的工作電流、頻率、轉速以及啟動、停止、故障等狀態進行實時監控。同時操作人員根據工藝或外界條件的變化，通過改變變頻器的頻率來調節轉速。另外，在風機房內還裝有一個本地控制的機旁操作箱，在風機出現故障時可在電機旁進行操作。為了保證生產的連續運行，在變頻器出現故障后，可將故障變頻器通過旁路柜隔離，風機電動機可切換為工頻運行或啟、停控制。二）、PLC與變頻器通訊的實現原除塵系統的配置為：1套PLC主站（S7-300，315-2DP），1個MP 270觸摸屏，現將兩臺羅茨風機的Danfoss FC300變頻器通過現有的PROFIBUS-DP網絡進行PLC和變頻器的通訊，變頻器通過PROFIBUS-DP來實現電機的啟/停和調速控制，并把變頻器的實際運行狀態通過PROFIBUS網絡輸送并顯示在觸摸屏MP 270，從而達到對羅茨風機的運行控制目的。五、系統調試及運行效果一）系統改造后的調試完成羅茨風機變頻器改進安裝后，并投入系統運行前的調試，目的主要是檢查所選擇的變頻器性能、改進方案的功能是否達到設計要求以及滿足實際生產需要。經調試，變頻器性能運行非常穩定，達到設計要求。二）運行效果變頻器經過一個月試運行及投入正常使用后，從實際運行來看，變頻運行狀態比較穩定，滿足設計要求，系統穩定可靠。設備方面由于變頻具有軟啟動功能避免了電機啟動時對電機的沖擊損害，轉速的降低，對風機的葉輪、軸承等壽命得以延長，設備運行狀況良好。1、節能效益制絲集塵風機的運行實際工頻大約為42HZ，工作電流為32A；卷包集塵風機運行實際工頻大約為40HZ，工作電流為34A。根據測定數據可計算有功功率，其公式：P=1.732×U×I×cosα改造前：P1=1.732IV cosα=1.732×380×45×0.85=25.17kW制絲集塵改造后：P2=1.732×380×32×0.85=17.90KW卷包集塵改造后：P3=1.732×380×34×0.85=19.02KW每小時節電P節約=2× P1- P2- P3=13.43kW車間每天兩班生產，工作時間16小時，一個月生產天數20天，一個月可節約電能4296.47 kW。2、設備影響（1） 避免了電動機啟動時對電機的沖擊損害及對電網的沖擊；（2） 提高了羅茨風機的自動控制能力；（3） 減少了羅茨風機及其消聲器等的機械振動、噪聲和沖擊；（4） 由于轉速的降低，羅茨風機的葉輪、軸承等壽命得以延長。六、結束語變頻器控制技術用于羅茨風機控制達到顯著的節電效果，提高了設備效率，又滿足了生產工藝要求，并且因此而大大減少了設備維護、維修費用，經濟效益十分明顯。

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羅茨風機功率與頻率的關系：羅茨鼓風機變頻器選用和配置說明

　　隨著經濟的發展，要求調節羅茨鼓風機風量的用戶日趨增多。在幾種調節方法中，變頻調速由于效率高，調速性能好，調速改造方便等優點，而得到普遍的采用。在使用中發現，有些用戶對羅茨鼓風機的自身使用特點不十分清楚，造成風機不能正常使用，因此有必要對羅茨鼓風機應用變頻調速的特點加以論述。

　　變頻調速可用一般的異步電動機加變頻器實現，也可用變頻電機加變頻器實現。一般異步電動機加變頻器向下調轉速時，長期使用一般控制在20Hz以上。因為一般電動機的散熱主要依靠電動機后面的風扇進行，當轉速高時，其散熱情況好。但當電動機轉速很低時(如電頻20Hz以下)，風扇的性能降低，散熱情況變得惡劣，影響電動機的使用。羅茨風機

　　變頻電動機加變頻器調節時，由于變頻電動機設計時考慮了散熱的問題，故可在5Hz以上長期使用。

　　當采用變頻調速，若供電頻率為50Hz，頻率不大于供電頻率50Hz時，為恒轉矩調速；當頻率大于供電頻率50Hz時，為恒功率調速。如目前國內普遍采用的YVP系列變頻調速三相異步電動機，恒轉矩頻率范圍為5～50Hz，恒功率頻率范圍為50～100Hz。

　　羅茨鼓風機的驅動一般采用異步電動機，故可采用變頻調速來達到調節風量的要求。羅茨鼓風機在采用變頻調速時，除了應滿足變頻調速的自身要求外，還需符合羅茨鼓風機的自身運行特點。當頻率下調、轉速下降時，將導致風機效率下降，使風機溫度升高，因此下調頻率有個最低極限值，使風機不致產生過熱現象。

　　當頻率上調、轉速升高時，應注意滿足風機轉矩上的要求。注意了以上特點，采取必要的措施，即可保證風機正常連續運行。

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羅茨風機功率與頻率的關系：羅茨鼓風機變頻控制方法指南！

　　原標題：羅茨鼓風機變頻控制方法指南！

　　羅茨鼓風機的變頻調速方法，為了適應不同條件下的曝氣，變頻電機的使用也節省了工作中的耗電成本！ 是個更好的設計。 由于同步速度與電源頻率成比例，因此只要電源頻率可以連續變化，就可以實現無級調速。 變頻調速不會人為地增加滑差。 該方法被稱為現代交流調速的基礎和輔助，是三葉羅茨鼓風機的理想和有前途的速度控制方法。

　　羅茨風機逆變器可分為兩類：AC→DC→AC逆變器和AC→AC逆變器。 前者也稱為帶有直流回路的間接逆變器，后者也稱為直接逆變器。 簡單地說，通過改變羅茨鼓風機的異步電動機的定子端的輸入功率的頻率來改變電動機的速度的方式變為可變頻率調節。 羅茨鼓風機中經常使用的變頻調速裝置主要包括可變直接轉換型的三種電壓型，電流型和脈寬調制型。

　　羅茨鼓風機變頻調速的優點是效率高，調頻無附加滑差，速度范圍寬，一般可達20：1，硬特點，調速精度高，易于實現無級調速。 由于大多數逆變器可以實現能量反饋，因此啟動相當于分級啟動，因此啟動和制動的能耗很小。 當舊設備重建時，由于可以使用原始的籠式電動機，因此減少初始投資是特別有利的。 根據不同的負載要求，三葉羅茨鼓風機變頻調速可以給出不同的協調控制模式。 它特別適用于調節深度運行或頻繁啟動，如開關控制的羅茨鼓風機。 此時，選擇殼體比電動機功率快，并且執行節能操作。

　　對于變頻電機的工作原理，用戶可以通過變頻柜簡單介紹電機的Hz，電機的速度會降低。 變頻電動機的優點在于，在電動機的轉速降低之后，電動機產生的轉矩不會改變。 它的功率沒有變化。 變頻的功率已經下降，這在節省點方面發揮了作用。 一般來說，大功率用戶將使用更多的頻率轉換，而使用低功率的電機用戶將使用較少的頻率轉換。

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羅茨風機功率與頻率的關系：風機旋轉噪聲頻率計算公式_

　　錦工鼓風機廠錦工羅茨鼓風機旋轉噪聲具有確定的頻率，其基頻可由下式計算：

　　f1=Z·n/30（Hz）

　　式中 n---------—轉速，r/min;

　　Z—葉輪頭數，兩葉型Z=2，三葉型Z=3。

　　此外，還有頻率f1=i·f1的諧波存在（i=2,3,4,···）。從旋轉噪聲的輕度看，基頻聲最強，其次是二次諧波、三次諧波，總的趨勢時逐漸減弱。一般情況下，羅茨鼓風機的轉速為490～3000r/min,Z=2時基頻f1=33～200Hz,Z=3時基頻f1=49～300Hz，因此，其旋轉噪聲通常具有低頻特性。

　　渦流噪聲。又稱紊流噪聲，時氣體渦流運動產生的一種非穩定流動噪聲。在錦工羅茨風機葉輪及錦工羅茨風機機殼流道表面，特別是那些使氣流突然減速或速度方向發生突變的地方，氣體附面層發展到一定程度就會發生脫離，形成漩渦。同時，內泄漏氣體的流動方向與主氣流方向相反，也會在泄漏間隙兩端產生漩渦。并且，氣體具有粘滯性，漩渦產生后還會流動過程中進一步分裂，形成一系列更小的渦流。由于渦流變化頻度很高，具有隨機性，因此渦流噪聲一般具有中、高頻性質，表現出連續寬頻特性。

　　共鳴聲。由于葉輪旋轉和氣體渦流運動等因素的影響，氣體壓力在很寬的頻率范圍內脈動。這種脈動與進（排）氣腔發生聲學上的共振，產生共鳴聲。若忽略內部間隙的存在，進氣腔的氣體共振可用亥姆霍茲共振模型描述。亥姆霍茲共振頻率計算公式為:

　　式中 C-聲速，通常取為340m/s;

　　l-進氣管的有效長度，m；

　　S-進氣管的有效截面積，m2;

　　V-共振腔（即進氣腔）的容積，m3。

　　當葉輪旋轉到不同方位時，共振腔的容積在一定范圍內發生變化。因此，共鳴聲也跟著有不同的響應頻率。式中只是給出了主共振頻率的響應關系，該頻率通常出現在200～600Hz之間。實際上，錦工羅茨鼓風機配件廠鼓風機內部高次諧波共振的影響也不容忽視，諧振效應多數表現在1000Hz以上。

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