1 風(fēng)門開度與風(fēng)量的關(guān)系
風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度(葉片角度)與風(fēng)量之間的關(guān)系是非線性的，不同類型的風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度(葉片角度)與風(fēng)量之間的關(guān)系也是不一樣的?？梢钥闯觯弘x心式風(fēng)機(jī)在不同風(fēng)門開度時的特性曲線之間的間隔是不均勻的，也就是說其線性度很差;而軸流式風(fēng)機(jī)在不同葉片角度時的特性曲線之間的間隔是比較均勻的，也就是說其線性度較好;不同類型的風(fēng)機(jī)在相同的風(fēng)門開度(葉片角度)(%)時的風(fēng)量(%)也是不一樣的。
不同類型的風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度(葉片角度)與風(fēng)最之間的關(guān)系
就拿離心式風(fēng)機(jī)來說，可以在上畫一條阻力曲線，與不同風(fēng)門開度的特性曲線的交點(diǎn)即為不同風(fēng)門開度時的工作點(diǎn)，由各個工作點(diǎn)讀出的風(fēng)門開度、不同風(fēng)門開度與風(fēng)量之間的關(guān)系，用同樣的方法可以作出靜葉可調(diào)和動葉可調(diào)的軸流式風(fēng)機(jī)不同葉片角度與風(fēng)量之間的關(guān)系。
離心式風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度—風(fēng)量曲線的線性度最差：小風(fēng)門時，隨著風(fēng)門的開大，風(fēng)量增大很快;當(dāng)風(fēng)門開度大到50%以上時，風(fēng)量增大的速度明顯放慢，當(dāng)風(fēng)門開度大到75%以上時，風(fēng)量增大已不太明顯了。而靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的葉片角度—風(fēng)量曲線就要顯得平坦一些了，動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的葉片角度一風(fēng)量曲線就接近線性了。并且可以看出，在相同的風(fēng)門開度(葉片角度)%時，離心式風(fēng)機(jī)的風(fēng)量最大，其次是靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，而動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)量最小。因此，在相同的風(fēng)門開度(葉片角度)%時，離心式風(fēng)機(jī)的節(jié)電率最小，其次是靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，而動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的節(jié)電率最大。而在相同的風(fēng)量時，由于三種風(fēng)機(jī)的軸功率不同：離心式風(fēng)機(jī)的軸功率最大，其次是靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，而動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的軸功率最小;所以離心式風(fēng)機(jī)的節(jié)電率最大，其次是靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，而動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的節(jié)電率最小。
由于大多數(shù)風(fēng)機(jī)為離心式風(fēng)機(jī)，所以我們把離心式風(fēng)機(jī)作為重點(diǎn)來討論。在知道了不同工況的風(fēng)門開度時，就可以求出風(fēng)量和風(fēng)壓值，并以此作為節(jié)能計(jì)算的依據(jù)。因?yàn)椴楸淼姆椒ū容^麻煩，所以也常常用函數(shù)逼近的方法來計(jì)算，但同時也帶來了誤差。常用的函數(shù)逼近方法有開平方法、三角函數(shù)法等。開平方法是將風(fēng)門開度和風(fēng)量數(shù)據(jù)都標(biāo)么化為0~1(0~100%)，再將風(fēng)門開度數(shù)據(jù)開平方，即可得到風(fēng)量數(shù)據(jù)的標(biāo)么值(0~100%);三角函數(shù)法則先將風(fēng)門開度數(shù)據(jù)標(biāo)么化為a=0°~90°;風(fēng)量數(shù)據(jù)標(biāo)么化為0~1(0~100%);再用三角函數(shù)Q=sina求出對應(yīng)的風(fēng)量標(biāo)么值。離心式風(fēng)機(jī)采用不同的擬合法時風(fēng)門開度與風(fēng)量的關(guān)系數(shù)據(jù)，查表法和函數(shù)逼近法算出的風(fēng)門開度/風(fēng)量的關(guān)系。
離心式風(fēng)機(jī)使用不同的逼近方法時的風(fēng)門開度與風(fēng)量的關(guān)系
9可見，開平方法在小風(fēng)門段的風(fēng)量要大于查表法，而在大風(fēng)門段又小于查表法;三角函數(shù)法的全程風(fēng)量都要低于查表法，并且三角函數(shù)法的誤差要大于開平方法。其實(shí)即使是用查表法得出的數(shù)據(jù)也是有誤差的，因?yàn)橛玫氖堑湫偷碾x心式風(fēng)機(jī)的特性曲線，與實(shí)際風(fēng)機(jī)的特性曲線還是有曲線差別的，最好使用實(shí)際風(fēng)機(jī)的特性曲線，與實(shí)際的阻力曲線的交點(diǎn)為工作點(diǎn)得出的數(shù)據(jù)才是最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但是實(shí)際的阻力曲線是很難繪出的。風(fēng)機(jī)的特性曲線就好像是人的身份證，其中包含了風(fēng)機(jī)的所有的信息!但是現(xiàn)場很難找到風(fēng)機(jī)的特性曲線，就只能向風(fēng)機(jī)的制造廠家索取了，實(shí)在找不到時就只能用典型的離心式風(fēng)機(jī)的特性曲線作為計(jì)算的依據(jù)了。
2 不同風(fēng)量和不同控制方式時的軸功率
由于現(xiàn)場數(shù)據(jù)調(diào)查表中提供的風(fēng)機(jī)軸功率一般不是風(fēng)機(jī)的額定軸功率，而是電動機(jī)的額定輸出功率;而用風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量、風(fēng)壓和效率來計(jì)算風(fēng)機(jī)的額定軸功率，又因?yàn)闆]有風(fēng)機(jī)效率數(shù)據(jù)以及給出的風(fēng)量和風(fēng)壓數(shù)據(jù)明顯有誤，所以也不是風(fēng)機(jī)真正的額定軸功率;即使有風(fēng)機(jī)的額定軸功率數(shù)據(jù)，由于鍋爐(窯爐)的阻力曲線也不能精確計(jì)算，所以當(dāng)風(fēng)門全開時的風(fēng)機(jī)軸功率與其額定軸功率也會有出入：如風(fēng)道的阻力過大，則因?yàn)轱L(fēng)壓增大，會使風(fēng)機(jī)的軸功率超過其額定軸功率;反之如風(fēng)道的阻力過小，則因?yàn)轱L(fēng)壓減小，而會使風(fēng)機(jī)的軸功率低于其額定軸功率等等!因?yàn)楣こ讨胁环@樣的案例：有的風(fēng)機(jī)在風(fēng)門全開運(yùn)行時，其電動機(jī)的電流還遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流;而有的風(fēng)機(jī)在風(fēng)門開度尚不到50%時，其電動機(jī)已因過載而跳閘了。
那么到底應(yīng)當(dāng)如何計(jì)算當(dāng)風(fēng)門全開時的風(fēng)機(jī)軸功率呢?這個數(shù)據(jù)對于節(jié)能計(jì)算來說又是至關(guān)重要的!很多的節(jié)能計(jì)算出現(xiàn)較大誤差的原因主要就是不能精確的計(jì)算出當(dāng)風(fēng)門全開時的風(fēng)機(jī)軸功率。工程上有一種計(jì)算方法算出的風(fēng)門全開時的風(fēng)機(jī)軸功率較為準(zhǔn)確，即根據(jù)某一風(fēng)門開度時的電動機(jī)運(yùn)行功率來反推風(fēng)門全開時的風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率(包括電動機(jī)的損耗)。
3 調(diào)速范圍的確定
當(dāng)風(fēng)機(jī)采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，其風(fēng)量和風(fēng)壓可用比例定律計(jì)算，在確定調(diào)速范圍時應(yīng)兼顧風(fēng)量和風(fēng)壓的要求，一般這時將風(fēng)門開到最大，僅用轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量，并留有一定的風(fēng)壓裕量。所以一定要知道生產(chǎn)工藝所要求的最小風(fēng)壓，作為確定最低轉(zhuǎn)速的根據(jù)。當(dāng)然，當(dāng)最小風(fēng)壓要求低于最小風(fēng)量要求時，可以風(fēng)量要求為準(zhǔn)。
注意：這只是最低轉(zhuǎn)速，不能作為節(jié)能計(jì)算的轉(zhuǎn)速依據(jù);節(jié)能計(jì)算時應(yīng)以中心調(diào)節(jié)頻率為準(zhǔn)，中心調(diào)節(jié)頻率則為最低頻率和額定頻率(50Hz)的中心值。如最低調(diào)速頻率為30Hz，則中心調(diào)節(jié)頻率為40Hz，為額定轉(zhuǎn)速的80%。
4 節(jié)能效果的計(jì)算
風(fēng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能效果計(jì)算比較簡單，由于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)一般不存在反壓，所以風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行時消耗的電功率可以直接用比例定律求得。注意使用的工頻運(yùn)行電功率應(yīng)為采用風(fēng)門調(diào)節(jié)時風(fēng)機(jī)實(shí)際消耗的電功率，而不是電動機(jī)的額定電功率。而變頻器轉(zhuǎn)速也應(yīng)為中心調(diào)節(jié)頻率(轉(zhuǎn)速)，而不是最低(頻率)轉(zhuǎn)速。
關(guān)鍵的是要根據(jù)風(fēng)門開度數(shù)據(jù)測算出準(zhǔn)確的風(fēng)量數(shù)據(jù)，才能準(zhǔn)確算出節(jié)電率來。最準(zhǔn)確的是根據(jù)各種工況下的風(fēng)量、風(fēng)壓和電動機(jī)電流數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算;其次是根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性曲線以及風(fēng)門開度和電流數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，風(fēng)門開度決定節(jié)電率，而電動機(jī)電流的大小則決定節(jié)電量;最后就只能根據(jù)風(fēng)門開度數(shù)據(jù)用查表法和函數(shù)逼近法算出風(fēng)量來，然后根據(jù)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比進(jìn)行計(jì)算了。不論用哪種方法計(jì)算，風(fēng)門開度的準(zhǔn)確性都是致關(guān)重要的!其次就是風(fēng)量的計(jì)算尤為關(guān)鍵，它對計(jì)算結(jié)果的影響可謂是：“失之毫厘，差以千里”!例如在表4中，開平方法和查表法相比，在45%(50%)風(fēng)門開度時，其風(fēng)量的數(shù)值相差11%!算出的節(jié)電率分別為45.9%和16.5%，相差29.4%而函數(shù)法和查表法相比，在40°(44.4%)風(fēng)門開度時，其風(fēng)量的數(shù)值相差12.4%!算出的節(jié)電率分別為57.4%和27.7%，相差29.7%!當(dāng)然這是最大誤差，但是對于節(jié)電率來說，就是相差3%~5%都是非常敏感的，更別說是30%了!對節(jié)電量和節(jié)約電費(fèi)以及投資回報來講，則更是有天壤之別了。所以說“失之毫厘，差以千里”是一點(diǎn)也不過分的。
所以風(fēng)量的計(jì)算一定要慎之又慎!
某電站鍋爐為75t/h循環(huán)流化床鍋爐，其送風(fēng)機(jī)(一次風(fēng)機(jī))為離心式風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)裕量較大，在滿負(fù)荷時入口風(fēng)門開度僅為70%(出口風(fēng)門全開)，每天運(yùn)行時間為8h;80%負(fù)荷時風(fēng)門開度為55%，每天運(yùn)行時間為10h;60%負(fù)荷時風(fēng)門開度為45%(低于44%開度時風(fēng)壓報警)，每天運(yùn)行時間為6h。試計(jì)算變頻調(diào)速節(jié)能改造后的節(jié)能效果。
風(fēng)機(jī)參數(shù)：
額定風(fēng)壓：22000Pa，運(yùn)行風(fēng)壓：≥10000Pa，≤10000Pa報警;
額定風(fēng)量：66000m3/h，滿負(fù)荷運(yùn)行風(fēng)量：55000m3/h;
電動機(jī)參數(shù)：
額定功率：560kW;額定電壓：6000V;
額定電流：65.4A，滿負(fù)荷運(yùn)行電流：42A;
額定轉(zhuǎn)速：1486r/min;功率因數(shù)：0.85;
額定效率：95%。
解：首先確定調(diào)速范圍，風(fēng)機(jī)采用變頻器調(diào)速時，風(fēng)門全開，全速運(yùn)行時輸出額定風(fēng)壓22000Pa，根據(jù)比例定律，為保證最低風(fēng)壓10000Pa時的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的67.49%，為了留有風(fēng)壓裕量，最低轉(zhuǎn)速取額定轉(zhuǎn)速的70%(1036r/min);變頻器的最低輸出頻率為35Hz。
(a)滿負(fù)荷時風(fēng)門開度為70%，風(fēng)量約為90%，變頻調(diào)節(jié)時可在90%轉(zhuǎn)速下(45Hz)運(yùn)行，此時的風(fēng)壓為17820Pa，滿足最低風(fēng)壓要求。此時的電動機(jī)功率為全風(fēng)量功率的80%。
風(fēng)機(jī)在滿負(fù)荷時的運(yùn)行電流為42A，電動機(jī)的功率為：Pd=1.732X6000X42x0.85=371kW;當(dāng)風(fēng)機(jī)在94%轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，其消耗的電功率為：Pb=371kW/0.80X0.90^3/0.96=352kW;
節(jié)省電功率：△P=Pd-Pb=371kW-352kW=19kW
節(jié)電率為：△P/Pd=5.12%
(b)80%負(fù)荷時風(fēng)門開度為55%，風(fēng)量約為83%，變頻調(diào)節(jié)時可在83%轉(zhuǎn)速(41.5Hz)下運(yùn)行，此時的風(fēng)壓為15150Pa，滿足最低風(fēng)壓要求。此時的電動機(jī)功率為全風(fēng)量功率的73%。
風(fēng)機(jī)在80%負(fù)荷時的運(yùn)行電流為40A，電動機(jī)的功率為：
Pd=1.732x6000x40X0.85=353kW;
當(dāng)風(fēng)機(jī)在87%轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，其消耗的電功率為：
Pb=353kW/0.73X0.83^3/0.96=288kW;
節(jié)省電功率：△P=Pd-Pb=353kW-288kW=65kW;
節(jié)電率為：65kW/353kW=18.4%。
(c)60%負(fù)荷時風(fēng)門開度為45%，風(fēng)量約為77%，變頻調(diào)節(jié)時可在77%轉(zhuǎn)速(38.5Hz)下運(yùn)行，此時的風(fēng)壓為13000Pa，滿足最低風(fēng)壓要求。此時的電動機(jī)功率為全風(fēng)量功率的68%。
風(fēng)機(jī)在60%負(fù)荷時的運(yùn)行電流為38A，電動機(jī)的功率為：
Pd=1.732x6000x38x0.85=335.6kW;
當(dāng)風(fēng)機(jī)在83%轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，其消耗的電功率為：
Pb=335.6kW/0.68x0.77^3/0.96=234.7kW;
節(jié)省電功率：△P=Pd-Pb=335.6kW-234.7kW=100.9kW;
節(jié)電率為：100.9kW/335.6kW=30.06%。
日節(jié)電量為：(19kWx8h+65kWx10h+100.9kWx6h)=1407.4kW.h。
年節(jié)電量為：1407.4kW.hx330天=46.44萬kW.h。
