第一節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

鼓風機主要由下列六部分組成：電機、空氣過濾器、鼓風機本體、空氣室、底座（兼油箱）、滴油嘴。鼓風機靠汽缸內(nèi)偏置的轉(zhuǎn)子偏心運轉(zhuǎn)，并使轉(zhuǎn)子槽中的葉片之間的容積變化將空氣吸入、壓縮、吐出。在運轉(zhuǎn)中利用鼓風機的壓力差自動將潤滑送到滴油嘴，滴入汽缸內(nèi)以減少摩擦及噪聲，同時可保持汽缸內(nèi)氣體不回流，此類鼓風機又稱為滑片式鼓風機。鼓風機輸送介質(zhì)以清潔空氣、清潔煤氣、二氧化硫及其他惰性氣體為主。也可按需生產(chǎn)輸送其他易燃、易爆、易蝕、有毒及特殊氣體。因而能廣泛適用于冶金、化工、化肥、石化、食品、建材、石油、礦井、紡織、煤氣站、氣力輸送、污水處理等各工業(yè)部門。

單級高速離心鼓風機的控制設(shè)計

用鼓風曝氣處理污水，其鼓風機的容量較大，耗電量幾乎占全廠的60%以上。為了節(jié)省電力，不少污水處理廠已改用帶有可調(diào)導(dǎo)葉片的單級高速離心鼓風機，優(yōu)點是:

a. 可根據(jù)曝氣池的負荷來調(diào)節(jié)風量，設(shè)置溶解氧自動控制裝置，以減少不必要的能量損耗。

b. 可適應(yīng)全年氣溫有較大的變化，當空氣容重改變時調(diào)節(jié)風量，避免電機超負荷運行。

c. 設(shè)備重量輕，易損部件少，殼體內(nèi)不需要潤滑，維修工作量小。

d. 與多級離心風機相比，在節(jié)能、防喘等方面更為有利。

這種鼓風機的運行涉及供油、防喘和進風量調(diào)節(jié)等系統(tǒng)，以投入運行的某污水處理廠的控制程序為例，說明其控制設(shè)計的要點，供參考。

高速風機的供油系統(tǒng)是設(shè)備安全運行的關(guān)鍵，在正常狀態(tài)下，靠變速箱的低速軸上所帶動的主油泵供給的，油泵由風機自身帶動，不另需動力。所以，即使突然停電，只要風機轉(zhuǎn)動，供油系統(tǒng)將繼續(xù)工作，可避免一般風機突然停電后電動油泵停止供油，風機因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)而燒壞軸瓦之虞。

風機起動前，應(yīng)先令供電系統(tǒng)投入運行，使油溫油壓達到一定值。同時要求將進風口可調(diào)導(dǎo)葉片全部關(guān)閉，進風管及出風管的所有閥門都開啟，唯與外部風管相連的逆止閥除外。風機起動時，放空閥也應(yīng)開啟，起動后，放空閥即漸漸關(guān)閉，壓縮空氣將逐漸進入出風管經(jīng)逆止閥入外部管道。導(dǎo)葉片也隨后慢慢開啟，使風量調(diào)節(jié)到需要位置上。風機的起動才告完成。

第二節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點或流程

離心式鼓風機的工作原理

離心式鼓風機的工作原理與離心式通風機相似，只是空氣的壓縮過程通常是經(jīng)過幾個工作葉輪（或稱幾級）在離心力的作用下進行的。鼓風機有一個高速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上的葉片帶動空氣高速運動，離心力使空氣在漸開線形狀的機殼內(nèi)，沿著漸開線流向風機出口，高速的氣流具有一定的風壓。新空氣由機殼的中心進入補充。

單級高速離心風機的工作原理是：原動機通過軸驅(qū)動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，氣流由進口軸向進入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪后變成徑向流動被加速，然后進入擴壓腔，改變流動方向而減速，這種減速作用將高速旋轉(zhuǎn)的氣流中具有的動能轉(zhuǎn)化為壓能（勢能），使風機出口保持穩(wěn)定壓力。

從理論上講，離心鼓風機的壓力-流量特性曲線是一條直線，但由于風機內(nèi)部存在摩擦阻力等損失，實際的壓力與流量特性曲線隨流量的增大而平緩下降，對應(yīng)的離心風機的功率-流量曲線隨流量的增大而上升。當風機以恒速運行時，風機的工況點將沿壓力-流量特性曲線移動。風機運行時的工況點，不僅取決于本身的性能，而且取決于系統(tǒng)的特性，當管網(wǎng)阻力增大時，管路性能曲線將變陡。風機調(diào)節(jié)的基本原理就是通過改變風機本身的性能曲線或外部管網(wǎng)特性曲線，以得到所需工況。

變頻調(diào)控原理與特性

隨著科技的不斷發(fā)展，交流電機調(diào)速技術(shù)被廣泛采用。通過新一代全控型電子元件，用變頻器改變交流電機的轉(zhuǎn)速方式來進行風機流量的控制，可以大幅度減少以往機械方式調(diào)控流量造成的能量損耗。變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能原理：

當風量需從Q1減少到Q2時，如果采用節(jié)流調(diào)節(jié)法，工況點由A到B，風壓增加到H2，軸功率P2下降，但減少的不太多。如果采用變頻調(diào)節(jié)方式，風機工況點由A到C，可見在滿足同樣風量Q2情況下，風壓H3將大幅度下降，功率P3隨著顯著減少。節(jié)省的功率損耗△P=△HQ2與面積BH2H3C成正比。由以上 分析 可知，變頻調(diào)節(jié)是一種高效的調(diào)節(jié)方式。鼓風機采用變頻調(diào)節(jié)，不會產(chǎn)生附加壓力損失，節(jié)能效果顯著，調(diào)節(jié)風量范圍0%～100%，適合調(diào)節(jié)范圍寬，且經(jīng)常處于低負荷下運行的場合。但是，當風機轉(zhuǎn)速下降，風量減小時，風壓將發(fā)生很大變化，由風機比例定律：Q1/Q2=(n1/n2），H1/H2=(n1/n2）2，P1/P2=(n1/n2）3

鼓風機

可知，當其轉(zhuǎn)速降低到原額定轉(zhuǎn)速的一半時，對應(yīng)工況點的流量、壓力、軸功率各下降到原來的1/2、1/4、1/8，這就是變頻調(diào)節(jié)方式可以大幅度節(jié)電的原因。根據(jù)變頻調(diào)節(jié)這一特性，對于在污水處理工藝中，曝氣池始終保持5m正常液位，要求鼓風機在出口壓力恒定的條件下，進行大范圍的流量調(diào)節(jié)，當調(diào)節(jié)深度較大時，將會使風壓下降過大，不能滿足工藝要求。當調(diào)節(jié)深度較小時，則顯示不出其節(jié)能的優(yōu)勢，反而使裝置復(fù)雜，一次性投資增高。因此，對本工程的曝氣池需保持5m液位的工況條件下，采用變頻調(diào)節(jié)方式顯然是不合適的。

進口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)原理及特性

進口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)裝置即在鼓風機吸風入口附近裝設(shè)一組可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角的導(dǎo)葉-進口導(dǎo)葉，其作用是使氣流在進入葉輪之前發(fā)生旋轉(zhuǎn)，造成扭曲速度。導(dǎo)葉可繞自身軸轉(zhuǎn)動，葉片每轉(zhuǎn)動一個角度就意味著變換一個導(dǎo)葉安裝角，使進入風機葉輪的氣流方向相應(yīng)改變。

進口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)風量原理

當導(dǎo)葉安裝角θ=0°時，導(dǎo)葉對進口氣流基本上無作用，氣流將以徑向流入葉輪葉片。當θ>0°時，進口導(dǎo)葉將使氣流進口的絕對速度沿圓周速度方向偏轉(zhuǎn)θ角，同時對氣流進口的速度有一定的節(jié)流作用，這種預(yù)旋和節(jié)流作用將導(dǎo)致風機性能曲線下降，從而使運行工況點變化，實現(xiàn)風機流量調(diào)節(jié)。進口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)的節(jié)能原理。

當進口導(dǎo)葉安裝角由θ1=0°增大為θ2或θ3時，運行工況點由M1移至M2或M3；流量由Q1減小至Q2或Q3；軸功率由P′1減少至P′2或P′3。用剖面線表示的面積為進口導(dǎo)葉比節(jié)流調(diào)節(jié)節(jié)省的功率。在本工程中，曝氣池深度是固定的，鼓風機在保持出口壓力恒定條件下，進行流量調(diào)節(jié)，即H=常量，Q=變量時，管網(wǎng)的特性曲線近似于水平直線，鼓風機采用進口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，不必借助于改變管網(wǎng)特性曲線，可通過改變導(dǎo)葉的開閉角度，使風機的壓力-流量性能曲線改變，流量的變化是通過將工況點移動到新的改變了的風機特性曲線上的方法實現(xiàn)的。

離心風機采用進口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)方式，在部分負荷運行時可獲得高效率和較寬的性能范圍，在保持出口壓力恒定條件下，工作流量可在50%～100%額定流量范圍內(nèi)變化。調(diào)節(jié)深度愈大、省功愈多。如流量減少到額定流量的60%時，進口導(dǎo)葉方式比進口節(jié)流方式節(jié)省功率達17%之多。此外，其結(jié)構(gòu)相對簡單，運行可靠，維護管理方便，初期投資低。因此，本工程中鼓風機采用進口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)流量，顯然是最佳調(diào)節(jié)方式。

不同調(diào)控方式的比較

盡管變頻調(diào)節(jié)的離心鼓風機調(diào)節(jié)范圍很廣，在節(jié)能上有顯著效果，但用工藝系統(tǒng)中將受到工藝條件限制，調(diào)節(jié)范圍僅為80%～100%，在相對流量變化不大時，變頻與導(dǎo)葉兩種調(diào)節(jié)方式消耗功率差別并不大，因此采用變頻調(diào)節(jié)方式，其節(jié)能特長顯示不出來，這就失去了選擇它的意義。而選擇導(dǎo)葉調(diào)節(jié)方式的鼓風機，在保持出口壓力恒定條件下可以較大范圍調(diào)節(jié)風量（50%～100%），以保證污水中溶解氧含量穩(wěn)定，相對地節(jié)省了能源。所以應(yīng)選擇導(dǎo)葉調(diào)節(jié)方式的高速離心風機，作為本工程的設(shè)備選型。同時，為了更好地體現(xiàn)出節(jié)能效果，對于大功率的離心風機，還應(yīng)注意配套電機的選擇，如采用10kV高壓電機，也有助于降低能耗。

鼓風機節(jié)能改造

風機節(jié)能改造

現(xiàn)今在中國各行各業(yè)的各類機械與電氣設(shè)備中與風機配套的電機約占全國電機裝機量的60%，耗用電能約占全國發(fā)電總量的三分之一。特別值得一提的是，大多數(shù)風機在使用過程中都存在大馬拉小車的現(xiàn)象，加之因生產(chǎn)、工藝等方面的變化，需要經(jīng)常調(diào)節(jié)氣體的流量、壓力、溫度等；現(xiàn)許多單位仍然采用落后的調(diào)節(jié)檔風板或閥門開啟度的方式來調(diào)節(jié)氣體的流量、壓力、溫度等。這實際上是通過人為增加阻力的方式，并以浪費電能和金錢為代價來滿足工藝和工況對氣體流量調(diào)節(jié)的要求。這種落后的調(diào)節(jié)方式，不僅浪費了寶貴的能源，而且調(diào)節(jié)精度差，很難滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)及服務(wù)等方面的要求，負面效應(yīng)十分嚴重。

近幾年來，隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調(diào)速技術(shù)是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。以上海正藝科技對上海嘉定區(qū)某風機進行變頻節(jié)能改造的工程案例為例，計算變頻節(jié)能的效果。上海正藝科技的變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起動、制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，其廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。

對于風機變轉(zhuǎn)矩負載特性實施變頻調(diào)速控制在原理上屬于減少流體（空氣、液體等）動力節(jié)電方法，是一種較好的、被廣泛采用的節(jié)電方法。無數(shù)實例業(yè)已證明，它比通常所采用的風門或擋板調(diào)節(jié)方式有著顯著的節(jié)電效果。下面通過圖1（流量Q與揚程H及軸功率P的關(guān)系曲線圖）來說明風機、水泵變頻調(diào)速節(jié)電原理。對于風機、泵類負載，流量與轉(zhuǎn)速成正比：Q 1/Q2→η1/η2，揚程與轉(zhuǎn)速的平方成正比：H 1/H2→（η1/η2）2 ，而電機的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比：H 1/H2→（η1/η2）3。因此，采用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)不同流量時消耗的功率為：P變=n3Ped= Q3Ped（公式1）

在采用閥門或擋板控制流量時，電機在額定轉(zhuǎn)速下定速運轉(zhuǎn)，在不同流量時電機消耗的功率為：

P閥=（0.4+0.6Q）Ped（公式2）

其中，Ped為閥門或擋板全開狀態(tài)下，電機以額定轉(zhuǎn)速運行時消耗的功率，Q為流量的相對值。從⑴式和⑵式可以看出，當流量Q變?yōu)轭~定流量的50%時，采用變頻調(diào)速時消耗的功率為：

P變=n3Ped= Q3Ped=0.53 Ped =0.125 Ped（結(jié)論1）

采用閥門或擋板控制流量時，消耗的功率為：

P閥=（0.4+0.6Q）Ped=（0.4+0.6×0.5）Ped =0.7 Ped（結(jié)論2）

所以，兩種方式的節(jié)電率為：（0.7-0.125）/0.7≈82%（結(jié)論3）

在實際情況下，使用變頻調(diào)速技術(shù)后節(jié)約能耗多少的精確、精準性的前期計算具有一定的難度，它不僅與負荷的變化波動分布規(guī)律等密切相關(guān)（與時間相關(guān)的函數(shù)），而且，還與電機、水泵等在不同工作點的效率特性、管網(wǎng)特性等相關(guān)。然而，我們可以通過以上方式對改造項目進行能耗節(jié)約估算，以獲取投資收益前期估算。

三晶變頻器的出現(xiàn)為交流調(diào)速方式帶來了一場革命。隨著近十幾年變頻技術(shù)的不斷完善、發(fā)展。變頻調(diào)速性能日趨完美，已被廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域的交流調(diào)速。為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益，推動了工業(yè)生產(chǎn)的自動化進程。

第三節(jié) 國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢 分析

隨著鼓風機的技術(shù)發(fā)展，以下產(chǎn)品和技術(shù)將有更大的市場潛力。

1 ）隨著火電、核電、石油、化工、冶金、天然氣長輸管線、煤礦等工業(yè)裝置的大型化，各類大型風機的容量將繼續(xù)增大。

2 ）高壓小流量離心壓縮機。

3 ）各類風機采用三元流動葉輪后，在效率提高的同時，縮小風機體積、減輕產(chǎn)品重量，使風機產(chǎn)品高速小型化。

4 ） 推廣新型節(jié)能高效離心通風機和軸流通風機勢在必行。

5 ）低噪聲化。

6 ）計算機集成制造系統(tǒng)在風機中得到廣泛的應(yīng)用。計算機技術(shù)的發(fā)展，帶動了工業(yè)自動控制水平的不斷提高。隨著各種產(chǎn)業(yè)裝置規(guī)模的不斷擴大，對生產(chǎn)過程控制的要求，已從過去的單一工況參數(shù)控制發(fā)展到多工況參數(shù)控制，從原有對具體設(shè)備的控制轉(zhuǎn)變?yōu)閷φ麄€裝置的綜合控制，以便更好地滿足生產(chǎn)工藝流程的要求。

另外，國家在 5 ～ 10 年內(nèi) 各個領(lǐng)域的新增項目需要大量優(yōu)質(zhì)高效的各類風機，如：火電用的送引風機、一次風機、煤粉風機、脫硫風機；核電的廠房通風機；陸海油田的注氣壓縮機；煤礦的大型礦井主扇和局扇通風機；煉油和煤制燃料的加氫循環(huán)壓縮機、空分壓縮機；以及重大技術(shù)裝備和重點工程的節(jié)能技術(shù)改造等等，也將給風機生產(chǎn)企業(yè)帶來很好的發(fā)展機遇。

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