浅析风机节能技术及应用

钟盛

摘 要：随着我国工业生产总值的不断增长，工业化水平不断提高，工业生产中大型机电设备的使用已经十分普遍，风机作为工业生产中的重要工业设备，在有色金属、纺织、化工、石油以及煤炭等诸多行业中都得到了广泛的应用。由于风机在工业生产中常处于持续运行状态，其耗电量约占全国工业用电量的50%左右，耗电量相对较高，因此在可持续发展战略下，做好风机节能技术的应用工作，对提高企业经济效益，减少工业生产能源消耗都有着重要的意义。本文主要针对风机节能技术进行了分析，并对其应用进行了简要的阐述。

关键词：风机；节能技术；变频调节

1引言

风机作为工业生产中广泛应用的基础工业设备，在钢铁、有色金属、石油、煤炭、化工等诸多工业领域均得到了广泛的应用。风机作为工业生产流程中的基础型设备，通常需要在工业生产的全过程中保持运行，有些情况下在生产停止后仍需继续运行，这就导致风机的运行时间较长，且需要根据生产需要不断对自身运行状态进行调节，造成了较为严重的能耗问题，因此做好风机节能工作对我国工业生产有着积极的现实意义。本文主要针对风机的能耗问题，对风机节能技术及其应用进行了简要的分析与阐述。

2风机能耗问题的现状

风机是一种将旋转的机械能转化为气体的压力能和动能的装置，在实际工业生产中通常用于气体的压缩与输送，在工业生产的诸多环节都得到了广泛的应用。风机在工业生产中的持续运行时间一般较长，据统计其耗电量约占全国发电总量的三分之一左右，能耗总量十分可观。风机在得到越来越广泛应用的同时，能耗问题也不断凸显，一方面由于生产企业对风机节能的重视程度不足，导致工业生产中风机输出功率供大于求的现象十分普遍，造成了严重的能耗问题；另一方面风机在运行过程中，往往需要根据工业生产的需要对气体的流量、压力等进行调节，传统的挡风板等调节方式通过人为增加气体阻力的方式得到预期的气体流量，造成了大量不必要的能耗。

3风机节能技术及其应用

3.1合理选择风机

保证工业生产中相关设备的安全平稳运行时风机选择的首要原则，一般需要选择确定风机的型号、数量、桂格以及转速等参数。风机选择的合理与否，将直接影响风机的节能效果，一方面风机的选择要在满足工业生产需求的基础上，留有一定的余量，防止过负荷时可能造成的风机损坏，另一方面风机容量的余量也不应过大，避免容量过剩带来的不必要的能量损耗。一般来说，风机的选择需要满足以下原则：

一是选择的风机在满足工业生产所需的最大流量或最大扬程的基础上，留有合理的余量，且尽可能使风机正常工作时的工况点靠近设计工况点，保证风机运行在设计高效区间内；

二是尽量选用性能曲线不存在“驼峰”现象的风机，以保证风机运行时的稳定性与可靠性，如果需要选择具有“驼峰”现象的风机，则保证正常运行时的工况点位于驼峰区域的右侧，且压能低于零流量时的压能，以便于风机的并联运行；

三是在满足工业生产流量、扬程需求时，尽量选用结构简单、体积较小、重量较轻的风机，以保证风机的可靠性，在允许的条件下，尽量选用高转速风机，同时注意考虑工业生产环境下风机的抗腐蚀能力。

3.2调节风机叶片

风机叶片的安装角与风机运行时的性能曲线有着密切的联系，当叶片安装角增大时，风机的流量、扬程以及功耗都相应增加，而当叶片安装角减小时，风机的流量、扬程以及功耗都相应减少。风机叶片安装角的变化将使得风机的效率曲线也随之发生改变，当安装角过大时，风机的流量远超实际工业生产需求，通过调节转速导致风机偏离效率最高的最佳工况，产生了严重的节流损耗，而当安装角过小时，风机的流量无法满足工业生产需求，增加转速同样会导致风机运行在效率较低的状态下，造成不必要的能量损耗。根据实际工业生产需求，调节风机叶片的安装角度，保证风机在正常运行时保持在效率较高的区域内，对减少不必要的能量损耗有着重要的积极意义。

3.3采用变频调节

在工业生产中，对气体流量、压力等的要求往往不是一成不变的，这就需要在生产流程中根据实际需求对风机的输出进行实时的调整。传统的风机恒速调节方式是在保持风机恒速运转状态下，通过改变外部管网阻力特性，例如改变风门大小等方式调节风机的输出，不仅控制的精度较差，并且造成了大量能量的不必要浪费。

当生产需求发生变化时，风机的调节实质是风机工作特性曲线与阻力曲线再平衡的过程。根据流体力学知识可得，风机的风量Q、转速n、风压H以及轴功率P之间存在以下关系：

进而可以得到当气体流量需求减少时，风机调速过程中各项性能指标的变化情况如下图所示：

图中横坐标表示风机输出的风量，纵坐标表示风机输出的风压，曲线（1）（2）分别表示在传统恒速调节方式下，不同气门大小对应的阻力曲线，N1N2分别表示风机调速前后的工作特性曲线。

初始状态风机的输出与管网阻力在C1点平衡，当对风量需求降低时，如果采用恒速调节方式，此时减小气门大小，阻力曲线由（1）变为（2），风机工作性能曲线不变，此时工作状态由C1转移至C2，通过C1 C2与坐标轴围成矩形的面积可以看出，此时风机的功耗几乎保持不变；如果采用变速调节方式，此时风机的转速降低，风机工作特性曲线发生改变，由N1变为N2，此时工作状态由C1转移至C2，风机输出的风量与风压均显著减小，同时从C1C2与坐标轴围成的面积可以看出，变速调节方式显著降低了风机的功耗。

传统的风机变速调节方式主要通过转子回路串联电阻以及改变定子电磁特性等方式实现，与风机恒速调节相比，变速调节改变了风机的转速，减少了不必要的能量损耗，但引入电阻元件后又产生了额外的能量损耗。由于工业生产中异步电机是使用最为广泛的电机类型，其转速與电源频率成正比，因此通过改变电机电源频率能够实现对电机转速的精准控制，即变频控制。由于电网中电能频率保持恒定，因此需要利用变频器实现电机供电频率的控制与调节，在选用变频器时，需要根据实际工业生产需求以及风机的相关参数进行选取，一要保证变频器的额定容量不小于风机的额定功率，并留有一定余量；二要保证变频器额定电流大于风机的额定电流，避免变频器烧毁；三要保证变频器额定电压高于风机的额定电压，确保风机正常运行时变频器能够可靠稳定地运行。

3.4其他节能措施

3.4.1减小风机阻力

为了提高风机的工作效率，应当努力减小风机对输出气体的阻力，一方面要合理设计风机过流部件的几何形状，减小风机的风阻，另一方面还要保证风机的叶轮与导叶进口保持对正，进一步减少不必要的风机阻力。此外，做好风机过流部件的防锈蚀工作也十分必要，保持内表面光明清洁对减小风机阻力也有着积极的作用。

3.4.2提高风机气密性

风机的气密性是影响风机输出性能的重要因素之一，当风机气密性欠佳时，为了满足实际生产对流量、气压等的需求，风机往往需要增加自身输出，从而造成了不必要的能量损耗。为了提高风机的气密性，需要在风机进气口处加装密封环，并对风机的漏损情况进行定期检查，当轴封处、平衡板处等部位磨损较为严重时，应当及时对磨损部件进行更换。

3.4.3减少风机机械损耗

风机运行过程中的机械损耗也是风机不必要损耗的重要产生原因，为了减少风机的机械损耗，一要配置大小适当的轴承，并定期加注润滑油，当轴承磨损较为严重时应及时进行更换；二要确保轴封处填料松紧适当，尽量采用机械密封方式；三要避免腐蚀性气体的进入，防止叶轮及风机壳体内壁发生腐蚀，保证风机内表面的清洁光滑；四是采用开式泵腔设计回收部分叶轮损失能量，进一步提高风机的效率。

4结束语

风机作为工业生产中重要的基础工业设备，在诸多行业中得到了广泛的应用，其节能技术的应用具有重要的节能意义。风机的节能工作是一项涉及机械制造、电气控制以及维护管理等各方各面的综合性系统工程，本文主要针对典型的风机节能技术进行了简要的分析与阐述，相信随着风机节能技术的不断发展与完善，必将促进我国工业生产的健康可持续发展。

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