变频调速技术及其在矿用对旋轴流式通风机上的应用

2018-06-01梁文锋

机械管理开发 2018年5期

梁文锋

（大同煤矿集团轩岗煤电有限责任公司梨园河煤矿，山西忻州 034114）

1 对旋轴流式通风机的简介

1.1 技术发展历程

20世纪30年代初出现了该类通风机理论,当时他安装在法国莫丹的大型风洞，使用两台冲击式水轮机当做是其动力的来源，并进行了一次风洞实验，获得了100～240 r/min转速的综合特性曲线。与此同时，还得出了叶轮在不同转速的情况下，所产生的相对功率消耗曲线及特性曲线。20世纪末期，国内对这种类型通风机的研究已经逐渐普及开来，关于其研究的重点，主要是经过风流流场运算分析,解决叶片叶型在这种类型通风机上的使用,进而提高通风机的效率，减轻其所产生的噪音。随着通风机设计技术的不断深入，对该种类型的通风机结构又作出了适当的调整，使其整体性能又发生了极大的改观[1]。

1.2 特性介绍

该种类型的透明风机，通过结构性能的优化，他的特性也发生了相应的变化，使其各方面的耗损情况得到了有效缓解。第一，在通风机的结构上，将静叶取消也就不会出现静叶损失的问题，所以这类通风机的工作效率有了极大提升，且远远高于普通的通风机；第二，他的反向送风能力较强；第三，依据差异化的风量、风压需求，这种类型的通风机能够使用三种不同的运行方式，包括Ⅰ级、Ⅱ级叶轮一并运行、Ⅰ级叶轮静止,Ⅱ级叶轮运行、Ⅰ级叶轮运行,Ⅱ级叶轮静止。这三种运行方式极大地拓宽了其应用范围；第四，两级叶轮分别由2台电机带动的方式,便于依据矿井的风压、风量变化，进而对通风机的特性，进行随时随地的变换。因为该类型的通风机具备上述特点，当使用这项技术对该类型通风机的Ⅰ、Ⅱ级叶轮进行差动运行时，能够极大地改善该类型通风机风压-风量的综合气动特性等，进而达到高效合理、经济适用的运行状况，使其各方面性能趋于完善[2]。

2 变频调速技术的节能原理

对通风机所产生的风速进行合理的调节与控制，是通过减少空气动力，进而完成节能目的的一种方式，他与通过调节风门对风量进行控制的方式相比较节约能源效果显著。依据电机学的相关原理，异步电动机的转动速度公式为：

上述公式表明，电机的转动速度n和的电源频率f呈现出一种线性关系，如果电机定子磁极的对数p、转速差率s保持不变，只要改变电源频率f，电机的转动速度n就能够，发生相应的变化[3]。

如图1所示，当通风机的运行状况在A点时，代表风量的Q1、负压的H1，这时轴功率的N1是Q1H1相乘的面积，也就是AH1OQ1；当风量变化从Q1→Q2时、负压从H1→H2时，若应用常规的风门调节法，那么通风机的特性曲线就会发生相应的变化，由（3）→（4），通风机则由A点→B点工作运行，轴功率也会变成N2是BH2OQ2形成的面积。从上图可以发现，H2H3CB形成的面积，就是风门所得损耗的多余功率，这种损耗对通风机的运行来说，是一种严重的浪费。

图1 通风机节能调节原理示意图

所以根据通风机的比例定律，其在速度调节之后，特性曲线会发生相应的变化。当通风机的转动速度是n时，代表风量的Q会同比例的下降，负压H代表平方关系的下降等。当应用变频装置时，其各方面变化如表1所示。

表1 频率与转动速度、风压及轴功率之间的关系

由表1可知，当矿井的实际风量需求发生变化时，对通风机的转动速度进行调节，其他的数据参数也会发生相应的变化，这时轴功率就会降低或是上升，而输出功率的降低，也就意味着节约能源的目标可以实现。

3 变频调速技术在旋轴流式通风机中的应用

某矿井为了可以实现节能减排的目的，选用了型号为FBCDZ-6-№18的对旋轴流式通风机，该通风机配备了2×110 kW、380 V的电动机，在实际的应用中获得了不错的效果，详见表2。

由表2可知，在正常的工作状态下，Ⅰ级、Ⅱ级动叶变速调频同步运行时，所产生的能源节约效果非常明显；按照矿井的实际需求，以及通风机的特性，经过变频技术的使用，可以产生很好的能源节约效果，节能的幅度在12%～51%左右；在实际作业中，受到矿井管道分布的影响，会使该类型通风机的使用出现一定的误差，为了防止这种误差的出现，可以使用调节叶轮特性的方式，实现通风机的完美运行，通过对比表中的数据可以发现，Ⅰ级、Ⅱ级叶轮的变化有着明显的差异性。