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1、节能原理与技术(8),CUMT,节能原理与技术,流体输送机械,为流体提供机械能的机械设备统称为流体输送机械。,分类,按工作原理：,离心式；往复式；旋转式；流体作用式。,按输送介质：,流体输送机械,液体输送机械,气体压送机械,泵,通风机、鼓风机,压缩机、真空泵,8 风机水泵的节能技术,8.1 简述,(一)、在国民经济建设中的地位 1、泵与风机属通用机械的范畴：它们在国民经济的各个部门中应用十分广泛。 农业方面：排涝、灌溉； 采矿工业：坑道的通风及排水； 冶金工业：各种冶炼炉的鼓风以及气体和液体的输送； 石油工业：输油和注水； 化学工业：高温、腐蚀性气体的排送； 一般工业：厂房、车间空调以及原子防
2、护设备的通风等.,2、定量分析：据统计，泵与风机耗电约占全国总用电量的百分比逐步从原30%向40%过渡。,(二)在火力发电厂中的地位,1、从应用角度看：在火力发电厂中，向锅炉送水的给水泵、向汽轮机凝汽器送冷却水的循环水泵、排送凝汽器中凝结水的凝结水泵、排送热力系统中各处疏水的疏水泵、向热力网系统补水的补给水泵、向锅炉输送燃料的排粉机、向锅炉输送空气的送风机、排除锅炉烟气的引风机等都是电厂的重要辅助设备。此外，还有生水泵、工业水泵以及用来输送各种润滑油、药液、排除锅炉灰渣的特殊用泵等。,1锅炉汽包；2过热器；3汽轮机；4发电机；5凝汽器；6凝结水泵；7除盐装置；8升压泵； 9低压加热器；10除氧
3、器；11锅炉给水泵；12高压加热器；13省煤器；14循环水泵；15射水抽气器；16射水泵；17疏水泵；18补给水泵；19生水泵；20生水预热器；21化学水处理设备； 22灰渣泵； 23冲灰水泵； 24液压泵； 25工业水泵； 26送风机； 27排粉风机； 28引风机； 29烟囱,2、从经济角度看：泵与风机是电厂的耗电大户，特别是给水泵素有“电老虎”之称。据统计，各种泵与风机的耗电量约占厂用电的70%80%（采用汽动给水泵除外）约为机组容量的5%10%左右；其中泵约占50%，风机约占30%。,3、从安全角度看：由于泵与风机故障而引起停机、停炉的事例是很多的，并且由此造成了很大的直接和间接的经济损
4、失，应引起我们的足够重视。经验表明，增加安全可靠性和提高效率相比，有着同等的甚至更大的经济效益。特别是随着机组向大容量、高效率、自动化方向的发展，对泵与风机的安全可靠性也提出了越来越高的要求。,(三) 风机水泵运行中存在的主要问题,设备陈旧、其本身额定效率低于当前世界水平。 当初设计选型配套不当，留有过大裕量；或工况改变负荷减少，使运行效率比额定值更低。 很多用户希图省事，采用挡板或阀门调节风量或流量，增大了节流功率损耗。 输送管道质量和装配不够合理，管道阻力加大，增大了运行时的能量损耗 管理制度不够完善或操作者不负责任，造成能量浪费,(四) 节能降耗措施,1改造或更换低效率设备，推广高效风机
5、水泵,2设计时注意选型和配套,3调速控制流量，减少节流损失,4合理设计管网，降低管道阻力,5 在管网或叶轮上涂敷复合材料节能,6选用节能计量仪表,7减少叶轮直径，调节入口导向叶片,8.2 风机特性参数,图8.1 风机特性曲线,离心式风机或离心式水泵,如需将流量下降20 ，如果采用调速的办法，风机的轴功率将降低多少？,则风机轴功率将降到原值的51.2。,8.3 管网风阻特性,一、风阻特性曲线,8.4 风机与泵的合理选型,(一) 风机与泵选型中存在的问题,风压与扬程选择过大与过小,风机与泵调节装置不完善,管网系统布局不合理,(二) 风机与泵选型的原则,(1)所选用的泵或风机设计参数应尽可能地靠近它
6、的正常运行工况点，从而使泵或风机能长期地在高效率区运行，以提高设备长期运行的经济性。 (2)力求选择结构简单、体积小，质量轻的泵或风机。为此，应在可能的情况下，尽量选择高转速。 (3)力求运行时安全可靠，对水泵来说，首先应考虑设备的抗汽蚀性能。另外尽量选泵或风机的不具有驼峰形状的性能曲线。即使非选具有驼峰性能时，则其运行的工况应处于驼峰的右边区而且压头应低于零流量下的压头，以利于投入同类设备的并联工作。对于并联运行的水泵最好一开始就选下降的Q-H性能曲线。,8.5 调速节能原理,8.6 风机的调速控制,绕线式异步电动机转子串电阻调速； 鼠笼式电动机定子调压调速控制； 液力耦合器控制； 电磁调速
7、电机控制； 绕线式异步电机串级调速控制； 脉宽调制(PWM)变频控制； 调压变频(VVVF)控制； 无换向器电机控制； 改变电机极对数控制。,液力耦合器控制,1.泵轮壳2-涡轮3-泵轮4-输入轴5-输出轴 6、7-尾部切去一片的叶片,液力耦合器的结构 ： 液力耦合器的主要零件式两个直径相同的叶轮，称工作轮，由发动机曲轴通过输入轴4驱动的叶轮3为泵轮，与输出轴5装在一起得为涡轮2。叶轮内部装有许多半圆形的径向叶片 ，在各叶片之间充满工作液体。两轮装合后相对端面之间约有2-5mm间隙。它们的内腔共同构成圆形或椭圆形的环状空腔（称为循环圆）；,当泵轮在原动机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推动而旋
8、转，在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时，就在同一转向上给涡轮叶片以推力，使其带动工作机械运转。液力耦合器的动力传输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。在工作过程中，改变充液率就可改变耦合的涡轮转速作到无级调速。,液力耦合器的工作原理 ：,液力耦合器的勺管调节原理 ：,1.背壳 2.涡轮 3.泵轮 4.旋转外壳 5.电动执行器 6.勺管 7.油泵 8.压力表 9.温度表 10.铂热电阻 11.压力变送器12.油冷却器 13.综合参数测试仪（现场用）14.综合参数测试仪（控制室用） 15.转速传感器16.转速仪 17.伺服放大器 18.电动操作器 19.液位传感器20.液位报警器 21.电加热器
9、 22.电加热自动控制器,电磁调速电机控制,电磁调速电动机由鼠笼型电动机、电磁滑差离合器和直流励磁电源(控制器)三部分组成。 直流励磁电源功率较小,通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，改变晶闸管的导通角可以改变励磁电流的大小。,电磁调速电动机适应范围如下：,1、少灰尘和相对温度小于85的无剧烈震动环境中使用,2、负荷转矩不应小于10额定转矩,3、本调速装置最适合负荷转矩随转速下降而迅速减少的风机水泵负荷，或者象造纸、皮带运输机等恒转矩负荷。,变频技术,1、为什么对电动机工作频率的改变，电动机的转速会随之变化？ 从理论上我们可知，电机的转速N 与供电频率f 有以下关系： 其中： q 电机极数
10、S转差率 由上式可知，转速n 与频率f 成正比，如果不改变电动机的极数，只要改变频率f 即可改变电动机的转速，当频率f 在050Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。,2、 什么是变频器？,变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。,工作原理：是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流
11、电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。,它的主电路都采用交直交电路。,20世纪60年代以后，电力电子器件经历了 SCR(晶闸管) GTO(门极可关断晶闸管) BJT(双极型功率晶体管) MOSFET(金属氧化物场效应管) SIT(静电感应晶体管) SITH(静电感应晶闸管) MGT(MOS控制晶体管) MCT(MOS控制晶闸管) IGBT(绝缘栅双极型晶体管) HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管),电力半导体器件,3、 变频器的分类,1、按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器。（电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤
12、波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感） 2、按照开关方式分类，可以分为PAM（PAM 是英文Pulse Amplitude Modulation(脉冲幅度调制)缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。可获得按一个方波宽窄可变电压波形输出值调制方式）控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器。（Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。可获得按正弦包络电压波形输出值调制方式）,3、按照工作原理分类，可以分为V/f（恒定压频比）控制变频器、VVVF（变压：Variable Voltage，简称VV、变频：Variable Frequency，简称VF）控制器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等； 4、按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。,3、 变频器的分类,3、 变频器技术的优点,当风机转速下降时，电动机的功率迅速降低，例风量下降到80，转速亦下降到80时，则轴功率下降到额定的51，若风量下降到50，轴功率将下降到额定的13，其节电潜力非常大。采用变频器调速方式的节电效果，其节电可达30-40效果十分明显。,不同控制范围的风机风量和电动机效率,
