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1、风机定压控制中调节方法的选择摘要 本文对风机的工况调节方法进行分析， 提出在加热炉风机在定压控制 时，采用 进口导叶调节比变速调节具有更好的调节效果和节能效果。关键字 风机；进口导叶调节；变速调节在轧钢加热炉中，助燃用的空气一般采用离心风机，为保证燃烧的稳定，一 般对助燃 风机的压力进行控制， 来确保助燃空气压力的稳定。 在线材加热炉风机 的改造中，曾有 人提出采用变频调速方法，来达到节能的效果。目前线材加热炉风机采用的是进口导叶方式来进行调节，可以在压力基本不 变的情况 下， 对流量进行大幅的调节。 采用变频调速真的能达到进口导叶调节达 到的要求，并进 一步节能吗？这需要从风机的调节方式开始
2、进行分析。一、风机的工况调节方法离心风机的调节方式较多， 按调节方式分为三种类型 : 改变系统管道特性曲 线 ; 改 变风机特性曲线 ; 同时改变管道特性曲线及风机特性曲线。 改变系统管道 特性的有出口 节流调节， 改变风机特性曲线的有进口导叶调节、 变速调节， 改变 管道特性曲线及风机 特性曲线的有风机进口节流。 下面先对各种调节方法进行分 析。1、风机出口端节流调节 风机出口端节流调节是通过调节风机出口的阀门开度 , 也就 是改变出口管 道上的压力损失 , 从而改变管道的特性曲线 , 以适应系统对流量或压力的 特定 要求, 但风机特性曲线不变。 如图 1 所示。图1风机出口节流特性嗚线曲线
3、A为风机特性曲线，当阀门全开时，管道特性曲线为曲线I,其工况点为点M1当流量要求减少时，出口阀门关小，这时，阀门的阻力增加，管道特性曲线变为II，此时风 机的工况点就移动到M2从图中可以看出，阀门关小后，风机产生的压力虽然增加了，但是有一部分是消耗在克服阀门所增加的阻力上。其 减小风量附加的节流损失为hw=H2-H3 其中H3表示按管道特性曲线I,风量为Q2时管的阻损。相应风机多消耗的附加节流损失功率为:N= hw Q2这种调节方式人为地增加了管道阻力，浪费了能量。所以出口端节流调节方式只适用 于一些小功率的风机、简单的管道系统中。2、风机进口端节流调节 风机进口端节流调节是通过风机进口的阀门
4、开度来调节风机风量的。这样不仅改变了 管道的特性曲线，同时也改变了风机的特性曲线。这是因为气体进入风机前，由于经过节 流部件，致使流体压力下降，使风机的性能曲线发生变化，如图2所示。酗畑HOE J图2风机进口节流性能曲线阀门全开时，风机特性曲线为曲线A,管道特性曲线为曲线I,其工况点为点M1当风量需要减小时，进口阀门关小，压力损失增加，管道特性曲线变为曲线II，风机特性曲线变为曲线B,从而工况点移到点M2减小风量后的附加节流 损失为:hw=H2-H3其中H3表示按管道特性曲线I,风量为Q2时管的阻损。相应风机多消耗的附加节流损失功率为：N= hw Q2从图2还可以看出，假定在满足同一流量Q2的
5、前题下，将进口端调节改变为出口端调 节，此时风机的特性曲线为I,因此其工况点为点M4,附加压力损失为hwH4-H3.可以看出, hw hw,即进口端节流调节比出口端节流调节经济。3、进口端导流器调节 进口端导流器调节是将导流器安装在风口进口处进行调节。导流器有可转动的导向叶片，气流经导向叶片进入风机。改变导向叶片角度，可以改变气流进入风机时的 速度大小和方向。导流器使空气进入风机前的气流产生预旋，从而使气流圆周分速度加大， 压力降低，导向叶片转动角度越大，风量越小，气流产生的预旋越强烈，压力降低也越大， 所以风机特性曲线越陡直。进口导流器调节主要是改变风机特性曲线，如图3所示。H002Mi(Q
6、iJii)图3进口导叶调节特性曲线风机原特性曲线为曲线A,随导流器导向叶片向风机旋转方向的转角增加曲线变为B。 这种调节方式与进口端节流调节方式基本相同，但导流器造成的节流损失更小，也更为经 济，并且有较高的调节范围和好的经济性，可实现自动调节，也为通风机所广泛使用4、变速调节变速调节是通过改变风机转速来改变风量进行调节的。从空气动力学理论来讲，改变 转速调节是最合理的。由流体力学知道，风量Q与转速n的一次方成正比，风压H与转速n的平方成正比，轴功率N与转速n的三次方成正比。当风机在管网阻力与流量平方成正比 例的管网中工作时，虽然转速降低，但是风机的效率保持不变，而风机的功率则由于流量 和压力
7、降低而显著下降，如图4所示。Q?. Q图4变速调节工况点管道特性曲线为曲线I,风机原有转速n1时的特性曲线为曲线A,工况点为M1,其风量为Q1,压力为H 1。当需要减小风量时，则把风机转速降为n2,此时风机特性曲线 由A变为B, 工况点为M2,相应风量为Q 2,压力为H 2。管道中阻力由于风量减小而自行下 降，无附加压力损失。因而这种调节方法风机无额外多消耗的功率，风机所耗功率是根据 实际需要而改变。二、风机工况调节方式的对比分析 以上简要介绍了几种最常用的风机调节方式，并进行了简单的分析。为了进一步说明 风机的工况调节重要性，现将几种调节方式在相同条件下的功率曲线绘在一张图上（见图5） 以便
8、分析比较。图5各种调节方法功率曲线对比图中a出口端节流调节功率曲线，b一进口端节流调节功率曲线，c一进口端导流器节流调节功率曲线，d 变速调节功率曲线。从图5中可以形象的看出在同一要求风量条 件下，变速调节所消耗的功率最小，风机的运行节能效果最 显著，其次为进口导流器调节， 进口端节流调节，而出口端节流调节消耗能量 最大，节能效果也最差。三、风机定压控制中变速调节与进口导叶调节的比较在上述的分析中，我们都没有考虑背压，即假设背压都为零。但在实际情况 时，一般 均存在背压，如在加热炉风机的控制中，均要求风机压力保持在某一稳 定值。1 变速调节与进口导叶调节的适用性分析在加热炉风机的定压调节中，风
9、机流量的变化比较大。在加热炉空炉状态或 保温状态 时，需要的流量很小，但在冷坯加热时，需要的空气流量就很大，二者 的流量相差 3 4 倍。在采用风机进口导叶调节方式时，能较好地满足定压控制及大流量变化的要 求，见图6.Q图6采用进口导叶调节的定压控制在采用变速调节时，由于风机的压力与转速的平方成正比，流量与风机的转速成正 比，因此在定压控制时，风机的转速并不能根据所需的流量来确定，否则 将会造成风机 压力达不到要求。在加热炉风机的所需的压力条件下，有一个最小转速要求，小于这个转 速,风机压力就不能达到要求。在一般情况下，这个最小转速大约为额定转速的80%左右。在这种情况下，光依靠变速调节来满足
10、要求的压力和流量，并不现实。在助燃空气流 量的一定的情况下，由于系统的管路特性变化较小，压力将会变得调节性很差，会产生压 力偏高的情况。2、变速调节与进口导叶调节的节能效果分析在无背压情况下，变速调节的节能效果肯定要好于进口导叶调节，这在图5中已经进行了说明。但随着背压的增大，二者的差别将越来越小。根据研究，在风机背压 达到设计值的80%左右时，考虑到变速调节的效率，变速调节的优势将会丧失。而加热炉 风机的压力一般是控制在风机设计压力的85%左右。特别时在小流量的情况下，变速调节时在最少转速及流量的二重影响下，风机压力会较要求高。由于功率是和风机压力和流量成正比，额外高出的压力将会 造成功 率的浪费。因此在小流量区域，变速调节的功率反而会大于进口导叶调节的功率。四、结论在加热炉风机采用定压控制的条件下，采用进口导叶调节比采用变速调节具有更好的调节性能和节能性能。参考文献1、杨俊玲，风机工况调节，管道技术与设备，1998年第4期，40422、符永正，管路特性对泵与风机变速调节节能效益的影响，中国给排水，19993、1994年第6期，年第9期，2628周明光，风机各种调节方式的经济性分析，热力发电,1823
