变频器和阀门谁更节能

徒弟：上次(本版第一期)你分析了通过关小阀门可以节能的原理，我们在生产中就经常注意阀门的开度了，凡是在风量过剩时，都适当关小离心风机阀门，确实减少了电能消耗，这段时间车间的耗电降低了很多。但近来我看到不少推广使用变频器节能的宣传资料，请你给我分析一下，究竟是变频器更节能还是关小阀门更节能?

    

     师傅：现在节能公司很多。宣传变频器节能的广告的确不少。变频器究竟能不能节能，不能一概而论，必须根据生产实况进行分析。就拿风机系统来说，我先从理论上分析，再举个例子说明，就很容易理解了。
    

上次讲了在送风管路中，关小阀门的节能道理，从离心风机的压力--流量曲线图中，你注意了吗，当关小阀门时，流量从Q额减少到了Q1，此时管路的压力也有所提高(从P额提高到P1)，而风机消耗的功率为压力和流量的乘积，即：W=P-Q。因此，尽管关小阀门总的减少了能量消耗。但节能效果还不是最理想的，因为流量Q减少时，压力P却增加了。

    

要分析变频器用在风机电机上是否更节能，还得从离心风机的特性说起。

    

风机的风量、压力与轴功率的关系是：风量与转速的一次方成正比；压力与转速的二次方成正比；轴功率与转速的三次方成正比。其特性关系见附图l。图1中，P额和Q额分别为风机在额定转速n额时的额定压力和额定流量，其对应的轴功率为W_。曲线W轴功率，而曲线n额、n1、n2则表示不同转速时的风机特性。

    

如需减小风量时，用变频器将其减速到n1，此时对应的流量Q1，压力为Pl。曲线n1和W的交点W1就是Q1时对应的轴功率。Wl=P1·Ql，所以降低转速的节能效果非常理想(因为P1也随之减小)。

    

徒弟：这样分析。我认识到使用变频器比关小阀门似乎更节能了。你能否更形象地比较一下呢?

    

     师傅：我们在风机的特性图上比较，就更直观了。请看图2，当风量过剩需减小风量时(例如减少到Q1)，如用关小阀门的办法，过Q1作垂线交于风机额定转速时的特性曲线n额上的A点，此时的轴功率为：W1=Pl*Q1(即四边形APIOPl)，比额定转速、风门全开的轴功率W额=P额·Q
     额(即四边形w额P额Q额的面积)减少一些。

    

如果使用变频器降低风机转速。在达到同样风量(Q。)时，过Q。的垂线交于风机在转速n1时的特性曲线n1于B点，此时对应的风压为Pl′，轴功率为W1′=Pl′*
     Ql′(即四边形BP1′OQ1的面积)。现在看三个四边形，面积最小的(图2中阴影部分)当然就是最节能的了。

    

徒弟：这样一比,真是一目了然了，你能不能举个例子，定量计算一下。我们在生产中可以参照应用呢?

     师傅：可以。前些日子立窑车间(水泥生产)就改造了一台引风机。具体情况如下。

    

风机型号为Y4-76-2型，风量为68992m3/h,风压(全压)为290mm水柱，转速：1450转，分。电机为90kW。电机额定电流为164.3A。由于风量有余，平时阀门开度为60％左右，实测电机电流降为83A。电机输出功率为：

    

     W1=3UICOSΦ×10-3=1.732 x380V x83A×0.82xl0-3＝44.79kW

     可见关小阀门确实节约了不少电能。

    

作节能改造时用了变频器。将风门全开，频率设定在38Hz一40Hz左右．风量就满足了生产需要，电机的功率降到36.48kW。

    

分析此电机功率，我认为它是由两部分组成，一是其系统固有的机械效率引起的损耗，这是基本不以风量改变而变化的(转速降低时损耗会减小，但风机效率也会减小，粗略计算可将其忽略)；另一部分是有用功率。它等于我们前面说的压力和流量的乘积。

    

风机效率取0.825，电机效率取0.98，那么其损耗功率约为：

    

     W耗=90kW×(1－0.98×0.825)=17.23kW。 '

     由于风机的轴功率与转速的三次方成正比(即与频率的三次方成正比)，有用功率为：

     w有=Wlx(fl／f2)3＝44.79kWx(38Hz／50Hz)3'=19.25kW

     总功率为：W总=W耗+W有=17.23+19.25=36.48kW。

     从这个节能改造的实例可以看到，使用变频器比关小阀门多节能约18％。

     徒弟：这样看来。变频器真是一个节能"法宝"了?

    

     师傅：不对!我前面说了，一定要根据具体工况分析。我举的这个例子是因为本身风量过剩，如果阀门原来就开到80％或更大，而机器本身的损耗又降不下来，节能空间非常小，而变频器本身也是有损耗的，加上其损耗，搞不好不但不节能，还要多消耗能量了，这不是画蛇添足吗?