桥式起重机节能调速技术改造

第一篇：桥式起重机节能调速技术改造

桥式起重机节能调速技术改造 概述

宝钢炼钢厂废钢桥式起重机主要负责废钢起吊以便向转炉供料，该设备24h连续工作，一旦停止运行会直接影响转炉炼钢生产。该桥式起重机电气控制系统是1985年引进日本安川公司生产的调压调速控制产品，经20多年在100%负荷率下运行，见已出现许多问题：

(1)主起升机构电机为绕线式电动机，通过可控硅调节电机定子交流电压和改变电机转子电阻相结合的方式进行调速控制，其他系统均采用继电接触器控制，接触器动作频繁(年均百万次)，故障率高，且备件消耗量大；

(2)转子用电阻器长期处于发热状态，故障多，电阻器发热消耗大量能源，粗略测算年耗电十几万度；

(3)受当时控制水平所限，定子调压系统采用模拟控制方式，技术落后，备件很难采购。同时由于分离元件寿命短、离散性高，影响调节系统的稳定性，因而须经常调整控制系统参数，模拟系统参数调整较麻烦，时间长，常常影响设备正常使用；

(4)测速发电机的速度反馈装置故障率高，占整个调速系统故障的80%以上；

(5)很多元器件老化，故障率高，滑环、接触器、电阻器等故障频繁；

(6)部分元器件厂家己停产，无备件更换；

(7)整个控制系统耗能大，不利环保节能。2 主要改造方案

(1)将定子调压调速系统改为带电能反馈的节能型变频调速系统；

(2)取消转子电阻，取消接触器控制；

(3)采用直流母线方式、传动系统整流回馈装置和逆变器进行控制；

(4)改造绕线式电机，使之能用于变频控制；

(5)桥式起重机变频调速控制系统一直由外商提供技术和产品，考虑现场改造的技术难度和复杂性以及进口设备高昂的价格，本次改造充分结合现场条件，参照目前最先进的AFE变频调速系统，采用关键元器件引进、自主技术集成的改造路线，以降低成本。改造方案的技术分析

3.1 电机特性分析 3.1.1 电机工作原理及特性 三相异步绕线电机、三相异步鼠笼电机和三相异步变频电机均属于交流异步电机，具有相同的工作原理，即电机通电后，定子形成旋转磁场切割转子绕组形成转子电压和转子电流，定子磁场与转子电流相互作用形成电机电动力矩 M=CMφI2cosφ2

普通三相异步绕线电机、三相异步鼠笼电机在50Hz工频下直接起动时，由于cosφ2很小，所以M不大。变频器控制电机在设定的频率和电压下起动时能得到较高的cosφ2和I2，起动力矩较大。

3.1.2 变频装置控制普通绕线电机

变频装置提供的电压是接近正弦波的方波脉冲，变频电机就是基于方波脉冲设计铁心和绕组的，变频装置控制变频电机能得到较宽的调速范围(1：50)和较少的损耗；而变频装置控制普通绕线电机只能得到较窄的调速范围(1：10)和较多的损耗，但损耗的增加一般不大于2%~5%，对电机发热影响不大，而对于桥式起重机，调速范围1：10足够了。因此在桥式起重机上采用变频器控制普通绕线电机完全可行。3.1.3 主起升机构电机

宝钢炼钢厂25t废钢桥式起重机主起升机构电机为160kW、585r/min、100%ED工作制电机，F级(155℃)绝缘耐热等级，主起升机构运行速度30m/s，起重量25t(含电磁吸盘自重10t)。

起升机构静功率

P=(Q+W)V/(6.12η)=25×30/(6.12×0.9)=136.2kW

可以看出满载时静功率小于电动机额定功率160kW，桥式起重机的动态转矩很小，主起升机构三相异步绕线电机最大转矩是额定转矩的3.39倍。因此采用原160kw二相异步绕线电机作为起升机构的拖动电机无论起动还是运行都没有问题，也通过了发热计 3.2 调速特性分析

3.2.1 主起升机构变频调速主传动部分的改造

本次改造3号25t桥式起重机主起升机构的焦点之一是成套引进还是自主集成。用户希望改造后能达到西门子最新产品AFE变频调速系统的性能，而西门子公司成套进口的AFE变频调速柜国内应用极少，且AFE变频调速系统的设计、制造、调试全部由德国西门子总部的工程师完成，国内熟知AFE变频调速装置工程师很少，西门子技术支持工程师认为AFE变频调速不可分拆，否则风险太大，国内外没有这样的先例。基于对变频调速技术的广泛应用及对现场工况的了解，在用户的支持与配合下，我们采用自己设计、自主集成、关键元器件选择国外产品的改造路线。

(1)AFE整流/回馈装置

该装置的核心部件是1个带有闭环控制板CUSA的调节板，它将三相交流电源变成可调直流电压，为三相交流电源侧叠加1个快速矢量控制，向电网发送一个近似正弦波的电流，因而，在电网净化滤波器的帮助下，电网能保持很小的扰动。矢量控制也可以调节功率因数，其优点是：当电网发生故障，甚至是在发电工作时，也不会烧坏逆变器上的熔断器，当一相瞬时跌落时，调节系统将功率分配给其余相且可连续工作。该装置还设有1个VSB板(电压识别板)，作为电网角度编码器，它具有100%的电网回馈能力，不需要自耦变压器，在发电工作时不产生损耗功率。该装置具有以下特点：

①控制系统可以对电网产生任意扰动，即该系统具有最佳综合功率因数；

②在电网电压瞬时跌落或故障时，具有防止传动系统颠覆功能；

③能进行无功功率补偿；

④四象限工作方式，带自换向功能；

⑤对于不稳定电网有最高可用性；

(2)变频调速柜构成变频调速系统由电源连接模块、变流器模块、逆变器3部分组成，见图1 3.2.2 主起升机构变频调速控制部分的改造

(1)变频调速柜控制

变频调速柜由操作室的电源合闸按钮控制整流/回馈装置启动，直流母线电压升到600V，运行输出继电器吸合，无故障输出继电器吸合，整流/回馈装置PMU显示0，系统进入待运行状态。

卷上、卷下和四档速度给定仍由操作室的操作指令开关控制，这些信号经新增加的中间继电器控制板送人变频调速柜，控制信号送入CUVC板，速度给定送入EB1扩展板。卷上、卷下运行指令使逆变器处于工作状态，并按给定速度档位运行。输出信号包括运行信号、故障信号和抱闸信号。控制信号的连接见图2。

变频调速控制采用带编码器的速度闭环控制方式，实现了主钩快速起动和快速停止，起动加速度可达到1.8m/s2，载荷经0.4S时间从静止升到最高运行速度。可以实现主钩运行从上升最高速快速直接转换到下降最高速，完全满足现场工况要求。

改用变频装置后，电机电流控制抱闸打开，电机实际转速控制抱闸闭合，减少了抱闸对机械设备的冲击，同时延长了抱闸装置的使用寿命。

(2)操作控制

起升机构采用变频器控制，操作手柄从下降拉回零位停车时，没有反接制动，因而不存在换向死区，变频器迅速降低频率，电动机迅速形成回馈制动力矩，再加上机械制动器的作用，制动效果比定子调压控制更好，不会产生溜钩现象。

3.2.3 变频调速与调压调速比较 基速以下调速时，变频调速为恒转矩调速，即在整个调速范围内，电动机允许的输出转矩保持不变。基速以上调速时，为恒功率调速。

调压调速既非恒转矩调速也非恒功率调速，随着转速的降低，电动机的允许输出转矩和允许输出功率都下降。

(1)变频调速的效率为0.97~0.98，而调压调速属于变转差率调速，低速时转差损耗大，效率低，不利于节能。

(2)矢量控制的变频调速，不加测速反馈时调速范围可以达到1：10，有测速反馈时调速范围大于1：10，且稳、速精度高，可以低转速稳定运行。

(3)启动转矩问题，电动机的力矩包括2部分：负载力矩和动态力矩，负载力矩用于提升重物，动态力矩用于启动和制动。变频器许用动态力矩为0.6MN(30s)，只要不超重，启动不成问题。废钢桥式起重机为电磁吸盘桥式起重机，不会出现超重现象，能满足变频启动的要求。

(4)启动负荷较大时，会出现下降溜钩问题。调压调速方式用串电阻改变机械特性，同步转速不变，特性较软，负荷变化引起的转速变化很大，采用测速反馈后会得到改善，但在低速时，测速反馈也不能使其特性得到改善，因而可能出现下降溜钩现象。

而变频调速的特性和直流电机相同，基速以下调速，机械特性是一组平行直线，特性硬，负荷变化时转速下降很小，载荷下降时，特性延伸到第四象限，处于再生制动，仍旧保持电动状态时的特性硬度，不会出现溜钩现象。

(5)绕线电机转子串电阻调速，因电阻长期处于发热状态消耗大量能量，以牺牲能量实现调速性能，效率很低。变频调速效率可达0.97~0.98，绕线电机改为变频调速后，只是将电阻全部短接，不会影响电机的性能，效率也不会下降。4 改造效果

长时间运行表明，变频调速系统运行可靠、响应速度快、节能环保、调速稳定、故障率低，是起升机构理想的控制装置，完全达到了改造目标。

在AFE产品基础上自主集成的桥式起重机变频调速系统为国内首创，技术性能与西门子成套产品相同，但装置成本明显降低，调试和现场服务的费用更低，能为系统的正常运行和维护提供技术支持。

改造后的变频调速系统节能效果明显，1台160kW电机主钩，以1年330d、每天工作16h计算，能节电40万kW.h，节省电费超过25万元。

第二篇：节能技术改造管理办法

节能技术改造管理办法 主体内容与适用范围

1.1本标准规定了节能技术改造计划的原则及其实施方法。1.2 本标准适用于我公司节能技术改造。2 企业节能技术改造规划的原则

2.1 必须贯彻执行国家和地方有关法规、标准和文件。

2.2 充分考虑企业的经济承受能力，符合企业能源消耗实际情况。

2.3 通过节能技术改造要实现以尽量减少的能源消耗取代更大的经济效益。3 中长期节能技术改造规划

3.1 编制中长期节能技术改造规划的依据。

3.1.1 根据企业能量平衡资料，对那些用能结构不合理、耗量大、热效率低的部位或设备列入中长期节能技术改造。

3.1.2 凡不在运行的，国家已公布淘汰的费能型机电设备，均应有计划分期、分批用节能型产品代替。

3.1.3 根据上级有关文件，必须进行节能技术改造的工程项目，应列入节能改造项目。3.2 节能技术

3.2.1 采用新技术。3.2.2 采用节能材料。

3.2.3 采用节能新设备和部件。

3.2.4 当年没有完工的节能技术改造项目应列入下节能改造计划。

3.2.5 涉及企业升级、能源升级、单耗考核的节能改造项目应优先列入改造计划。3.2.6 投资少、见效快、节能效果明显的节能项目，应列入改造计划。4 节能技术改造计划的实施

4.1 凡列入节能技术改造计划的项目，均需提出“可行性分析报告”，包括下列内容： 4.1.1 改造前耗能水平分析，设备热平衡测试报告及产品能源单耗。

4.1.2改造前后的经济效益对比，产品能源单耗下降幅度（政府计算数据）。4.1.3 具体改造方案，采用那些工艺、新材料、新技术、新设备。

4.1.4 改造方案投资总预算及所需设备、零部件、材料规格、型号、数量、价格等。4.2 节能技术改造方案的审批

4.2.1 生产部室、班组或个人提出的节能改造项目，只需提出具体改造方案，呈报安全生产部备案、总工程师批准后实施，改造后即可认定节能成果。

4.2.2 生产部室提出的5万元以下的节能项目，须提出可行分析报告，经安全生产部、总工程师审核认可后方可立项，列入计划，并报有关部门备案。

4.2.3投资5万元以上的节能改造项目，应由公司节能领导小组、安全生产部提出可行性分析报告，经主管生产经理（或总工程师）组织有关人员论证，确认可行并批准立项后，方可列入节能技术改造项目实施计划。4.3 节能技术改造资金来源

4.3.1 经批准实施的5万元以下的节能技术改造项目所需材料，由维护部申报，安全生产部审核，总工审批后列入公司节能改造费用。

4.3.2 使用资金较大的技术改造项目所需资金，由公司安排，有安全生产部统一管理使用。4.4 节能技术改造的实施

4.4.1 节能技术改造由主管生产经理和总工程师统一领导和指挥，由安全生产部负责实施。4.4.2 确保节能改造施工进度。4.4.3 确保节能技术改造工程质量。5 节能技术改造的奖惩

5.1 为调动职工开展节能活动的积极性，对节能工作采取精神鼓励和物质奖励相结合的原则，做到节约有奖，浪费当罚。5.2 节能合理化建议奖

由部门或个人提出的节能合理化建议，经公司采纳、应用、并有明显效果的，应对该部门或个人实行适当奖励。

5.3 公司设立节能奖，凡实施节能技术改造后的设备、设施，节约煤、油、电、水有明显效果，公司可按能源节约量提取部分资金作为对部门或个人的一次性奖励。

5.4 公司提出节约资金总额的30% — 40%用于奖励节能效果显著、对节能工作贡献大的部门和个人。

5.5 节能奖由公司统一分配，主要发给与节能工作有关的部门和个人，防止平均主义。5.6 对完不成节能任务的部门和个人，予以通报批评，严重地给以经济处罚。6 检查与考核

6.1 本标准由安全生产部与公司节能领导小组负责检查与考核，每年对标准的贯彻情况进行一次全部检查。

6.2 安全生产部对检查结果按公司规定实施奖惩。

第三篇：关于印发《节能技术改造

各省、自治区、直辖市、计划单列市财政厅（局）、发展改革委（经委、经贸委、经信委、工信委、工信厅），新疆生产建设兵团财务局、发展改革委，有关中央企业：

为加快推广先进节能技术，提高能源利用效率，实现“十二五”期间单位国内生产总值能耗降低16%的约束性指标，根据《节约能源法》和《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，中央财政将继续安排专项资金，采取“以奖代补”方式，对企业实施节能技术改造给予适当支持和奖励。为加强财政资金管理，提高资金使用效率，我们制定了《节能技术改造财政奖励资金管理办法》，请遵照执行。

财政部 国家发展改革委

二〇一一年六月二十一日

附件：

节能技术改造财政奖励资金管理办法

第一章 总

则

第一条 根据《中华人民共和国节约能源法》、《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，为加快推广先进节能技术，提高能源利用效率，“十二五”期间，中央财政继续安排专项资金，采取“以奖代补”方式，对节能技术改造项目给予适当支持和奖励（以下简称奖励资金）。为加强财政资金管理，提高资金使用效率，特制定本办法。

第二条 为了保证节能技术改造项目的实际效果，奖励资金与节能量挂钩，对完成预期目标的项目承担单位给予奖励。

第三条 奖励资金实行公开、透明原则，接受社会各方面监督。

第二章 奖励对象和条件

第四条 奖励资金支持对象是对现有生产工艺和设备实施节能技术改造的项目。

第五条 申请奖励资金支持的节能技术改造项目必须符合下述条件：

（一）按照有关规定完成审批、核准或备案；

（二）改造主体符合国家产业政策，且运行时间3年以上；

（三）节能量在5000吨（含）标准煤以上；

（四）项目单位改造前年综合能源消费量在2万吨标准煤以上；

（五）项目单位具有完善的能源计量、统计和管理措施，项目形成的节能量可监测、可核实。

第三章 奖励标准

第六条 东部地区节能技术改造项目根据项目完工后实现的年节能量按240元/吨标准煤给予一次性奖励，中西部地区按300元/吨标准煤给予一次性奖励。

第七条 省级财政部门要安排一定经费，主要用于支付第三方机构审核费用等。

第四章 奖励资金的申报和下达

第八条 符合条件的节能技术改造项目，由项目单位（包括中央直属企业）提出奖励资金申请报告（具体要求见附1），并经法人代表签字后，报项目所在地节能主管部门和财政部门。省级节能主管部门、财政部门组织专家对项目资金申请报告进行初审；省级财政部门、节能主管部门委托第三方机构（必须在财政部、国家发展改革委公布的第三方机构名单内）对初审通过的项目进行现场审核，由第三方机构针对项目的节能量、真实性等相关情况出具审核报告（格式见附2）。

第九条 省级节能主管部门、财政部门根据第三方机构审核结果，将符合条件的项目资金申请报告和审核报告汇总后上报国家发展改革委、财政部（格式见附3）。

第十条 国家发展改革委、财政部组织专家对地方上报的资金申请报告和审核报告进行复审，国家发展改革委根据复审结果下达项目实施计划，财政部根据项目实施计划按照奖励金额的60%下达预算。

第十一条 各级财政部门按照国库管理制度有关规定将资金及时拨付到项目单位。

第十二条 地方节能主管部门会同财政部门加强项目监管，督促项目按时完工。

第十三条 项目完工后，项目单位及时向所在地财政部门和节能主管部门提出清算申请，省级财政部门会同节能主管部门组织第三方机构对项目进行现场审核，并依据第三方机构出具的审核报告（格式见附2），审核汇总后向财政部、国家发展改革委申请清算奖励资金（格式见附3）。

第十四条 财政部会同国家发展改革委委托第三方机构对项目实际节能效果进行抽查，根据各地资金清算申请和第三方机构抽查结果与省级财政部门进行清算，由省级财政部门负责拨付或扣回企业奖励资金。

第五章 审核机构管理

第十五条 财政部会同国家发展改革委对第三方机构实行审查备案、动态管理，并向社会公布第三方机构名单。

第十六条 列入财政部、国家发展改革委备案名单的第三方机构接受各地方委托，独立开展现场审查工作，并对现场审查过程和出具的核查报告承担全部责任。同时接受社会各方监督。

第十七条 委托核查费用由地方参考财政性投资评审费用及委托代理业务补助费付费管理等有关规定支付。

第十八条 地方委托第三方机构必须坚持以下原则：

（一）第三方机构及其审核人员近三年内不得为项目单位提供过咨询服务。

（二）项目实施前、后的节能量审核工作原则上委托不同的第三方机构。

（三）优先选用实力强、审核项目经验丰富的第三方机构。

第六章 监督管理

第十九条 地方节能主管部门和财政部门要加大项目申报的初审核查力度，并对项目的真实性负审查责任。对存在项目弄虚作假、重复上报等骗取、套取国家资金的地区，取消项目所在地节能财政奖励申报资格。同时，按照《财政违法行为处罚处分条例》（国务院令第427号）规定，依法追究有关单位和人员责任。

第二十条 地方节能主管部门和财政部门要加强对项目实施的监督检查，对因工作不力造成项目整体实施进度较慢或未实现预期节能效果的地区，国家发展改革、财政部将给予通报批评。

第二十一条 项目申报单位须如实提供项目材料，并按计划建成达产。对有下列情形的项目单位，国家将扣回奖励资金，取消“十二五”期间中央预算内和节能财政奖励申报资格，并将追究相关人员的法律责任。

（一）提供虚假材料，虚报冒领财政奖励资金的；

（二）无特殊原因，未按计划实施项目的；

（三）项目实施完成后，长期不能实现节能效果的；

（四）同一项目多渠道重复申请财政资金的。

第二十二条 财政部会同国家发展改革委对第三方机构的审核工作进行监管，对核查报告失真的第三方机构给予通报批评，情节严重的，取消该机构的审核工作资格，并追究相关人员的法律责任。

第七章 附

则

第二十三条 本办法由财政部会同国家发展改革委负责解释。

第二十四条 本办法自印发之日起实施，原《节能技术改造财政奖励资金管理暂行办法》（财建〔2007〕371号）废止。

附：

1、企业财政节能奖励资金申请报告的主要内容

2、××××单位××项目现场审核报告

3、_____节能技术改造财政奖励资金申请汇总表

第四篇：上海市节能技术改造项目申请报告

上海市节能技术改造项目申请报告

1.项目名称：××××××节能改造项目

需含主体改造技术或设备内容 2.企业用能概述（字数300～500字）

阐述企业名称、隶属关系、所属行业、工业总产值、主要产品、能源品种、总能耗等内容。

3.项目概述（字数500～1000字）开竣工日期：

项目改造前边界范围内运行及用能情况：

主要改造内容：

项目改造后边界范围内运行及用能情况：

4.技术原理

阐述该项目采用的主要节能技术（节能产品）的节能原理（技术特点），及与原设计或原产品能效对比说明等（500~1000字）。（含在行业、国内、国际领先程度说明）

5.项目节能量

改造前能耗情况：

改造后能耗情况：

节能量测算过程：（必须提供计算公式、并说明公式中每个参数的数据来源）寿命周期内节能量：

6.项目投资额及回收期

简要说明项目主体设备费用、工程费用等，回收期按照年节能效益（含相关年经济效益）予以计算。7.项目适用对象 8.项目推广和复制潜力

××××××××（盖章）

2010年×月×日

注：打包项目，请按工程类别分别填报汇报材料节能技术改造项目节能量确定原则和方法

一、节能量确定原则

1.项目节能量是指所实施的节能技改项目正常稳定运行后，用能系统的实际能源消耗量与改造前相同可比期能源消耗量相比较的降低量，无特殊约定比较期间为一年。

2.项目节能量只限于通过节能技术改造提高生产工序和设备能源利用效率、降低能源消耗实现的能源节约。而不包括扩大生产能力、调整产品结构等途径产生的节能效果。

3.项目的节能量等于项目范围内各产品（工序）的节能量之和。单个产品（工序）的节能量可通过计量监测直接获得，不能直接获得时，可以用产品单位产量能耗的变化来计算该项目的节能量。

4.项目除技术以外影响能源消耗因素应加以分析计算，并对节能量确定加以修正。这些因素如：原材料构成、产品种类与品种构成、产品产量、质量、气候变化、环境控制等因素的变化。

5.项目实际使用能源应以企业实际购入能源的测试数据为依据折算为标准煤，不能实测的可参考附表1中推荐的折标系数进行计算。

二、单个产品（工序）节能量计算方法 1．确定单个产品（工序）的范围

与此产品（工序）直接相关联的所有用能环节，即是单个产品（工序）节能量计算的边界。

2.确定第i个产品（工序）节能量计算的基准能耗Ei0 在实施节能技术改造前规定时间段内，第i个产品（工序）边界范围内的所有用能环节消耗的全部能源按规定方法折算为标准煤的总和。用Ei0表示。

3.确定节能技术改造前第i个产品（工序）产量Pi0 节能技改项目实施以前，规定时间段第i个产品（工序）边界范围内相关生产系统产出产品与服务。产量的确定采用仓库物流记录盘查、生产记录查阅等方法收集。全部产成品、半成品和在制品的均应依据国家统计局（行业）规定的产品产量统计计算方法，进行分类汇总。

4.计算改造前第i个产品（工序）单位产量能耗Ni0 按以下公式计算出改造前第i个产品（工序）单位产量能耗。

Ni0Ei0Pi0(1)5.确定节能技术改造后第i个产品（工序）的综合能耗Ei1 实施节能技术改造后规定时间段内，第i个产品（工序）边界范围内的所有用能环节消耗的全部能源按规定方法折算为标准煤的总和。用Ei1表示。

6.确定节能技术改造后第i个产品（工序）产量

节能技改项目实施完成后，规定时间段第i个产品（工序）边界范围内相关生产系统产出产品与服务。产量的确定采用仓库物流记录盘查、生产记录查阅等方法收集。全部产成品、半成品和在制品的均应依据国家统计局（行业）规定的产品产量统计计算方法，进行分类汇总。

7.计算改造后第i个产品（工序）单位产量能耗Ni1 按以下公式计算出改造后第i个产品（工序）单位产量能耗。

Ni1Ei1Pi1(2)8.第i个产品（工序）节能量ΔEi 为剔除由扩能产生的节能量，将项目改造前后第i个产品（工序）单位产量能耗的差值与改造前产量的乘积，定义为第i个产品（工序）节能量ΔEi Ei(Ni0Ni1)Pi0(3)

三、计算项目节能量 1.估算能耗泄漏EL 能耗泄漏是在项目范围内进行的节能活动对项目边界以外的影响。在项目节能量计算中应当包括能耗泄漏影响（扣减或增加）。

2.计算项目节能量ΔE 按以下公式计算出项目改造后节能量。

EEiEL1n(4)

四、节能量监测方法

企业应建立与项目相适应的节能量监测体系、监测方法和计量统计的档案管理制度，以确保项目实施过程中和建成后，可以持续地获取所有必要数据，且相关的数据计量统计能够被核查。

其中监测方法应符合《GB/T 15316 节能监测技术通则》的要求，监测设备应符合《GB 17167 用能单位能源计量器具配备与管理通则》的要求。

第五篇：风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座

风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座

（一）国家电力公司热工研究院自动化所 徐甫荣

前言

我国是能源消费和生产大国，一方面是资源相对不足，尤其是石油、天然气资源匮乏；另一方面是能源利用效率低，且浪费严重，因而经济增长的质量和效益不高，且环境问题日益严重。大量的调查表明我国存在巨大的节能潜力，总节能潜力约为目前能源消费总量的30%～40%，各行各业都存在大量的技术上和企业财力上都可行的节能项目，但绝大多数至今还没有实施。

我国经济持续高速增长了30年。经济总量已达到世界第三位，国内生产总值、工业增长速度、固定资产投资都在高速增长。我国经济持续高速发展带动了能源工业的发展，而能源工业的发展，又成为经济发展的动力，是经济发展的基础。但是也带来了日益严重的环境问题，在世界144个国家和地区的“环境可持续发展指数”排序中，我国被排在133位，我国以煤碳为主的能源结构问题严重。由于向大气层中排放CO2、SO2、氮氧化物，有时阴霾，有时下些酸雨，离开了蓝天、白云、碧水、绿地的生态环境。能源的消耗带来了严重的环境问题。

我国是“气候变化框架公约”的重要签约国，肩负着全球环境方面的责任，节能既解决能源紧张，相当于建设了能效电厂，又减少了污染，保护了环境，在降低能耗的同时，使我国的经济由粗放型向节约型转变，进而促进了经济的发展，既节能又促进、优化了经济、能源、环境。经济（Economics）、能源（Energy）、环境（Environment）、节能（Energy Saving）是国民经济发展的四个重要的方面，称作4E。四者之间相互依存、相互需求、相互支持、相互制约，要求一个好的平衡。国民经济的发展要求能源相应发展，能源工业的发展促进了经济的发展，经济的发展、能源的消耗又导致大量的CO2、SO2、氮氧化物排放到大气层中，形成酸雨，温室效应。除了建立电厂以外（热电、水电、核电、风电、太阳能等，主要是热电），节能是能源开发的最好补充，相当于建设了能效电厂。对比热电，它洁净，又不需要煤，不需要运力，不排放CO2、SO2、、氮氧化物等，因而我国政府确立了“开发和节约并重”的能源方针。

电动机系统节能工程是节能的重点工程之一。目前，我国各类电动机总装机容量约4.2亿kW，实际运行效率比国外发达国家低10%～30%。用电量占全国的总用电量的60%左右。“十一五”期间重点推广高效节能电动机、稀土永磁电动机；在煤炭、电力、有色、石化等行业采用高效节能电动机，实施对风机、水泵、压缩机系统的优化改造，推广变频调速、自动化系统控制技术，使运行效率提高2个百分点，年节电200亿kW.h。

电动机系统变频调速节能工程中，又首推负载为叶片式风机、水泵、压缩机的调速节能技术，因为叶片式风机、水泵、压缩机属于平方转矩型负载，即其轴上需要提供的转矩与转速的二次方成正比。风机、水泵、压缩机在满足流体力学的三个相似条件：即几何相似、运动相似和动力相似的情况下遵循相似定律；对于同一台风机（或水泵），当输送的流体密度ρ不变，而仅转速改变时，其性能参数的变化遵循比例定律：即流量与转速的一次方成正比；扬程（压力）与转速的二次方成正比；轴功率则与转速的三次方成正比。即：

Hn2Pn3pn2Qn()()；；；()''''''''HnPnpnQn由于目前绝大部分风机水泵（压缩机）都采用风门挡板（阀门）调节流量，造成大量的1 节流损耗，若采用转速调节，具有巨大的节能潜力。直到上世纪七十年代，都采用机械调速或滑差电机调速，但这属于低效调速方式，仍有较大的能量损耗，并且驱动功率受到限制；到上世纪80年代，开始采用液力耦合器调速，并且突破了驱动功率的限制，向大功率方向发展，但它与滑差电机调速一样，属于低效调速方式，仍有较大的能量损耗。直到上世纪90年代，随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，变频器很快占领电动机调速市场，并向高压、大容量领域发展，使采用高压电动机驱动的风机、水泵、压缩机进行变频调速节能改造成为可能。进入新世纪以来，国产高压变频器生产企业如雨后春笋般的涌现，并且其质量和可靠性直逼进口产品，且价格低廉，服务周到，因此在很多领域大有取代进口产品的趋势。风机、水泵、压缩机变频调速节能改造的发展前景一片大好。

随着节能减排指标的层层落实，工业设备的节能改造已成为企业的自觉行动。为了帮助企业在确定节能改造项目时做到心中有数，使有限的改造资金取得最大的经济效益，改造前根据设备参数和运行工艺数据进行的节能估算（能效审计）就显得尤为重要；尤其是目前为了推动节能减排工作的全面推广，国家鼓励采用“合同能源管理”的模式实施节能改造工程，那么改造前的节能估算（能效审计）工作就成为重中之重了：因为它直接关系到“合同能源管理”实施企业的经济利益，甚至关系到“合同能源管理”项目的成败！

目前见到的变频调速节能改造项目的节能计算多有偏颇不实之处，这主要是缺乏理论指导和实践经验，而教科书上又缺乏系统的内容，致使大家各行其是，无所适从。当然也不排斥有些节能厂商为了推广其节能产品而误导用户，故意夸大节能效果；但是更多的则是由于没有掌握节能计算方法。

所以，根据长期以来从事风机、水泵、压缩机变频调速节能工程的实践，有责任将其总结成文，作为用户在节能改造时参考；同时也希望引起大家的讨论，以便形成共识。

第一讲 风机变频调速节能技术 概论

风机与水泵是用于输送流体（气体和液体）的机械设备。风机与水泵的作用是把原动机的机械能或其它能源的能量传递给流体，以实现流体的输送。即流体获得机械能后，除用于克服输送过程中的通流阻力外，还可以实现从低压区输送到高压区，或从低位区输送到高位区。通常用来输送气体的机械设备称为风机（压缩机），而输送液体的机械设备则称为泵。风机的主要功能和用途

风机按工作原理的不同，可以分为叶片式（又称叶轮式或透平式）和容积式（又称定排量式）两大类。叶片式风机又可以分为离心式风机、轴流式风机、混流式风机和横流式风机；容积式风机又可以分为往复式风机和回转式风机，而回转式风机又可用分为罗茨风机和叶氏风机。

风机除按上述工作原理分类外，还常按其产生全压的高低来分类：

(1)通风机：指在设计条件下，风机产生的额定全压值在98Pa～14700Pa之间的风机。在各类风机中，通风机应用最为广泛，如火力发电厂中用的各种风机基本上都是通风机。

(2)鼓风机：指气体经风机后的压力升高在14700Pa～196120Pa之间的风机。(3)压缩机：指气体经风机后的压力升高大于196120Pa以上，或压缩比大于3.5的风机。(4)风扇：指在标准状况下，风机产生的额定全压低于98Pa的风机。这类风机无机壳，故又称自由风扇。风机的性能参数

风机的基本性能参数表示风机的基本性能，风机的基本性能参数有流量、全压、轴功率、效率、转速、比转速等6个。(1)流量：以字母Q(q)表示，单位为（升）l/s、m/s、m/h 等。

(2)全压：风机的全压p表示空气经风机后所获得的机械能。风机的全压p是指单位体积气体从风机的进口截面1流经叶轮至风机的出口截面2所获得的机械能。风机全压的计算式为：

3p(p211v22)(p1v12)N/m2 22风机的全压等于风机的出口全压（出口静压和出口动压之和）减去风机的进口全压（进口静压和进口动压之和）。

(3)轴功率：由原动机或传动装置传到风机轴上的功率，称为风机的轴功率，用P表示，单位为kW。

P式中：Q——风机风量（m/s）；

P——风机全压(kPa)；

ηr——传动装置效率；

ηf——风机效率；

ηd——电动机效率。电动机容量选择：P3

Q.prf

Q.prfd

(4)效率：风机的输出功率（有效功率）Pu与输入功率（轴功率）P之比，称为风机的效率或全压效率，以η表示：

fPuQ.p PP(5)转速：风机的转速指风机轴旋转的速度，即单位时间内风机轴的转数，以n表示，单位为r/min（rpm）或s-1（弧度/秒）。

(6)比转速：风机的比转速以ny表示，用下式定义：

ny5.54nq

1.23/4(p) 作为性能参数的比转速是按风机最高效率点对应的基本性能参数计算得出的。对于几何相似的风机，不论其尺寸大小、转速高低，其比转速均是一定的。因此，比转速也是风机分类的一种准则。风机的性能曲线

图1所示为300MW火电机组离心式一次风机性能曲线，该风机为进口导叶调节，图中0为调节门全开位置，负值为调节门向关闭方向转动的角度；图中虚线为等效率线。图

2o所示为300MW火电机组动叶可调轴流式送风机性能曲线，图中虚线为等效率线，0代表设计安装角，负值为动叶片从设计安装角向关闭方向转动的角度，正值则相反。

由图

1、图2可见，风机性能曲线呈梳状，随着风门（动叶片）开大，风机的出口风量和风压都沿阻力曲线增大，其等效率曲线是一组闭合的椭元。这一点是与水泵的性能曲线不同的。

图

2、图4所示是典型的动叶可调轴流式风机的性能曲线。由图2可见，动叶可调轴流o 3 式风机叶片的安装角可在最小安装角到最大安装角之间从0～100％调节，随着叶片安装角的增大，风机沿阻力曲线方向风量和风压同时增大，反之则同时减小。100％锅炉负荷（B-MCR）

0时，叶片开度为70％左右，相对于安装角＋5；100％汽轮机负荷（THB）时，叶片开度为

065％左右，相对于安装角0；这两个点应在风机的最高效率区内。但是在锅炉设计时，由于无法精确计算锅炉风道的阻力曲线（图2中上面一条是双风机运行时的阻力曲线，下面一条则是单风机运行时的阻力曲线），因此所选用的风机性能曲线不能保证B-MCR点和THB点在高效区内，从而就降低了风机的运行效率，有时甚至可达20％～30％！轴流式风机叶片的安装角过大或过小，都会使风机的运行工况点偏离高效点，降低风机的运行效率。

为了将两种风机的性能进行比较，图5所示为定速轴流风机和离心风机性能曲线的重叠。由图5可见，离心式风机的最高效率在进口调节门的最大开度处，等效率线和锅炉阻力曲线接近垂直，效率沿阻力线迅速下降。能满足TB点（锅炉风机设计点），而100％MCR点（锅炉满负荷连续运行点）在低效率区，变工况时效率则更低，其平均运行效率比动叶可调的轴流风机要低得多。如采用转速调节，可将风门开到最大，使风机在高效区运行，而通过改变风机的转速达到控制风量的目的，风机将在很大的范围内维持高效运行，从而达到节能的目的。

而动叶可调的轴流式风机的等效率线与锅炉的阻力曲线接近平行，高效率范围宽，且位置适中，因而调节范围宽。锅炉设计点（TB）与最大连续运行工况点（100％MCR）相比，流量约大15％～25％，压力约高30％～40％。在满足锅炉设计点条件下，100％MCR工况点位于高效区，平均运行效率高，单风机运行时可满足锅炉60％～80％负荷。就运行效率而言，动叶可调的轴流式风机是除变转速调节外的风机最佳调节方式。

图1 某300MW机组离心式一次风机的性能曲线 图2 某300MW机组动叶可调轴流式送风机的性能曲线

图3 某600MW机组静叶可调轴流引风机的性能曲线 图4 某660MW机组动叶可调轴流式送送风机的性能曲线

图5 定速轴流风机和离心风机性能曲线重叠比较

如采用转速调节，可将风机的安装角固定在高效区，而通过改变风机的转速达到控制风量的目的，风机将在很大的范围内维持高效运行，从而达到节能的目的，但是由于这时的调速范围小，节能效果也就差。所以也可以将风机的安装角调到最大，这样虽然会降低一些运行效率，但是却大大增加了调速范围，而风机轴功率的下降是与转速的三次方成正比的，所以功率的降低远大于效率的下降，采用这种运行方式能取得更大的节能效果，详见下面具体工程案例的计算结果。风机拖动系统的主要特点

叶片式风机水泵的负载特性属于平方转矩型，即其轴上需要提供的转矩与转速的二次方成正比。风机水泵在满足三个相似条件：几何相似、运动相似和动力相似的情况下遵循相似定律；对于同一台风机（或水泵），当输送的流体密度ρ不变仅转速改变时，其性能参数的变化遵循比例定律：流量与转速的一次方成正比；扬程（压力）与转速的二次方成正比；轴功率则与转速的三次方成正比。即：

Hn2Pn3pn2Qn()()；；；()H'n'P'n'p'n'Q'n'风机与水泵转速变化时，其本身性能曲线的变化可由比例定律作出，如图6所示。因管

＇＇路阻力曲线不随转速变化而变化，故当转速由n变至n时，运行工况点将由M点变至M点。

应该注意的是：风机水泵比例定律三大关系式的使用是有条件的，在实际使用中，风机水泵由于受系统参数和运行工况的限制，并不能简单地套用比例定律来计算调速范围和估算节能效果。

当管路阻力曲线的静扬程（或静压）等于零时，即HST=0（或PST=0）时，管路阻力曲线是一条通过坐标原点的二次抛物线，它与过M点的变转速时的相拟抛物线重合，因此，＇＇M与M又都是相似工况点，故可用比例定律直接由M点的参数求出M点的参数。对于风5 机，其管路静压一般为零，故可用相似定律直接求出变速后的参数；而对于水泵，其管路系统的静压一般不为零，故对于每一个工作点，都要经过相似折算后，才能用比例定律的三个公式求出变速后的参数。

PH扬程P-qvP-q'vM'nMM'nn'HSTn>n'Mn'n>n'O

O

(a)

(b)图6 转速变化时风机（水泵）装置运行工况点的变化

（a）风机（当管路静压Pst=0时）

(b)水泵（当管路静扬程Hst≠0时），qvqv

作者简介

徐甫荣（1946-）男，1970年毕业于西安交通大学电机工程系发电厂电力网及电力系统专业，后在西安电子科技大学攻读硕士研究生。毕业后在国家电力公司热工研究院自动化所工作，任总工程师，教授级高工，现为深圳市科陆变频器公司工程技术总监，享受国家特殊津贴的专家。主要从事火电厂热工自动化和交直流电机调速拖动及节能技术的研究工作，在国内外各类学术刊物上发表论文五十余篇，专著“高压变频调速技术应用实践”等两本。

参考文献（略）