变频调速技术在矿用对旋轴流式通风机的节能应用与分析.doc

变频调速技术在矿用对旋轴流式通风机的 节能应用与分析 摘 要：针对矿用对旋轴流式通风机的工作特性，应用异步电动机变频调速原理，通过分别改变两台电动机的运行频率，实现风机两级动叶干涉性调速的最佳流动匹配，进而对通风机运行工况进行随机合理调节，满足矿井风量、负压需求，减小通风机运行功率，达到通风机的最佳节能效果。 一、引言 主扇风机是矿山企业为矿井送风的一种主要设备。设备性能的优劣，直接影响着矿井的安全生产和经济合理运行状况。由于轴流式通风机具有高效、高压、低噪音，且土建安装工程费用较低等优点，已逐渐被大中型矿山企业所采用。但由于传统研发的局限性和设计、选型、调试等综合管理等因素，致使矿山企业风机类设备效率低、能耗高、“大马拉小车”的现象较为普遍存在。通过吸取前人对对旋轴流式通风机的研究成果，结合变频技术的特点，进行了节能性应用分析，仅供同行商榷。 二、对旋轴流式通风机的发展和主要研究成果 矿用对旋轴流式通风机属叶轮机械。所谓“对旋”的概念，是指两个叶轮以互为相反的旋转方向旋转。它是依据一元相似理论和相关流体力学原理为基础进行设计和研发的。对旋轴流式叶轮机械的研究与应用经历了几十年的发展过程，取得了丰硕成果。早在上个世纪三十年代，对旋轴流式通风机已被人们所悉知。设置在ONERA(法国国家航空研究局)的大型风洞，利用两台55000马力的水轮机作为动力所进行的风洞试验。得到了转速在100—240转/分的综合特性曲线。同时，相继获得了前置叶轮不同转速的特性曲线和相对功率消耗曲线[1]。 二十世纪九十年代，我国对对旋轴流式通风机的研究也十分活跃，其研究的重点主要是新型高效率、低噪音的优化设计及流场计算分析等。随着理论设计和实际应用的不断深化，使我们找到了对旋轴流式通风机两级动叶的风压特性、风量特性和功率特性的气能特性规律，具体成果如下： 1、对旋轴流式通风机因为没有静叶不存在静叶损失[2]，因此其通风效率比普通风机要高。 2、对旋轴流式通风机有较大的逆向送风能力，其一般可达70％—80％，而普通风机的逆向送风能力仅为30％—40％。 3、根据不同的风压、风量要求，对旋轴流式通风机可采用前置叶轮、后置叶轮同时运转；前置叶轮运转，后置叶轮停止：后置叶轮运转，前置叶轮停止。这三种运行方式(但试验中后两种运行方式效率偏低，噪音也效高，一般不宜采用)大大拓宽了实际应用范围[3]。 4、对旋轴流式通风机的压力一风量特性曲线较陡，因此较小的风压变化，即可得到较大的风量变化，较好的满足实际风量的需求。 5、在实际应用中，由于矿井管网特性的变化，致使对旋轴流式通风机的运行工况逐渐偏离设计工况。通过对实际运行中有关数据的分析得知：后置叶轮的气动负荷要比前置叶轮的气动负荷较大，且前置、后置两级叶轮的功率特性也发生了相应变化。 6、在保持前、后两级叶轮工况特性在高效区运行的前提下，因为前置叶轮为预扭型，后置叶轮为后扭型，前置叶轮的风压一风量特性相对于前置叶轮的风压一风量特性较陡。因此，前置叶轮的安装角度的变化主要影响风机风量特性的变化;后置叶轮安装角度的变化主要影响风机的风压特性的变化。同理：在前置、后置两级叶轮安装角度(预设)不变的情况下，前置叶轮转速的变化主要影响对旋轴流式通风机风量特性的变化；后置叶轮转速的变化主要影响对旋轴流式通风机风压特性的变化。其转速比、功率比大致在1.07—1.68之间，也可获得较大范围的高效运行区(约为10％)。 7、采用双电机双端驱动方式，有利于根据矿井实际风压、风量需求和矿井管网特性随机进行调整，使对旋轴流式通风机能够保持较为安全合理的经济运行状态。 综上所述：对旋轴流式通风机前置叶轮和后置叶轮的结构较为紧凑，但其驱动结构过程特性较为复杂。前置叶轮和后置叶轮合理的轴向间隙和径向间隙，两级叶轮转速的最佳合理匹配，不仅影响到机器的噪音程度，同时还对对旋轴流式通风机压缩性、失速裕度、运行效率，对旋级压升、风压一风量的综合气动特性有着最关键的影响因素，这就为我们提供了探讨和研究新的调速方式，改善综合性能提供了较为可靠的理论依据。因此我们试想运用变频调速技术对旋轴流式通风机前置叶轮和后置叶轮进行干涉性运转以求实现高效、合理、节能的运行工况。 三、变频调速节能原理： 1、异步电动机的变频调速性能 根据电机学原理，交流异步电动机的转速公式； n= (1-s) （3—1) 式中：n——电机转速 s——转差率 p——定子磁极对数 f—电源频率 由上述公式得知，在保持p、s不变的条件下，若均匀的改变电源频率f，可以平滑的改变电动机的转速。 对风机进行调速控制属于减少空气动力的节电方法。它同