运用变频采调速对滤池反冲洗鼓风机控制的节能改造Word文档格式.docx

运用变频采调速对滤池反冲洗鼓风机控制的节能改造Word文档格式.docx

《运用变频采调速对滤池反冲洗鼓风机控制的节能改造Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运用变频采调速对滤池反冲洗鼓风机控制的节能改造Word文档格式.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

二、滤池反冲洗工艺状况：

滤池反冲洗是恢复和发挥滤池过滤功能的重要手段，滤池的效率完全依靠有效的清洗来实现。

反冲洗强度不足，导致滤池清洗不干净、滤池堵塞较快、产生泥球以至口影响过滤性能；

反冲洗强度太大，可能出现滤料层、承托层翻动，膨胀太高，造成跑砂、配水系统故障或漏砂现象。

因此，只有选择合适的反冲洗强度才能满足滤池反冲洗工艺要求。

净水厂v型滤池反冲洗工艺要求:

滤池满足反冲洗条件时，先进行气冲，再进行气水混合冲，后进行水冲，气冲强度的大小由鼓风机风量和风压的大小来控制，水冲洗的强度由反冲泵流量和扬程的大小控制。

三、鼓风机原有系统情况

1.设备配置我厂有陕西鼓风机厂生产的型号c60-1.5型轴向导流、多级单吸离心式风机二台，一用一备：

进口风量60m3/min、进口风压1Mpa、出口压力1.5Mpa。

匹配电机型号：

Y280S-2型异步电动机，额定功率为75kw，额定电流140A、额定电压380V、频率50Hz、转速2970r/min，三角接法，B级绝缘。

采用全压直接启动接触器控制，原主电路及控制电路如下图。

2.鼓风机系统工作原理简述

鼓风机系统中有三个以其配套的电动阀门：

分别是进风阀、出风阀、回风阀。

初始状态进风阀和出风阀关闭，回风阀打开，电机空载起动；

电机开启后，依次打开出风阀和进风阀，待两阀门开到位后，关回风阀，待回风阀关到位后，风机开始正常送风。

鼓风机的风量和风压是靠人工手动调节电动阀门的开度来实现，电机正常送风阶段一直在全压全速运行。

四、提出问题

1.在冲洗滤池时，工艺要求反冲洗的强度为14-17/，只需鼓风机进风阀开到阀门全程的1/2就能满滤池反冲洗工艺要求。

鼓风机富余的功率白白消耗在阀门上,降低电机效率。

没有与电脑控制的滤池的进出水阀及气冲阀配起来。

2.生产工艺要求需二个冲洗强度为最佳，鼓风机的风量的调节是通过人工手动调节进风阀的开度来实现,未能满足工艺要求。

风机从启动到正常运行靠控制电动阀门的开关来实现，相关设备多，故障率高。

3.电机全压直接起动，起动电流很大，对电网有冲击，尤其对风机的连轴器、轴承造成严重机械磨损。

五、对提出问题的分析

（一）从节能的角度

1、变频调速的基本原理

根据异步电机的转速公式n＝60f（1－s）／p，要调节电动机的转速，只有通过改变同步转速来实现。

由n0=60f／p可知，一是通过改变磁极对数p来实现调速，但是这种方法的缺点是调节是有级的，且极数很少，电动机的效率将降低。

二是通过改变定子电源频率f来实现调速。

由no=60f/p可知，当频率连续可调时，异步电机的同步转速n0也连续可调，因为电机的转子转速nm总是比同步转速n0略低些。

所以，当n0连续可调时，nm也连续可调。

由于异步电动机的同步转速n0与电源频率成正比，所以改变电源频率就能改变同步转速n0，从而实现调速，这就是变频调速。

即将工频50Hz的交流电输入变频调速器，通过整流、储能元件、逆变器等，变换成频率连续可调的三相交流电流，控制电动机的转速，又根据交流电动机转矩公式：

T=CΦT2＆∮2可见T与∮、I成正比，又U＝E1=C1F1∮则∮＝E1/F1=U1/F1

要满足电动机的输出转矩不变，就要维持U1/F1为一定值，由此，变频调速也称为VVVF调速方式。

2、鼓风机变频调速节能原理分析

1、进风阀门开度为100％时的管网阻力特性曲线

2、进风阀门开度为70％时的管网阻力特性曲线

3、转速为额定转速n2（f=50Hz）时的风机特性曲线

4、转速为转速n（f=40Hz）时的风机特性曲线

风机的设计工作流量为60m3/min，系统在这一流量下的工作点A点，阀门开度为100%，因满足滤池一定的气冲洗强度的工艺要求，风机工作流量须保持Q1=38.8m3/min。

原糸统采用了将进风阀门调节在70%位置的方法，这样相当于增加了风机管道阻力，使管道阻力曲线由1升至2，糸统工作点由A点转到B点运行。

从图上看出此时风机进出风压力差由H上升到H1，此时电机输出轴功率P1与BHOQ成正比，采用变频调速后，电机转速由ne至n1在转速下的特性曲线为3，系统工作点由B点转列C点，可见在满足同样流量Q1的情况下，风机进出风口压力差由采用阀板节流时的H1下降到H2，由于出风口压力保持不变，因而进出风口压力差的变化就是风机进风口压力变化的反应，此时电机输出轴功率P2与CH2OQ1成正比，采用变频调速后节约的轴功率∠P与BH1H2C面积成正比。

若将采用阀板节流时风机消耗的电能表示为：

W1=KH1Q1，采用变频调速比阀板节流节省的电能为：

W1-W2=K（H1-H2）Q1=KQ1^H

在相同出口压力、相同流量Q1下的节电率为:

r=（W1-W2）/W1=KQ1^H/KH1Q1=^H/H1

由此可见,取消阀板调节,采变频调速,是一种行之有效们节能措施.

（二）从工艺要求

工艺要求保正在冲洗初期有足够的强度冲开较脏的滤料层,在该强度下运行一个时间段后,下降到下一个速度运行,使此时的气冲强度正好满足工艺要求.采用变频调速的多段速度控制正好满足工艺要求.

（三）从起动过程看

由于电机直接起动，起动电流高达额定电流的4~7倍，将对电网形成冲击，引起电压波动，对接触器主触头造成损坏。

快捷的起动，常常对机械形成冲击，缩短机械传动轴、轴承的使用寿命。

还有与鼓风机配合的三个电动阀门控制复杂，故障率高，维修量大。

采变频调速后，由于其输出频率可以从很低频率开始，实现了软起动，有效地降低起动电流，减少对电网、电机、接触器的冲击。

延长机械传动部分的使用寿命，取销了与鼓风机配合的三个电动控制阀门，减少大量维修工作量。

通过上述三方面分析可见，鼓风机采用变频调速控制，在企业节能中将具有明显的经济效益和社会效益。

六、解决问题

1．改造后的系统示意框图

由下图可见，鼓风机的变频调速系统采用二段速度控制，与计算机联结形成完善的自动化控制，风机的风压与风量的调节通过改变风机的转速实现，满足工艺要求。

2、变频器调速的多段速度控制

通过变频器键盘操作，设置参数从端子选择运行/停止,由变频器内部提供15V电源接到9号端子,由冲洗滤池的工况决定第一速度段的输出频率（50HZ以下）接到16号端子,第二段速度频率（40HZ以下）接至端子8。

鼓风机变频调速糸统就是根据多段速度的控制作用,自动调整变频器的输出频率的高低,以此来调整电动机的转速。

3．变频器选择

1）鼓风机配置的电动机为Y280S-2,功率为75KW、频率为50Hz、额定电压380V、额定电流140A、转速2970r/min。

我们选用了二台西门子ECO变频器

该变频器主要技术参数:

可变转矩负载能力为75KW、负载电流为140A、输入电压380-415V、3相、频率50Hz、最大输出为380-460V、其电子热继电器可调范围20%-120%变频器额定电流,频率可调范围0-400Hz。

频率设定方式：

操作面板、电位器、电压全信号（0-10）、电流信号（4-20）。

该变流器有如下技术特点:

该变流器是全数字电压型IGBT功率器件模块化结构通用糸列标准产品,可实现转矩限定、转矩提升、转差补偿控制、瞬间电源故障后的平稳恢复、自动加速/减速控制,自动节能运行,并有高可靠的保护和错误分柝、诊断、显示等功能

2）变频器调速的多段速度控制

通过变频器键盘操作，设置参数从端子选择运行/停止,由变频器内部提供15V电源接到变频器9号端子,由冲洗滤池的工况决定,设置第一速度段的输出频率信号（50HZ以下）从变频器16号端子输出,与中间继电器KA1的常开触点连按,再与变频器9号端子连按,完成第一速度段控制。

设置第二段速度频率信号（40HZ以下）从变频器8号端子输出,与中间继电器KA2的常开触点连按,再与变频器9号端子连按,完成第二速度段控制。

3、改造后的电路设计

本采统的电路设计是：

由于与计算机联接形成自动化控制，结合变频器的控制特点，取消了与鼓风机配合的三电动阀门的控制电路，轴承的温控和故障报警引至计算机控制，改造后的电路简单明了，同时满足控制要求。

见图10所示改造后的主电路及其控制电路。

（1）主电路

由图10可见，接触器KM用于将电源接至变频器的输入端，将变频器的输出端接至电动机。

（2）控制电路

由图10可见运行方式由三位开关SA进行选择.

手动控制：

当SA合至”手动”运行方式时,按下起动按钮SB2,接触器KM得电吸合,将工频电源按到变频器输入端,并允许电动机起动。

按下SB4,中间继电器KA动作并自锁,进而使中间继器KA1和时间继电器KT得电吸合,电动机开始升速,进入”变频运行”第一段速度控制,60秒后KT常闭触点延时断开,KA1失电，结束第一段速度控制，同时KT常开触点通电延时闭合，中间继电器KA2得电吸合，变频器进入第二速度运行，冲洗时间到，按下SB3，KA失电，变频器停止运行。

按下SB1，接触器KM失电，风机手动操作完毕。

自动控制：

将SA合至“计控”运行方式，当滤池的冲洗条件满足，由中央控制室的计算机系统向鼓风机系统发出控制指令信号，PC触点闭合，接触器KM得电吸合，将工频电源接到变频器输入端,并允许电动机起动。

当变频器起动条件满足，计算机控制的指令触点闭合，中间继电器KA动作，进而使中间继器KA1和时间继电器KT得电吸合,变频器进入第一段速度段运行，电机开始升速并在设定的频率范围运行，60秒后KT常闭触点延时断开,KA1失电，结束第一段速度控制，同时KT常开触点通电延时闭合，中间继电器KA2得电吸合，变频器进入第二段速度运行，根据工况要求由计算机设定的冲洗时间到，控制变频器的计控触点断开KA2失电，变频器停止运行，鼓风机自动控制结束。

4变频器的外部接线

六、变频器调速系统的安装与调试

1.系统安装

变频器是一台全电力半导体设备,由于它对环境及其按线要求较高.结合我厂风机房的实际情况,我们将原来三个电动阀门的主控制电路取消,在原处合理布局空气开关、接触器、变频器,使变频器竖立安装柜内左侧,空气开关和按触器在柜右侧,从而使安装环境、散热效果、维护方便性都较为理想。

1）主电路线径的选择安装

电源与变频器之间及变频器与电动机之间的导线,采用与原主电路相同截面积的120mm2铜导线安装。

变频器的R、S、T三端通过接触器KM接入断路器QF后的三相交流电源,变频器的U、V、W三端与电动机相接。

2）控制线路的选择安装

控制线路的接线主要是开关量控制线,由起动、停止、速度调整等控制组成的开关量控制线,由于开关量的抗干扰能力较强且接线距离近,故没有使用屏蔽线。

只采用普通的1.5mm2的绝缘软铜线。

变频器、电动机的接地线（16mm2）接到同一点上。

2.系统调试

在调试过程中,我们以滤池反冲洗工艺对气冲强度的要求为依据制定调试方案,具体步骤如下：

1）按说明书的要求不带电机对变频器检查,对各项功能和数据进行设置和更改。

2）带上电动机进行带负载调试。

先把鼓风机起动,运行到正常转速,然后逐步把进风阀门打开。

缓慢减小电机输入电压频率,观察风量、风速、电流的变化,调到达列工艺要求的数据标准为止。

反复进行多次,确定调速的频率范围。

2）变流器的主要参数设置：

（1）频率上限、下限设定。

最高频率设定为43Hz,即电机最高转速限制在2550r/min以内,以防风机风量过大造成跑砂、滤板损坏等问题。

最低频率设定为28Hz，即风机启动时，频率由零迅速上升到28Hz，电机转速线性增加到对应的转速。

避免了因频率过低，启动时间长，启动转矩不足的问题。

（2）加速、减速时间设定。

在启动变流器后，观察加速过程中的输出电流，若出现电流过大，则延长加速时间，反之缩短加速时间；

在停止变流器运行后，观察减速过程是否出现直流电压，若出现，则延长减速时间，否则可缩短减速时间。

根据现场试验，设定加速、减速时间为30秒。

（3）加速/减速方式设定。

由于采用步速度运行，所以按要求选择了线性加速/减速方式C-0。

（4）多步速度设定。

根据冲洗工艺的要求，设定第一速度的运行频率为40Hz，以保正在冲洗初期有足够的强度冲开较脏的滤料层，在该速度下运行1分钟后，下降到第二速度运行，其对应频率为36Hz，使此时的气冲强度正好满足工艺要求。

（5）电动机极数设定电。

电机极数为2，设定该参数是为了能监视电机的同步转速和负载机械的转速。

七、改运后效果分析

在变频调速装置运行前后，针对鼓风机在相同负载下的运行造情况，我们做了一些对比性的测试工作。

（见表2）

1能保持鼓风机的流量稳定在反冲洗强度要求的一定范围内，滤池反冲洗时的跑砂率减少，形成的气泡均匀，冲池的效果提高。

2使用变频器后，鼓风机实现了软起动，不会出现冲击电流，延长接触器、电动机、风机连轴器、轴承的使用寿命，节省维修成本。

同时与电脑控制系统联结，提高了自动化程度，反冲洗滤时气冲强度调节方便，减轻了工人的劳动强度，节约了电能和相关费用支出。

3节电效果：

鼓风机采用变频调速控制后，通过（外挂电表）与原抄表30天记录比较看（改造前日平均数350KWh,改造后日平均数275KWh）,节电率为21.4%,其节电效果是非常明显的,从回收投资的角度讲,大约1.4年时间即可收回投资（设备购置费3.75万元）,以后每年可为本厂节省电费支出27300元。