PDF《风机﹑泵类负载液力耦合器 调速与变频调速节能对比》

103 103 衡,且忽略不计的话,液力偶合器的输入?输出功 率可由下式计算: 电动机轴输出功率 P1=T1n1 (1) 式中:T1――电动机的输出转矩 n1――电动机的输出轴转速 液力偶合器轴输出功率 P2=T2n2 (2) 式中:T2――液力偶合器的输出转矩 n2――液力偶合器的输出轴转速 电动机的输出功率,即为液力偶合器的输入 功率,对于恒转矩负载T=T1=T2,所以, 液力偶合器的效率 : 在恒转矩负载下,液力偶合器的效率正比于 输出转速,损耗功率与转差损耗成正比,即: (4) 转差率可按下式计算: 则得: (6) 对于机械特性为平方转矩风机、泵类负载, 输出功率与转速的三次方成正比: 即: (8) 式中: P1――速度为n1时的电动机的输出功率,即 为液力偶合器的输入功率. P2――速度为n2(转差率为S)时的液力偶合 器的输出功率. 设电机侧(包含液力偶合器的输入轴拖动的 主动工作轮)效率为η1,电机的输入功率为: 若在η1=1的条件下,电机的输入功率 液力偶合器调速为低效的调速方式,调速过 程中消耗的转差功率为 (10) 由(4)式和(10)式可见,机械特性为平方 转矩风机、泵类负载,液力偶合器调速过程中消 耗的转差功率损耗比恒转矩负载损耗的功率要小 得多,这是因为平方转矩特性风机泵类负载,当 转速下降时,输出功率按转速下降速率的三次方 关系下降.

3 风机、泵类负载变频调速和液力偶 合器调速的耗能比较 假定风机、泵类负载没有节流装置调节,根 据风机特性的相似性原理和以上假设风机的输出的 风量在额定风量的65%-100%范围内变化,则风机 的转速也在额定转速的65%-100%范围内变化,由(10)式计算液力偶合器调速的耗能量如表1括弧 中所示,当转速为额定转速时,由公式(3)其效 率η2=100%等,这不符合液力偶合器效率最高为 95%的特性,因此对计算出的数据进行了修正. 变频器的效率一般为96%,所以变频器损耗 统一按4%计算.实际上,风机、泵类负载转速降 低时,变频器的效率有所提高. 液力偶合器调速 如表1所示. 由表1中可见,风机、泵类负载转速降低,液 力偶合器调速的耗能量在增加.

4 变频调速和液力偶合器调速的投资 比较 4.1 投资比较 一台1000kW风机、泵类负载的液力偶合器的 转速调节量(nN) S 液力偶合器调速耗能量(Pσ2) 变频调速耗能量 0.65 0.35 19.79%(14.79%) 4.00% 0.7 0.3 19.70%(14.70%) 4.00% 0.75 0.25 19. 06%(14.06%) 4.00% 0.8 0.2 17.80%(12.80%) 4.00% 0.85 0.15 15.84%(10.84%) 4.00% 0.9 0.1 13.10%(8.10%) 4.00% 0.95 0.05 9. 51%(4.51%) 4.00%

1 0 5%(0%) 4.00% 转速调节量(nN) 变频调速代替液力偶合器调速 的年节电量(kWh) 节电费(元) 0.65

1136880 568440 0.7

1130400 565200 0.75

1084320 542160 0.8

993600 496800 0.85

852480 426240 0.9

655200 327600 0.95

324720 162360

1 72000

36000 (3) (5) (7) (9) 表1 表2 变频调速节能和节电费比较表

104 104 价格为40万元人民币,一台1000kW的高压变频器 为80万元人民币,投资相差40万元. 4.2 节能比较 变频调速节能和节约的电费比较如表2所示. 用变频器取代液力偶合器调速,且调速范围在65%-100%额定转速时,节能量最大为 19.79%-4%=15.79%,但是,由于电动机的功 率很大(1000Kw),每天按24小时,每年按300 天计算,节电量仍非常可观.电费按每度0.5元计 算,年节电费最多为56.8万元.即使在额定转速 下运行,由于变频器的效率比液力偶合器高一个 百分点,年节电费最少也有3.6万元.在调速过程 中,风机不可能总是在0.65的额定速度下运转. 由于设计、选型方面的因素,15%余量是常见 的,那么,风机在0.85的额定速度下运转时所节 电费为42.6万元,在1年的时间内可补偿由于选用 变频器额而多花的40万元. 实际上,由于液力偶合器的效率最高为95%,由(3)式可知,液力偶合器调速起码损失 5%的转速,变频调速基本没有转速损失,因此, 用变频调速时,变频器的输出频率要适当下调, 调速就节能.对于机械特性为平方转矩风机、泵 类负载,转速的降低节能率大幅度提高,节能的 效益会更显著,投资回收的时间会缩短.