軸流壓縮機(jī)變頻節(jié)能改造技術(shù)及實(shí)例研究

【摘 要】目前，我國(guó)在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展較為迅速，很多先進(jìn)的生產(chǎn)方式被發(fā)明出來(lái)，而在工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，我國(guó)一直都致力于節(jié)能技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。目前軸流壓縮機(jī)變頻節(jié)能改造技術(shù)在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域被廣泛地研究，希望能在原有的基礎(chǔ)上縮減能耗。文章將會(huì)對(duì)軸流壓縮機(jī)變頻節(jié)能改造技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探討，并以實(shí)例對(duì)技術(shù)改造的實(shí)際效果進(jìn)行具體性說(shuō)明。

【關(guān)鍵詞】軸流壓縮機(jī) 變頻節(jié)能改造技術(shù) 實(shí)例研究

軸流壓縮機(jī)是能夠提供壓縮性氣體的一種透平機(jī)械設(shè)備，在我國(guó)的冶煉、石油、化工等領(lǐng)域具有著重要的地位。但是軸流壓縮機(jī)在使用的過(guò)程中很有可能會(huì)出現(xiàn)能耗過(guò)大的現(xiàn)象，因此需要對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行改造。目前使用的改造方式并未考慮到轉(zhuǎn)速對(duì)壓縮機(jī)本身的影響，節(jié)能效果不算理想。所以，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，需要繼續(xù)對(duì)軸流壓縮機(jī)的變頻節(jié)能技術(shù)進(jìn)行改造，爭(zhēng)取達(dá)到理想化效果。

一、軸流壓縮機(jī)變頻節(jié)能改造技術(shù)的改造原理

在滿(mǎn)足工藝基礎(chǔ)性要求的前提下，對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)的特性曲線變化以及喘振線的相關(guān)要求進(jìn)行考慮，在保證鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的情況下，進(jìn)行變頻控制，同時(shí)通過(guò)計(jì)算軸流壓縮機(jī)自身的性能指標(biāo)，運(yùn)用壓縮機(jī)通流改造、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速改變、靜葉角度調(diào)節(jié)等手段，對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，從而減少鼓風(fēng)機(jī)的防風(fēng)量與管道的外網(wǎng)阻力。經(jīng)過(guò)改造后能夠有效地提高壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，減少電流損失，最終達(dá)到節(jié)能的目的。

二、節(jié)能改造的技術(shù)核心

（一）氣動(dòng)性能

當(dāng)軸流壓縮機(jī)被改造之后，其性能將會(huì)發(fā)生大幅度的改變，這就需要對(duì)壓縮機(jī)的各項(xiàng)性能進(jìn)行改造。其中，改造后的壓縮機(jī)在氣動(dòng)性能上具有如下要求：第一，滿(mǎn)足裝置在流量與壓力上的要求；第二，減少放少損失；第三，嚴(yán)格保證喘振裕度的安全性；第四，保證效率高、能耗??；第五，保證流量調(diào)節(jié)范圍的寬廣性。在壓縮機(jī)改造時(shí)，轉(zhuǎn)速的變化將會(huì)對(duì)性能起到一定程度的影響，一般情況下會(huì)依據(jù)壓縮機(jī)本身的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)通流部分進(jìn)行系統(tǒng)改造，當(dāng)改造完畢后需要對(duì)機(jī)組性能的有效率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算。

（二）轉(zhuǎn)子力學(xué)性能

1.轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度以及臨界轉(zhuǎn)速。在設(shè)計(jì)改造方案時(shí)，必須要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)通流部分進(jìn)行節(jié)能改造的時(shí)候，要保證在改造之后能夠滿(mǎn)足高爐工藝的具體要求，而且要對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子強(qiáng)度以及臨界轉(zhuǎn)速等變化進(jìn)行重新校準(zhǔn)與核實(shí)。值得注意的是，在改造完成之后一定要將機(jī)組的實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速設(shè)置在壓縮機(jī)規(guī)范的安全裕度之內(nèi)。

2.葉片的安全性。一般來(lái)講，軸流壓縮機(jī)屬于高速旋轉(zhuǎn)類(lèi)機(jī)械，動(dòng)葉是懸臂梁結(jié)構(gòu)，機(jī)器在運(yùn)行時(shí)葉片由于振動(dòng)會(huì)帶來(lái)一定的危險(xiǎn)性，因此需要嚴(yán)格把握葉片本身的安全性。在改造時(shí)，通常會(huì)選擇改造機(jī)組的實(shí)際轉(zhuǎn)速，改變轉(zhuǎn)速就等同于改變機(jī)組內(nèi)部的固有激勵(lì)頻率，只要機(jī)組內(nèi)部的固有激勵(lì)頻率同葉片本身的低倍頻動(dòng)頻一起落在同一個(gè)區(qū)域，那么葉片就一定會(huì)出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)完成之后，需要讓壓縮機(jī)在一定轉(zhuǎn)速的范圍之內(nèi)運(yùn)行，在確定最終轉(zhuǎn)速時(shí)一定要考慮機(jī)組本身的節(jié)能情況，并且要對(duì)強(qiáng)度等方面進(jìn)行嚴(yán)格的校核。同時(shí)，為了讓機(jī)組的節(jié)能效果最大化，還需要對(duì)葉片的強(qiáng)度進(jìn)行他校核，甚至需要對(duì)一些葉片采取修頻處理。

3.喘振控制。在對(duì)軸流壓縮機(jī)的性能進(jìn)行節(jié)能改造的過(guò)程中，喘振曲線一定會(huì)隨之發(fā)生變化，這就必須要對(duì)防喘性能曲線進(jìn)行新一輪標(biāo)定。一般來(lái)講當(dāng)喘振曲線出現(xiàn)變化的時(shí)候，要在系統(tǒng)控制中心進(jìn)行重新設(shè)定，從而保證壓縮機(jī)能夠在安全的環(huán)境下運(yùn)行。

三、實(shí)例論證

以我國(guó)某鋼鐵公司進(jìn)行的變頻節(jié)能改造為例，通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證改造后的節(jié)能效果，并系統(tǒng)分析我國(guó)改造存在的主要問(wèn)題：

（一）改造的整個(gè)流程

1.軸流壓縮機(jī)的改造方案。第一，需要將軸流壓縮機(jī)增加至十二級(jí)預(yù)留動(dòng)葉，目的是提高風(fēng)機(jī)的壓力與安全裕度，進(jìn)而將放風(fēng)閥關(guān)閉。第二，適當(dāng)增加變頻器，將風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降到7032r/min（48.5Hz），從而降低風(fēng)量，減少壓力裕度，讓壓縮機(jī)始終保持高效運(yùn)轉(zhuǎn)。第三，在對(duì)變頻故障進(jìn)行分析時(shí)，需要將其切換到工頻之下再運(yùn)行，這就需要對(duì)加級(jí)之后的工頻工礦性等進(jìn)行統(tǒng)一核算。第四，在工頻以及變頻工況環(huán)境下的轉(zhuǎn)子強(qiáng)度和臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行校準(zhǔn)、核實(shí)，保證壓縮機(jī)能夠在這兩種工況下正常使用。

2.系統(tǒng)控制相關(guān)方案。在原有的基礎(chǔ)上增加變頻控制軟件包，軟件包包含防踹振變頻控制軟件以及工頻運(yùn)行切換軟件，只要變頻出現(xiàn)故障，能夠保證及時(shí)切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行；添加工頻運(yùn)行以及變頻運(yùn)行的相關(guān)程序，保證二者相互切換；增加控制系統(tǒng)與變頻器之間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)；在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，測(cè)試風(fēng)機(jī)的喘振性能，同時(shí)將兩次測(cè)試的結(jié)果放到程序中進(jìn)行控制。

（二）節(jié)能效果

在實(shí)際的工程中，改造之前需要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集到的軸流壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)，從而計(jì)算得出壓縮機(jī)的實(shí)際軸功率，之后對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行改造，再得出另一組參數(shù)數(shù)據(jù)，并計(jì)算得出改造之后的軸功率，將二者放在一起進(jìn)行比較，即可得到具體的節(jié)能量。當(dāng)改造完成后，機(jī)組可以投入到運(yùn)行當(dāng)中，在運(yùn)行時(shí)需要采集現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的實(shí)際輸出功率，依據(jù)輸出功率計(jì)算機(jī)組的具體節(jié)能效益。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，本次實(shí)際節(jié)能的效果如下：電機(jī)運(yùn)行電流在改造前為362/A，改造后為330/A；電機(jī)運(yùn)行電壓在改造前是10.27/KV，改造之后是10.49/KV；電機(jī)的實(shí)際輸出功率在改造前世5563/KW，改造之后為5180/KW；最終的節(jié)能率為6.88%。

（三）改造出現(xiàn)的問(wèn)題與不足

第一，在對(duì)軸流壓縮機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)需要引入功率較大的變頻器，這使得后續(xù)的變頻節(jié)能改造出現(xiàn)較大的困難，例如，改造完成后，壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)變頻器的實(shí)際頻率逐漸下滑，而且電機(jī)的振動(dòng)程度過(guò)大，定子的溫度過(guò)高等。

第二，在對(duì)軸流壓縮機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造時(shí)，由于壓縮機(jī)本身過(guò)于復(fù)雜，使得改造具有一定的風(fēng)險(xiǎn)與難度。除此之外，高爐的參數(shù)并不穩(wěn)定，這讓在改造初期計(jì)算得到的性能預(yù)測(cè)值、節(jié)能預(yù)算值具有一定誤差性。但是以上這些問(wèn)題，經(jīng)過(guò)研究與分析之后，已經(jīng)得到解決。

綜上所述，文章已經(jīng)對(duì)軸流壓縮機(jī)的變頻節(jié)能改造技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)化的分析與介紹，并結(jié)合實(shí)例對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行了說(shuō)明。通過(guò)研究讓我們知道軸流壓縮機(jī)在節(jié)能改造的過(guò)程中仍然會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題，這就需要相關(guān)人士在后續(xù)改造過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷提升水平，讓軸流壓縮機(jī)在最小能耗下發(fā)揮出最大的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫國(guó)琴.發(fā)電廠風(fēng)機(jī)、水泵變頻調(diào)速與液力耦合器調(diào)速運(yùn)行比較[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.

[2]李鐵軍，朱成實(shí)，葉龍.變頻技術(shù)在風(fēng)機(jī)節(jié)能中的應(yīng)用[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2008.