调节频率与风门测试风机性能的比较分析.doc

调节频率与风门测试风机性能的比较分析
常杰
（四川煤矿安全监察局安全技术中心，成都 610045）
摘 要：矿井主要通风机是实现矿井通风的主要动力，是矿井通风系统的重要组成部分，其安全、高效、稳定的运行，对矿井安全生产具有较大意义。随着变频器在煤矿行业主通风机上的普及应用，给我们检测检验工作带来新的课题和研究方向。本文通过用变频器改变风机转速测定主通风机性能曲线和调节风门改变风机工况点测试主通风机性能曲线两种方法对比，以仁寿县天峨乡红光煤矿风机的测定为例。应用合理的测定及计算方法，进行相关参数的计算并绘制风机性能曲线图；通过对两种测定结果的对比分析得出能否利用改变风机频率来测定风机性能的结论。
关键词： 主通风机;性能曲线;变频风机;工况调节
中图分类号: 文章标志码: A 文章编号：
Comparative Analysis on Performance Curves of Main Mine Fan Tested by Changing Converter and Adjusting Air Door
CHANG Jie
(The Safety Technology Center of Sichuan Coal Mine Safety Supervision Center,Chengdu 610045,china)
Abstract:The main mine fan is the main driving force for mine ventilation; it is an important part of the mine ventilation system. With its safe, efficient and stable operation, it is significant for the mine safety. As the frequent application of converter to the main fan in coal mining industry, new project and research direction are brought up for our inspection work. This paper takes it as an example the data tested in Hongguang mine of Tianer town, Renshou county. Through the comparison between the performance curve of main mine fan tested by using converter to change the fan speed and that by adjusting air door to change fan operating point, and applying proper testing and calculating method, the paper comes to a conclusion that testing fan’s performance curve by changing fan frequency is not workable.
Key Words: main mine fan performance curve frequency conversionfan  adjustment
0.引言
变频器以特有的节能优势在煤矿行业得到普及应用，变频器节能主要表现在风机的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低风机的转速即可满足要求。
目前，越来越多的煤矿把变频器应用到煤矿的主通风机上面，在我们对煤矿主通风机性能曲线进行测定时，是否可以利用变频器调节风机的转速来进行风机性能曲线测定，测定出来的曲线能否反映出风机的工况特性。基于这两点疑问，对同一台风机采用改变频率和调节风门两种方法进行实验。
1.现场情况及测试过程：
经仁寿县天峨乡红光煤矿同意，我们对该矿的1#主通风机进行两种方法测定通风机性能。该矿有两台FBCDZNO.18轴流式通风机，通风机额定风量1800-5000m3/min，通风机额定风压500-1900Pa，电动机额定功率2×200kW，叶片安装角为-10°单级运行，本次测试为不停产测试。测试过程由组长统一指挥，专人负责测试项目，严格按照《煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范》AQ 1011-2005、《煤矿安全规程》的规定进行。
风机性能曲线测定主要使用仪器
序号
名称
规格型号
数量
所测参数
1
2
3
4
光电转速表
钢卷尺
电机经济运行测试仪
通风机综合性能测试仪
DM6234P+
5m
DJYC
TF-3
一台
一个
一台
一台
转速
断面规格
电机功率
风量、静压、全压、速压、温度、湿度、大气压力
2.测试方案：
方案一：把变频器的频率调整50Hz、43Hz、36Hz、29Hz、22Hz、15Hz。在每个工况点进行测定风量、负压、功率、大气压、温度、湿度。特别注意，对于DJYC型电机经济运行测试仪，变频后的高次谐波及输入电动机的三相电流向量和不为零对仪器的影响很大，导致仪器蓝屏、闪屏、功率因数变化大等情况。解决的方法是：仪器的电源要远离变频器的输入端取220V电源，测量时在变频器的输出端或电机的输入端测试。
方案二：利用风机自带的电动风门，把风门平均6等分，由全开到接近全关闭进行测，在每个工况点进行测定风量、负压、功率、大气压、温度、湿度。
3. 测试结果：
方案测试结果（表格 1）
现场测试状态下数据
测点序号
温度
t/℃
相对湿度Ф/%RH
大气压力
P0/kPa
相对静压
Px/Pa
风速V/m.s-1
电机输入功率Pr/kW
电机效率ηd/%
空气密度ρ/Kg.m-3
1
2
3
4
5
6
24.60
24.60
24.60
24.60
24.60
24.60
78.4
78.4
78.4
78.4
78.4
78.4
91.1
91.1
91.1
91.1
91.1
91.1
360
310
250
180
110
7
6.10
5.40
4.40
3.40
2.10
1.20
62.28
52.18
43.27
35.38
20.11
10.03
91.22
91.26
91.21
89.16
89.31
89.31
1.06
1.06
1.06
1.06
1.06
1.06

换算到标准状态下数据
测点序号
风量
qvf/m³s-1
静压
ptf/Pa
全压
psf/Pa
轴功率
Paf/kW
静压功率Ptf/kW
全压功率Psf/kW
静压效率ηtf/%
全压效率ηsf/%
1
2
3
4
5
6
51.16
51.5
45.69
40.42
29.10
22.58
250.1
294.23
308.17
311
288.94
368.24
267.15
311.5
321.76
321.64
294.45
371.56
64.74
79.76
85.22
102.15
92.02
114.84
12.8
15.15
14.08
12.57
8.41
8.31
13.67
16.04
14.70
13.00
8.57
8.39
19.8
19
16.5
12.3
9.1
7.2
21.1
20.1
17.3
12.7
9.3
7.3
测风断面8.37m²；测压断面 3.14 m²；扩散器出口断面9.6m²
方案二测试结果（表格 2）
现场测试状态下数据
测点序号
温度
t/℃
相对湿度Ф/%RH
大气压力
P0/kPa
相对静压
Px/Pa
风速V/m.s-1
电机输入功率Pr/kW
电机效率ηd/%
空气密度ρ/Kg.m-3
1
2
3
4
5
6
24.60
24.60
24.60
24.60
24.60
24.60
78.4
78.4
78.4
78.4
78.4
78.4
91.10
91.10
91.10
91.10
91.10
91.10
370
420
440
580
720
960
5.93
6.14
5.82
5.02
5.02
1.56
59.41
62.41
88.55
105.37
105.37
108.71
91.32
91.62
91.65
91.95
91.95
91.04
1.06
1.06
1.06
1.06
1.06
1.06
换算到标准状态下数据
测点序号
风量
qvf/m³s-1
静压
ptf/Pa
全压
psf/Pa
轴功率
Paf/kW
静压功率Ptf/kW
全压功率Psf/kW
静压效率ηtf/%
全压效率ηsf/%
1
2
3
4
5
6
49.53
51.34
48.86
42.23
42.23
13.14
268.08
314.62
356.54
556.71
718.57
1097.52
284.05
331.78
372.08
568.32
730.18
1098.64
61.08
64.60
92.85
111.70
111.87
114.93
13.28
16.15
17.42
23.51
30.35
14.42
14.07
17.03
18.18
24.00
30.84
14.43
21.7
25.0
18.8
21.1
27.1
12.6
23.0
26.4
19.6
21.5
27.6
12.6
测风断面8.37m²；测压断面 3.14 m²；扩散器出口断面9.6m²

方案一性能曲线图1 方案一性能曲线图2
4.结果分析：
从表1可以看出在整个调节工况的过程中随着频率的降低，功率、转速、风速、风量、风机静压、风机全压也成比例下降。通过表1、表2、图1、图2的对比分析得到如下结果：
两种方案对比分析（表3）
参数
测量方法
定频调节风门测试
改变频率测试
频率
不变
由大到小
转速
变化很小
由大到小（变化很大）
风量
由大到小
由大到小
静压
由小到大
由大到小
动压
由大到小
由大到小
全压
由大到小
由大到小
轴功率
由大到小
由大到小
通过表3可以得出，通过改变风机电压频率来测试风机性能曲线显然不符合通风机空气动力特性，究其原因，变频器原理是先把交流转换成直流，再把直流转换成交流(转化后交流电频率发生变化)。然后供给工作电机，进而改变工作电机的额定功率，使工作电机做的功发生变化，从而实现不同工况下的所需功率，达到节约能源的目的。如果改变工频电源的频率，电动机的额定功率也随之改变，测量的基准也就发生变化。
5.结论：
通过对同一台风机进行两种方法测试，得出完全不同的两种曲线，显然变频调节转速的方法不能作为主通风机的性能曲线测试方法。但是，变频风机在减小启动电流对电网的冲击、调节用风量、节能等方面有着独特的优越性。
参考文献：
[1] 煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范AQ 1011-2005[S]；
[2] 窗体顶端
[2]贺秋冬.矿用对旋轴流式主通风机的现场性能测试[J].煤矿机械,2003,(11):37-391003；
[3] 程根银 张景刚 徐庄煤矿主要通风机性能测定及分析研究[J]，中国安全科学报，2010，20（2）：104-109；
[4] 徐伟专,董行健 ，方宏 浅谈变频电机试验的功率测量[J]，电机与控制应用，2009,36（12）：39-63。
作者简介：常杰（1985.02---），甘肃省镇原县人，本科，助理工程师，四川煤矿安全监察局安全技术中心矿检所。从事安全生产检测检验工作。Email，通信地址：四川省成都市武侯区武兴4路16号，邮编：610041