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摘要：著重探討了中功率段（220～1500kW）通風(fēng)機(jī)合理選擇其驅(qū)動(dòng)電機(jī)電壓等級(jí)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。提出了中等功率段通風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)速在目前階段比較適用的“獨(dú)立供電變壓器+低壓變頻器+低壓中功率電機(jī)&dquo;方案（高-低壓方案），并針對(duì)方案應(yīng)用低壓中等功率變頻器需要注意的周邊相關(guān)技術(shù)問(wèn)題作了簡(jiǎn)要說(shuō)明。   1  引言 中等功率等級(jí)的風(fēng)機(jī)（220～1500kW）應(yīng)用面很廣。其中很大一部分的風(fēng)機(jī)需要變工況運(yùn)行。以往由于電機(jī)調(diào)速手段的落后，風(fēng)機(jī)的變工況（流量、壓力）調(diào)節(jié)，主要采用出、進(jìn)口導(dǎo)葉擋板調(diào)節(jié)、液力耦合器調(diào)速、電磁滑差調(diào)速、串級(jí)調(diào)速和轉(zhuǎn)子回路串電阻等作為變工況運(yùn)行的調(diào)節(jié)措施，這些調(diào)節(jié)方式不是耗能嚴(yán)重，就是存在調(diào)節(jié)性能差、運(yùn)行可靠性低等缺點(diǎn)。近年來(lái)，交流變頻調(diào)速技術(shù)已日趨成熟，并已成為大多數(shù)風(fēng)機(jī)裝置設(shè)計(jì)、運(yùn)行人員的首選節(jié)能調(diào)速運(yùn)行方案。 作為一種高效調(diào)速節(jié)能技術(shù)手段，變頻調(diào)速方案在低功率段（220kW以下）風(fēng)機(jī)裝置中得到了日益廣泛的應(yīng)用，其主要得益于近階段交流低壓變頻技術(shù)的日益成熟和其性價(jià)的不斷提高，由此也給廣大用戶帶來(lái)的良好的節(jié)能收益回報(bào)。相比較而言，中功率段風(fēng)機(jī)由于我國(guó)電網(wǎng)配電電壓等級(jí)的單一性，加之用電端功率220kW以上電機(jī)電壓等級(jí)通常只有6kV或10kV可供選擇（3kV已逐步淘汰），這使得該功率段若采用變頻調(diào)速，只能采用對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)的高壓變頻裝置。而目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上中功率段6kV和10kV的高壓變頻器的單位功率價(jià)格通常要達(dá)到（1500～2500元/kW），高出同等級(jí)功率低壓變頻器的單位價(jià)格（300～500元/kW）數(shù)倍之多；使中功率段的風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速的成本甚高，一次投入過(guò)高而回報(bào)期又相對(duì)較長(zhǎng)，成為阻礙變頻調(diào)速這一優(yōu)勢(shì)技術(shù)推廣應(yīng)用的價(jià)格壁壘。從技術(shù)層面來(lái)考察，高壓變頻器產(chǎn)品目前存在的技術(shù)程度復(fù)雜，技術(shù)成熟度不足，特別是運(yùn)行可靠性方面還有待成熟完善，再加上用戶對(duì)產(chǎn)品技術(shù)認(rèn)識(shí)不足等原因，使高壓變頻器的應(yīng)用也存在著一定的技術(shù)壁壘。這些均成為目前高壓變頻技術(shù)在風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能領(lǐng)域推廣應(yīng)用的主要制約因素。 本文的主要目的是探討如何通過(guò)合理的選擇中功率段風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的電壓等級(jí)，從而設(shè)計(jì)組合技術(shù)成熟、投資經(jīng)濟(jì)性良好的中功率段風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速。 2 技術(shù)及經(jīng)濟(jì)意義 2.1 技術(shù)意義 交流低壓變頻是現(xiàn)階段成熟的技術(shù)，對(duì)于變頻器而言，其工作電壓的高低主要取決于變頻器內(nèi)PWM主回路逆變器件的耐壓水平。目前690V以下低壓變頻器主流型逆變器件一般采用的耐壓水平1200/1700V的IGBT模塊。這個(gè)電壓等級(jí)的IGBT技術(shù)目前已相當(dāng)成熟穩(wěn)定，并已被作為低壓逆變的主導(dǎo)器件而廣泛應(yīng)用。由于大多數(shù)低壓變頻器的逆變主回路為同一設(shè)計(jì)類型，其輸出功率等級(jí)由IGBT耐壓和工作電流等級(jí)所決定。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)630kW以下低壓變頻器的制造和供貨不存在任何問(wèn)題；國(guó)外品牌的低壓變頻器普遍已達(dá)800～1500kW的功率等級(jí)，個(gè)別品牌最高可達(dá)2800kW。 低壓變頻器屬于技術(shù)比較成熟的產(chǎn)品，國(guó)外應(yīng)用低壓變頻器在風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行的歷史已將近30余年；國(guó)內(nèi)在這方面的應(yīng)用也有20年以上。根據(jù)某國(guó)外主流品牌低壓變頻器廠商介紹，其目前主導(dǎo)產(chǎn)品的平均無(wú)故障工作時(shí)間已達(dá)50000h以上，產(chǎn)品可靠性相當(dāng)高。對(duì)于國(guó)內(nèi)變頻器廠商而言，大部分生產(chǎn)廠商目前已渡過(guò)了技術(shù)有欠成熟、產(chǎn)品質(zhì)量不甚穩(wěn)定的初創(chuàng)期，產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)行可靠性也達(dá)到了一定的水平。在中功率段風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)外各大品牌的低壓變頻器均有著大量成熟的應(yīng)用案例。 表1所列為目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)可提供中功率段低壓變頻器品牌及相關(guān)型號(hào)。     表1國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中功率等級(jí)低壓變頻器主要品牌/型號(hào) 廠商品牌 型號(hào) 主要技術(shù)參數(shù) VACON NXP/NXDRIVE 380～690V，3-PHASE，160～1500kW TIGERPOWER   TP3000 400～690V，3-PHASE，75～800kW ABB ACS800 380～690V，3-PHASE，200～2800kW SIEMENS   G150 380～690V，3-PHASE，75～1200kW SCHNEIDER  ATV38/ATV68 400～500V，3-PHASE，75～630kW 說(shuō)明：630kW以下功率等級(jí)變頻器，國(guó)內(nèi)能夠訂制的變頻器生產(chǎn)商較多，本表不予列舉 2.2 經(jīng)濟(jì)意義 交流低壓變頻系統(tǒng)應(yīng)用于中功率風(fēng)機(jī)調(diào)速具有良好的經(jīng)濟(jì)性。目前國(guó)內(nèi)除了一些特殊的電力終端用戶（如煤礦、油田）外，用戶設(shè)備終端電壓等級(jí)，不外乎低壓380V和高壓6kV、10kV三種。我國(guó)現(xiàn)行的低壓等級(jí)通用電機(jī)的最大機(jī)座號(hào)為H355，中功率段風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)通常選用6～10kV電機(jī)，對(duì)應(yīng)這個(gè)機(jī)座號(hào)的極限電機(jī)功率也就是220kW左右。超過(guò)這個(gè)機(jī)座號(hào)通常只能選用6kV或10kV電機(jī)；而風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行單位，一般也試圖通過(guò)提供終端用電設(shè)備的電壓等級(jí)，降低電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行線路損耗和提高系統(tǒng)效率。這幾方面的原因，使目前H355機(jī)座（對(duì)應(yīng)功率等級(jí)～220kW）以上的風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)全采用6kV或10kV的電壓等級(jí)。而對(duì)于許多需要變工況調(diào)速運(yùn)行的風(fēng)機(jī)而言，正是這種不恰當(dāng)?shù)剡x擇，成為應(yīng)用變頻調(diào)速這一高效節(jié)能調(diào)節(jié)手段的技術(shù)障礙。由于高壓變頻器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造技術(shù)難度高，同一功率等級(jí)的高壓變頻器與低壓變頻器價(jià)格又相差懸殊。這也意味著如果作為一種節(jié)能投資，采用高壓變頻方案要比采用低壓變頻方案的一次投入大數(shù)倍，投資回報(bào)周期相應(yīng)也要長(zhǎng)得多。這也使一些有著應(yīng)用低壓變頻節(jié)能經(jīng)驗(yàn)并產(chǎn)生實(shí)際經(jīng)濟(jì)收益的用戶，難以確立采用高壓變頻器應(yīng)用于風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)速的信心。同時(shí)技術(shù)程度的相對(duì)復(fù)雜，部分廠家產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)行中所反映性能不甚完善，甚至影響系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行等因素，也成為高壓變頻器推廣應(yīng)用的主要障礙。 因?yàn)槭艿侥孀児β势骷圃焖较拗?，高壓交流變頻核心部分的高壓逆變的實(shí)現(xiàn)要比低壓變頻逆變困難和復(fù)雜得多。目前比較成熟的高壓逆變實(shí)現(xiàn)方案不外乎多重化單元串聯(lián)、三電平箝位和功率元件串聯(lián)等幾種。而無(wú)論通過(guò)哪一種方式實(shí)現(xiàn)高壓逆變，其構(gòu)成與低壓逆變相比復(fù)雜得多。由此也就不難理解為什么相同功率等級(jí)的高壓變頻器與低壓變頻器的市場(chǎng)價(jià)格要相差3～5倍甚至更多。同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，從系統(tǒng)工程角度來(lái)講，要使高壓變頻器產(chǎn)品達(dá)到一定可靠性，實(shí)際要比低壓變頻器困難得多。大量運(yùn)行實(shí)踐的總結(jié)也印證了這一點(diǎn)。另外對(duì)于類似于不允許計(jì)劃外停機(jī)的某些高可靠性要求場(chǎng)合，低壓變頻器也可以比高壓變頻器更方便、更容易和更經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)備用冗余（如工頻應(yīng)急旁路）。 表2是一個(gè)500kW風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用3種常用典型調(diào)速方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的簡(jiǎn)單比較。從中得出，“獨(dú)立供電變壓器+低壓變頻器+低壓電機(jī)&dquo;方案（所謂“高—低方案&dquo;）是最佳選擇的結(jié)論。如果考慮高壓變頻和液力耦合器調(diào)速方案相比，低壓變頻調(diào)速方案較低的動(dòng)態(tài)維護(hù)費(fèi)用的支出，低壓變頻器方案的優(yōu)勢(shì)將更為突出。 表3所列，是國(guó)內(nèi)幾位從事電氣傳動(dòng)行業(yè)知名專家，比較一致提出的對(duì)中功率交流變頻調(diào)速系統(tǒng)推薦采用的電壓等級(jí)，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性角度考察是相當(dāng)合理的。 綜上所述，對(duì)于220～1500kW的中功率段風(fēng)機(jī)調(diào)速，采用“獨(dú)立供電變壓器+低壓變頻器+低壓電機(jī)&dquo;（高—低方案）的技術(shù)方案，其在技術(shù)方面是成熟可行的；如果從投入產(chǎn)出等方面綜合考察方案的經(jīng)濟(jì)性，也較其他方案具有明顯的成本和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。 3 注意的相關(guān)問(wèn)題 中功率段風(fēng)機(jī)采用低壓變頻器調(diào)速方案實(shí)際應(yīng)用中，必須充分考慮中功率段低壓變頻器的技術(shù)特點(diǎn)及其應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)條件和用戶對(duì)諸如電磁兼容性方面的要求，采取適當(dāng)必要的周邊技術(shù)保障措施，以使方案得到可靠和完美的實(shí)施。 3.1 諧波和干擾問(wèn)題 諧波和干擾是應(yīng)用變頻器必須要關(guān)注的問(wèn)題。每個(gè)變頻器都是工作時(shí)的一個(gè)諧波源，如果不采取相應(yīng)的技術(shù)措施，變頻器運(yùn)行時(shí)會(huì)對(duì)電源系統(tǒng)和周邊設(shè)備產(chǎn)生不良影響。由于諧波發(fā)生量和產(chǎn)生的電磁干擾強(qiáng)度與變頻器的功率密切相關(guān),對(duì)于功率在220kW以上的中功率段變頻器，抑制其對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波注入和對(duì)周邊設(shè)備的電磁干擾顯得尤其重要。否則將很可能使接于變頻器同一供電電源下的其他設(shè)備和周邊的電磁敏感設(shè)備（典型的如弱電控制設(shè)備）的工作異常。以下技術(shù)措施可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和要求獨(dú)立或組合使用，對(duì)于中功率段低壓變頻器的諧波和干擾抑制相當(dāng)有效。     表2 典型500kW風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能比較   10kV高壓變頻 調(diào)速方案 高-低壓變頻器方案 液力耦合器調(diào)速方案 附 注   系統(tǒng)組成 10kV高壓保護(hù)柜 +10kV多重化 高壓變頻器 +10kV高壓電動(dòng)機(jī)   10kV高壓保護(hù)柜 +10/0.66kV 干式變壓器 +0.66kV低壓變頻器 +0.66kV低壓電動(dòng)機(jī) 10kV高壓保護(hù)柜 +10kV高壓電動(dòng)機(jī) +液力耦合調(diào)速器   說(shuō)明： （1)未計(jì)入配套土建和連接電纜等相關(guān)費(fèi)用。 （2）按市場(chǎng)平均價(jià)估算。     系統(tǒng)投資 成本估算 高壓保護(hù)柜：4.5萬(wàn)元 高壓變頻器：90萬(wàn)元 高壓電動(dòng)機(jī)：16.8萬(wàn)元 系統(tǒng)估算價(jià)：107萬(wàn) 高壓保護(hù)柜：4.5萬(wàn)元 干式變壓器：12.8萬(wàn)元 低壓電動(dòng)機(jī)：12.5萬(wàn)元 低壓變頻器：22.4萬(wàn)元 系統(tǒng)估算價(jià)：52.2萬(wàn) 高壓保護(hù)柜：4.5萬(wàn)元 高壓電動(dòng)機(jī)：16.8萬(wàn)元 液力耦合器：10萬(wàn)元 系統(tǒng)估算價(jià)：31.3萬(wàn)元 運(yùn)行后每年 節(jié)約電費(fèi)額 約70萬(wàn)元 約70萬(wàn)元 約45萬(wàn)元 估算條件： （1）節(jié)約電費(fèi)以入 口擋板調(diào)節(jié)方案為 參考估算依據(jù)； （2）風(fēng)機(jī)平均工況 運(yùn)行按額定風(fēng)量的 80%估算； （3）年運(yùn)行時(shí)間以 7000h估算； （4）電價(jià)以0.60元/kW&middo;h估算。 投資回收期  　約18個(gè)月 約10個(gè)月 約8個(gè)月 在役10年靜態(tài) 節(jié)約電費(fèi)總額 約700萬(wàn)元 約700萬(wàn)元 約450萬(wàn)元 在役10年靜態(tài) 投入產(chǎn)出比 　 　約１：6.5   約1：13.4   約1：10 在役10年 靜態(tài)計(jì)算收益       約600萬(wàn)元        約650萬(wàn)元       約400萬(wàn)元 系統(tǒng)可靠性     稍差         好 差           — 可維護(hù)性 不良 最好         差 系統(tǒng)冗余成本      高         低       不能實(shí)現(xiàn)  說(shuō)明：不計(jì)入各方案的在役動(dòng)態(tài)維護(hù)性支出費(fèi)用。                  表3 中、大功率段風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)推薦的工作電壓等級(jí)      推薦調(diào)速系統(tǒng)電壓等級(jí)（kV）            備 注      220～500           0.4   優(yōu)先推薦電壓等級(jí):  0.4、0.69、6.0、10.0(kV)      500～800          0.66/0.69      800～1600          0.66/1.14      1600～2500          3.0/6.0      2500以上          6.0/10.0    (1)單獨(dú)設(shè)置變壓器,使變頻器電源與用戶其他設(shè)備的低壓電源隔離。目的之一是提供足夠的輸入阻抗，與變頻器電纜寄生電容組成LC濾波器，將電網(wǎng)側(cè)諧波限制在一定范圍內(nèi)；目的之二是可以抑制諧波與干擾通過(guò)同一低壓回路直接向其它低壓用戶端傳導(dǎo)。 (2)變壓器多相運(yùn)行。通常變頻器的整流部分是6脈波整流器，所以產(chǎn)生的諧波較大。應(yīng)用變壓器的多相運(yùn)行，可降低變頻器輸入的電流諧波分量。根據(jù)實(shí)測(cè)采用12脈波輸入變頻器后，變頻器輸入端總諧波分量將達(dá)到THD≤8%，基本達(dá)到電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。 (3)增設(shè)交流輸入電抗器或直流電抗器。在變頻器輸入端加入交流電抗器或在其直流回路加入直流電抗器，可顯著改善變頻器輸入端諧波含量，穩(wěn)流削波，改善變頻器輸入端功率因素。 (4)變頻器的輸出端增設(shè)輸出電抗器或?qū)Ｓ脼V波器。輸出端設(shè)置電抗器或?qū)Ｓ脼V波器，可有效降低變頻器輸出電流中的高頻分量引起的高頻輻射干擾，降低電壓突波對(duì)電機(jī)絕緣的影響，降低電機(jī)的電磁運(yùn)行噪聲。 (5)變頻器輸出電纜采用專用屏蔽電纜。經(jīng)驗(yàn)證明，采用專用動(dòng)力屏蔽電纜是抑制變頻器輸出端高頻輻射的有效途徑。 3.2 軸電流抑制 對(duì)于采用變頻器供電的電動(dòng)機(jī)，由于電壓波形中存在著相當(dāng)多的高頻分量，這些高頻分量除了通過(guò)變頻器與電機(jī)繞組構(gòu)成回路外，還會(huì)通過(guò)繞組與定子鐵心間以及轉(zhuǎn)軸、端蓋、機(jī)座和接地線等之間形成寄生電容而構(gòu)成高頻通路。由于這些電容容量有限，在工頻市電供電時(shí)其充放電過(guò)程形成的容性電流很小，可以忽略不計(jì)。當(dāng)采用變頻器供電且電機(jī)容量較大（110kW以上）時(shí)，由高頻分量形成的軸電流密度可達(dá)數(shù)10A/mm2，軸電流將會(huì)引起電機(jī)軸承的嚴(yán)重電蝕。由于軸承的滾珠與滾道上有可能存在凸出點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)該處的軸承電流斷開，從而引起電弧，灼傷金屬表面，這種微觀損害的持續(xù)積累將會(huì)引起軸承的損壞。 實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于中等功率等級(jí)以上的電機(jī)應(yīng)通過(guò)保持軸承良好潤(rùn)滑而維持內(nèi)外圈間潤(rùn)滑膜較高的絕緣電阻、軸承外圈與機(jī)座接觸面噴涂絕緣漆、變頻器輸出端加入濾波器等抑制軸電流產(chǎn)生的措施，保障電機(jī)的可靠運(yùn)行。 3.3 工頻運(yùn)行冗余問(wèn)題 變頻器應(yīng)用的許多場(chǎng)合，通常不允許設(shè)備發(fā)生非計(jì)劃停機(jī)。這種情況的經(jīng)典設(shè)計(jì)是提供一套獨(dú)立的工頻應(yīng)急旁路。對(duì)于采用獨(dú)立供電變壓器的低壓變頻方案，由于變壓器負(fù)載的單一性，無(wú)需考慮電機(jī)在工頻電源下啟動(dòng)時(shí)，由于啟動(dòng)電流沖擊而造成低壓母線跌落的影響。如果經(jīng)驗(yàn)算，變壓器高壓側(cè)母線在工頻旁路直接啟動(dòng)時(shí)的電壓在允許范圍內(nèi)，就可以采用直接啟動(dòng)。此時(shí)獨(dú)立供電變壓器類似于一個(gè)啟動(dòng)電抗，可以起到降低電機(jī)啟動(dòng)電流沖擊的良好效果。對(duì)于雙低壓繞組的12脈波供電變壓器方案，電機(jī)實(shí)行工頻旁路運(yùn)行時(shí)，將原兩組分別向變頻器兩組串聯(lián)整流器供電的低壓繞組切換成曲折聯(lián)接后，直接作為電機(jī)工頻旁路運(yùn)行的供電電源。 對(duì)于用戶希望盡量減小啟動(dòng)電流沖擊和機(jī)械沖擊的場(chǎng)合，工頻旁路電機(jī)啟動(dòng)時(shí)仍可采用軟啟動(dòng)器、降壓?jiǎn)?dòng)等傳統(tǒng)成熟的啟動(dòng)方式，這可以在方案設(shè)計(jì)時(shí)一并予以總體考慮細(xì)化。 3.4 配套電機(jī)問(wèn)題 如前所述，目前國(guó)內(nèi)低壓電機(jī)定型規(guī)格的最大機(jī)座號(hào)為H355，并由于大功率風(fēng)機(jī)配套電機(jī)的極數(shù)通常均在6～10極，對(duì)應(yīng)的最大電機(jī)功率也就在220kW以下。除了少數(shù)廠家有H355以上機(jī)座低壓電機(jī)生產(chǎn)外，一般均需特別訂制，生產(chǎn)批量小、供貨價(jià)格高及交貨周期長(zhǎng)是普遍存在的問(wèn)題。這也一定程度上影響了變頻調(diào)速在中功率段的大量應(yīng)用。 建議作為風(fēng)機(jī)行業(yè)大用戶的中大功率風(fēng)機(jī)的主導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)，與電機(jī)制造行業(yè)內(nèi)具有生產(chǎn)基礎(chǔ)的單位合作，對(duì)H355機(jī)座以上的低壓電機(jī)進(jìn)行定型設(shè)計(jì)，以期降低生產(chǎn)成本和縮短交貨周期，并有利于技術(shù)成熟且經(jīng)濟(jì)性良好的中功率低壓變頻系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)及相關(guān)行業(yè)的推廣應(yīng)用。這在技術(shù)上應(yīng)不存在任何問(wèn)題。對(duì)于老系統(tǒng)改造而言，用戶可以采用將風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的高壓電機(jī)，通過(guò)繞組重繞或是更簡(jiǎn)便的串/并聯(lián)改接等方法改造為低壓電機(jī)，而使中功率低壓變頻系統(tǒng)應(yīng)用在老風(fēng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造時(shí)，可以用比較經(jīng)濟(jì)的方法得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)此，國(guó)內(nèi)已有很多成功應(yīng)用的案例可供借鑒參考。    變頻供電的電動(dòng)機(jī)，由于其供電電壓波形為非完全正弦波，同時(shí)電壓波形的毛刺突波比較大，因此對(duì)其絕緣有抗電暈處理和適當(dāng)增加絕緣設(shè)計(jì)裕度的要求，這在低壓電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)予以一并考慮。 4 結(jié)論     大中型風(fēng)機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中是數(shù)量眾多，分布面極廣，耗電量巨大的設(shè)備。據(jù)權(quán)威資料顯示，目前在用風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的能源利用效率比國(guó)際先進(jìn)水平相差20%；差距是巨大的。這其中除存在風(fēng)機(jī)本體設(shè)計(jì)效率低之原因外，很大的因素是高效能的調(diào)速設(shè)備應(yīng)用不足，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行于低效區(qū)所致。因?yàn)橹泄β识物L(fēng)機(jī)存在著巨大的社會(huì)在役保有量，并且隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其應(yīng)用量將不斷增加，因而，在這個(gè)功率段推廣應(yīng)用經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能良好的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，其現(xiàn)實(shí)的節(jié)能意義無(wú)疑是相當(dāng)巨大的。從目前階段的技術(shù)水平和各類變頻方案的經(jīng)濟(jì)性考察，采用“獨(dú)立供電變壓器+低壓變頻器+低壓電機(jī)&dquo;技術(shù)方案（所謂“高-低方案&dquo;），并輔以必要的周邊技術(shù)措施，是目前可應(yīng)用在（220～1500kW）中功率段風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)速中首選的技術(shù)方案。

                      1引言 煉鐵廠烘干爐窯用的鼓風(fēng)機(jī)由于功率大、轉(zhuǎn)速高，在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的空氣動(dòng)力噪聲和機(jī)械噪聲，造成了嚴(yán)重的環(huán)境噪聲污染，也影響人們正常的工作和生活。某煉鐵廠烘干爐窯用的鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)為JNC261№10D型，流量17200m3/h，全壓5300Pa，如圖1所示，A、B、C、D均在軸線高度上，A點(diǎn)距進(jìn)口1m，B、C、D距機(jī)殼、聯(lián)軸器、電機(jī)為1m，根據(jù)GB/T2888-1991《風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)量方法》，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量風(fēng)機(jī)A點(diǎn)的噪聲頻譜如表1所示，A點(diǎn)總噪聲達(dá)94dB(A)，B、C、D點(diǎn)總噪聲各為86dB(A)、85.5dB(A)和86.5dB(A),超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的不高于85dB(A)的要求，影響了職工的正常工作。必須得對(duì)該風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行控制，使其達(dá)到國(guó)家噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求，以減少環(huán)境噪聲。          表1 JNC261№10D型鼓風(fēng)機(jī)噪聲 噪 聲 源 A 聲級(jí) 倍頻程中心頻率/Hz 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k 鼓 風(fēng) 機(jī) 94 93 87 86 90 85 83 74 72   2 鼓風(fēng)機(jī)噪聲分析與控制 2.1 空氣動(dòng)力性噪聲 風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力性噪聲包括進(jìn)氣口空氣動(dòng)力性噪聲和出氣口空氣動(dòng)力性噪聲，它是在氣體流動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的。主要是由于氣體的非穩(wěn)定流動(dòng)，氣體與蝸舌的周期性撞擊、氣體與氣體及氣體與固體相互作用所產(chǎn)生的噪聲。風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性噪聲分旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。 旋轉(zhuǎn)噪聲是由于工作葉輪上均勻分布的葉片，周期性打擊氣體介質(zhì)引起的。另外，當(dāng)氣流流過(guò)葉片時(shí)，在葉片表面上形成附面層，特別是吸力邊的附面層容易加厚，并產(chǎn)生許多渦流。在葉片的尾緣處吸力與壓力邊的附面層匯合，形成所謂尾跡區(qū)，在尾跡區(qū)內(nèi)，氣流的壓力與速度都大大低于主氣流區(qū)。因而，當(dāng)工作輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片出口區(qū)內(nèi)氣流具有很大的不均勻性。這種不均勻性氣流周期性作用于周圍介質(zhì)，產(chǎn)生壓力脈動(dòng)，而形成噪聲，旋轉(zhuǎn)噪聲的頻率為 fi=nzi/60    (1)                       式中  n——風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速，/min       z——葉片數(shù)     i——諧頻序號(hào)，＝1，2，3，… 渦流噪聲又稱漩渦噪聲。它主要是由于氣流流經(jīng)葉片時(shí)，產(chǎn)生紊流附面層及漩渦與漩渦分裂脫體，而引起葉片上壓力脈動(dòng)造成的。它是離心鼓風(fēng)機(jī)的另一主要噪聲，渦流噪聲的頻率為       fwi=sWi/L    (2) 式中S為斯特勞哈爾數(shù)，S＝0.14～0.20，通常取0.185；W為氣體與葉片的相對(duì)速度；L為葉片寬度在垂直于W方向上的投影；i為諧波序號(hào)，i=1,2,3，…。 由式(2)可知，鼓風(fēng)機(jī)的渦流噪聲頻率，主要與氣流和葉片的相對(duì)速度W、葉片寬度在垂直于W方向上的投影有關(guān)，而W和U都是連續(xù)的量，因而離心鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的渦流噪聲是一種寬頻帶的連續(xù)譜。 通過(guò)上述分析可知，風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性噪聲是上述兩種性質(zhì)不同的噪聲相互疊加的結(jié)果。所以風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力噪聲的頻譜，往往是寬頻帶連續(xù)譜。     對(duì)空氣動(dòng)力性噪聲的治理需要設(shè)計(jì)阻性、抗性或阻抗復(fù)合式消聲器，阻性消聲器對(duì)旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲都有降低作用，而抗性消聲器只對(duì)旋轉(zhuǎn)噪聲有降低作用[1]。 2.2 機(jī)械性噪聲 機(jī)械性噪聲主要是由于轉(zhuǎn)子不平衡，軸承磨損及風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口壓力脈動(dòng)引起機(jī)殼振動(dòng)而形成的機(jī)械噪聲，降低機(jī)械噪聲需消除轉(zhuǎn)子的不平衡，提高機(jī)械裝配精度和消除機(jī)械振動(dòng)。 2.3 電動(dòng)機(jī)噪聲 電動(dòng)機(jī)噪聲是風(fēng)機(jī)噪聲的主要組成部分，電動(dòng)機(jī)噪聲是由各種成分組成的，主要包括電磁噪聲、機(jī)械噪聲和風(fēng)扇噪聲3部分。由于電機(jī)由專業(yè)廠家生產(chǎn)，不便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，所以通常用隔聲的措施來(lái)避免電機(jī)噪聲傳播。      從上述風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)試結(jié)果看，A點(diǎn)主要是空氣動(dòng)力性噪聲，達(dá)94dB(A)，是主要噪聲源，B、C、D點(diǎn)主要是機(jī)械噪聲，總噪聲各為88dB(A)、87.5dB(A)、88.5dB(A),是次要的噪聲源，應(yīng)優(yōu)先控制風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性噪聲。 3鼓風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性噪聲的控制 根據(jù)鼓風(fēng)機(jī)噪聲頻譜特性分析，噪聲峰值為63～1000Hz，可見此類風(fēng)機(jī)不僅聲級(jí)高，而且還呈現(xiàn)出低、中頻特性，傳播距離較遠(yuǎn)。針對(duì)風(fēng)機(jī)出口進(jìn)入窯爐的實(shí)際情況，采取如下措施治理噪聲：（1）風(fēng)機(jī)進(jìn)口設(shè)計(jì)安裝蜂窩狀阻抗復(fù)合消聲器，以減少風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口空氣動(dòng)力性噪聲向外傳播；（2）在鼓風(fēng)機(jī)面向居民區(qū)的一側(cè)，利用現(xiàn)有建筑物的設(shè)計(jì)磚墻隔聲屏障，來(lái)阻斷鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)機(jī)殼噪聲和電機(jī)直達(dá)噪聲向居民區(qū)傳播，治理后的風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)如圖2所示。 表2 JNC261№10D型鼓風(fēng)機(jī)噪聲治理前、后A聲級(jí)結(jié)果 位置 A(F) B C D E   治理前 94 86 85.5 86.5 —   治理后 82 83 84.5  84  83   表3 離心式鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)噪聲治理方案 噪聲源 風(fēng)機(jī)進(jìn)口 風(fēng)機(jī)出口 空氣動(dòng)力性噪聲   機(jī)體、聯(lián)軸 器、電機(jī) 鼓風(fēng)機(jī) 來(lái)自大氣 進(jìn)入生 產(chǎn)設(shè)備 通常加進(jìn)口消聲器置于大氣中     通常做隔聲間 引風(fēng)機(jī) 來(lái)自生 產(chǎn)設(shè)備 進(jìn)入大氣 通常加出口消聲器置于大氣中     通常做隔聲間       4 鼓風(fēng)機(jī)噪聲控制結(jié)果分析     進(jìn)行上述噪聲治理后測(cè)試結(jié)果如表2所示,治理噪聲后的測(cè)點(diǎn)F、E如圖2所示,F點(diǎn)仍在葉輪軸線上距消聲器1m，E點(diǎn)在消聲器進(jìn)口離消聲器端面1m處。治理后噪聲明顯降低，達(dá)到了《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的不高于85dB(A)的要求，再加上磚墻隔聲屏障作用，居民區(qū)噪聲明顯降低。    由表2看出，治理后F、E點(diǎn)噪聲各為82 dB(A)和83dB(A),而B、C、D噪聲各為83dB(A)、84.5dB(A)和84dB(A),說(shuō)明加阻抗復(fù)合消聲器后，空氣動(dòng)力性噪聲已經(jīng)比機(jī)械噪聲低，風(fēng)機(jī)機(jī)殼、聯(lián)軸器、電機(jī)的機(jī)械噪聲成為主要噪聲源，若再治理噪聲，應(yīng)優(yōu)先治理這些機(jī)械噪聲。 5 機(jī)械噪聲和空氣動(dòng)力性噪聲控制方案及其特點(diǎn) 無(wú)論是鼓風(fēng)機(jī)還是引風(fēng)機(jī)，兩者空氣動(dòng)力性噪聲的機(jī)理完全相同，均采用阻性、抗性或阻抗復(fù)合消聲器治理；對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)，因出口與生產(chǎn)設(shè)備相聯(lián)，為避免生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)物質(zhì)對(duì)消聲器產(chǎn)生不利影響，通常在進(jìn)口加消聲器；對(duì)于引風(fēng)機(jī)，因進(jìn)口與生產(chǎn)設(shè)備相聯(lián)，為避免生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)物質(zhì)對(duì)消聲器產(chǎn)生不利影響，通常在出口加消聲器；而機(jī)械噪聲采用的隔聲間成本低，降噪效果也比較好，常用的治理方案如表3所示。