kongqi tiaojie shebei 空气调节设备(卷名：机械工程) air-conditioning equipment 　　向指定空间供给经过处理的空气，以保持规定的温度、湿度，控制灰尘、有害气体的含量的设备，简称空调设备。在空调设备中，对空气进行净化、加热或冷却、干燥或增湿等处理。因冷却空气时消耗冷量，需用制冷机，空调设备也可看作是制冷装置的一种。按照空调组成和调节方式不同，空调设备可分为集中式和分散式两种。集中式空调设备适用于大型车间、剧院、商店或一座楼房、一个建筑群；分散空调设备又称空调机组，每个（或几个）房间单独用一台机组。 　　集中式空调设备 　设备集中、便于管理，且可使用较大型的机器和设备。集中式空调设备由空气处理室、制冷机、通风机、风道和散流器（或诱导器）等组成。其中，空气处理室是最主要的设备，由过滤器、加热器和喷雾室等组成，在其中进行空气的过滤、加热和喷雾处理等。用水喷雾处理空气时，可使空气降温或升温、增湿或减湿（依水的温度和喷雾前空气的温度和含湿量而定）。图1为一般使用的集中式空调设备的系统图。在通风机的作用下车间内的空气被吸入空气处理室，经处理后又送回车间。处理空气用的冷水由冷水机组供给，加热用的水蒸汽由锅炉供给。为了减少有害气体，需要经常掺入新鲜空气。在空气处理室中空气的处理过程是随季节而变的。夏季车间需要降温，室外空气热而潮湿，被处理的空气需要降温减湿。处理过程是使新鲜空气先与一部分循环空气混合，经冷水喷雾降温减湿，再与一部分循环空气混合（若混合后空气温度偏低时尚需再加热）后送往车间。冬季车间热 风机需要升温，室外空气冷而干燥，被处理的空气需要升温增湿。处理过程是先将新鲜空气预热，并与一部分循环空气混合，再用常温下的水喷雾（称绝热喷雾）使之增湿，然后与另一部分循环空气混合，经第二次加热后送往车间。春秋季的处理过程依室外空气条件和车间散发热量、湿量的情况而定。夏季喷雾用的冷水可由压缩式制冷机（用氟利昂或氨为制冷剂）、溴化锂吸收式制冷机或蒸汽喷射式制冷机提供。 　　空调机组 　为适应分散式空调而将制冷机与空气处理设备组装在一起的成套设备。它的优点是可以满足不同房间的不同要求，减少风道，运转机动，便于实现自动化。在空调机组中通常用氟利昂压缩式制冷机。空调机组按特性可分为恒温恒湿机组和冷风机或冷- 热风机两类。前者可同时调节房间内空气的温度和湿度；后者只能调节温度。在空调机组中通常用制冷机直接冷却法处理空气，在恒温恒湿机组中用加入水蒸汽的方法使空气增湿。空调机组大多做成立柜式，故又称柜式空调器，但小型空调机组也可做成其他形式。 　　立柜式恒温恒湿机组 　它分为上下两部分（图2）。上部为空气处理设备，下部为制冷压缩机和水冷式冷凝器。室内空气在离心通风机的作用下由中部的风口进入，经处理后由上部的风口排出。制冷机采用翅片管式蒸发器，它装在空气的通道中，利用其中氟利昂的蒸发直接冷却空气，并可使空气减湿。在蒸发器的上方装有电加热器，用来对空气加热。同时还装有加湿器，它用电极加热器来加热水并使之蒸发。蒸发的水蒸汽进入空气中即可增加被处理空气的含湿量。蒸发器、电加热器和加湿器在自动控制设备的控制下互相配合，以满足对空气处理的要求。 　　冷风机、冷-热风机 　较大型的冷风机或冷-热风机通常做成立柜式，其结构和工作原理与立柜式恒温恒湿机组相似，只是它们不设置加湿器，不能控制被处理空气的含湿量，因而不能保持恒湿。 　　冷风机中只装有制冷机，只能对空气起冷却作用，故只能用于夏季降温。 　　冷-热风机除用制冷机冷却空气外，还可对空气加热，故还可用于冬季采暖。冷-热风机按加热方式可分为电热型和热泵型两种。电热型冷-热风机用于冬季采暖时由电加热器加热，此时制冷机停置不用。热泵型冷-热风机不装电加热器，用于冬季采暖时通过一个四通换向阀的作用使制冷机按热泵工作。此时，原来的冷凝器被用作蒸发器，原来的蒸发器被用作冷凝器，并利用制冷剂在冷凝器中放出的热量来加热空气。图3为立柜式热泵型冷- 热风机的工作原理图。 　　小型冷-热风机通常做成立方体型，只用于一个小房间，且装在窗台上，通常称为窗式空调器。这种冷-热风机也有电热型和热泵型(图4)两种。用于夏季降温时需要制冷，此时室内换热器用作蒸发器，室外换热器用作冷凝器。用于冬季采暖时通过换向阀的作用使制冷机按热泵工作，制冷剂在系统中反向流动，室外换热器用作蒸发器而室内换热器用作冷凝器。小型冷-热风机也可做成分置式，把室内换热器从机组中分离出来置于室内，而把室外换热器和制冷压缩机安装在室外的阳台上。 　　参考书目 　清华大学等编：《空气调节》，建筑工业出版社，北京，1981。 　A.D.Althouse and others，Madern Refrigeration and Air-conditioning，Goodheart-Willcox　Co.，Illinois，1982.
　　由于生产过程中系统烟气量波动较频繁，且波动范同较大，为达到调节准确、减小对电网的冲击、节省能源的目的，在S02风机中采用了高压变频调速技术。从3个方面论述了变频调速的技术方案的优缺点，从高压变频调速系统的工作原理、系统结构、控制系统组成等方面阐述了高压 变频器 的技术特点．从而论证了高压 变频器 在使用中的优越性及显着的节电效果。 　　近年来．高压变频调速技术已越来越多的应用在各行各业，以达到节约电能、改善电机系统寿命、提高产品质量的目的高压变频器在全世界的应用比低压变频器晚．其主要原冈是受逆变器开关器件制造水平的制约近十年来．随着新器件的问世．器件耐压水平不断提高．高压变频器得到了迅速发展和广泛应用[1]。按我国的电压标准．通常把额定电压3kv以上的电机称为高压电动机．其主要电压等级为3、6、10kV等，文中将用于这些电压等级电动机的变频器称为高压变频器。 应用高压变频器的优势 　　某企业生产装置中有一台1400kW、l0kV的S0，风机，其是丁艺流程中的关键 设备 。由于生产过程中系统炯气量波动较频繁．且波动范围较大．如果川传统的前导可调机构来调节风机的流量和压力，渊节范围受到限制．一般在40％～100％．且调节线性太差．跟不上工况变化速度，故能耗很高：而用变频调节响应极快．基本与工况变化同步．可满足工艺的需要，且风机启动运行平滑，不会对电机、轴承、风机产生较大的冲击．可达到调节准确、节省能源的目的。 　　根据异步电动机转速公式：n=60f（1一s）/p，可以看出．转差率s变化不大，可视为恒定，一旦电机制造完成电机极对数p也是常数．所以电机转速n与电源频率f是成正比的。只要改变频率f，即可改变电机转速．当频率厂在0～50Hz之间变化时，电机转速调节范围是非常宽的根据流体力学流量与风机转速的关系可知．电机功率P与转速n的立方成正比．随着转速的降低。电机功率以转速的3次方关系递减因此随着电机转速的降低．电机消耗的电能下降幅度很大。可见，使用高压变频器对SO2风机调速的节电效果将非常显着．经估算．2～3年就可以收回成本。 变频调速技术方案 　　变频调速一般有以下3种方案可以实施应用：①高一高方式，即采用10kv（6kv）电压等级的变频器，直接由电网l0kV（6kV）供电，电机选用高压电机；②高一低一高方式，就是先将高压电源变成低压电源．采用低压变频器变频后再升压．电机选用高压电机；③高一低方式，就是用一台单独的 变压器 ，将l0kV（6kv）高压降至380V，采用低压变频器，用低压电动机。 　　对比3个方案．使用高一高变频器．在变频器故障时可以直接启动．有定型产品．性能良好，稳定可靠，但费用较高：高一低一高方式无定型产品．要重新设计电路，电路烦琐庞大．要增加两台变压器．费用也较高；高一低方式中变频器直接使用低压电源，需要设一台降压变压器当降压变压器的容量比较小时，在变频器故障后，电机不能直接启动。如果降压变压器容量过大．会增加增容费用同时变压器还有一定的电能损耗从经济的角度出发．对于800～1000kW以上的风机、水泵等电机．建议采用6kv或10kV直接高一高方式的高压变频器：对于40O～800kW的电机．建议采用6kV／660v进线变压器、660V高压变频器及660V电动机：对于400kW以下的电动机．宜采用高一低方案．即采用6kV／380V降压变压器．380V级变频器及380V电动机.在某企业工程中，S0风机为l400kW．电网电压为10kV，综合比较，选择了直接高一高变频调速方案为了充分保证系统的可靠性．变频器同时加装工频旁路装置。变频器异常，不能正常运行时．电机可以自动切换到工频运行状态下运行．以保证生产的需要．其一次系统接线图见图1。 　　QF为用户侧高压开关柜内断路器，K1、K2、K3为同一柜内真空接触器；QS1、QS2为同一柜内隔离开关，与变频器配套提供。K2、K1电气互锁，以防止高压工频电反送人高压变频器。 　　在变频运行时，手动合隔离开关OS1、OS2，此时高压变频器输出开关接点允许用断路器QF合闸。QF合闸后，在DCS（或PLC）上可启动高压变频器，高压变频装置自动合K1、K2真空接触器。 　　当高压变频装置本体故障（如每相故障单元数大于2、高压变频器功率单元超温、散热冷却风机故障），高压变频器自动分开K1、K2，待电机电压衰减到额定电压的1O％左右，延时合K3高压变频装置自动切换到工频继续运行．以提高系统的可靠性变频到工频切换大约在3s以内完成。 　　当高压变频器检测到电机故障（如三相电流不平衡、三相电压不平衡、过流、过载），高压变频器自动封锁脉冲停止输出，并跳开真空接触器K1、K2、K3，同时输出跳闸接点用于跳开断路器QF。 高压变频器技术特点 　　目前高压变频器的主电路拓扑方面主要有3电平（或更多电平）电压型高压变频器和单元串联多电平电压型高压变频器。罗宾康HARMONY系列、国产高压变频器多采用单元串联多电平电压型高压变频器，现以其为例．阐述高压变频器技术特点变频器主要由移相变压器、功率模块和 控制器 组成[1]。 　　（1）系统结构：高压变频调速系统的结构见图2，由移相变压器、功率单元和控制器组成。如：10 kV系列有24个功率单元．每8个功率单元串联构成一相。每个功率单元结构上完全一致，可以互换。其电路结构见图3，其为基本的交一直一交单相逆变电路．整流侧为二极管三相全桥．通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制。 　　（2）输入侧结构：输入侧由移相变压器给每个功率模块供电，移相变压器的副边绕组分为3组，根据电压等级和模块串联级数，一般由24脉冲系列、3O脉冲系列、42脉冲系列、48脉冲系列等构成多级相叠加的整流方式，可以大大改善网侧的电流波形（网侧电压电流谐波指标满足IEEE 519一l992和GBT/14549-93的要求）．使其负载下的网侧功率因数接近1，无需任何功率因数补偿、谐波抑制装置。由于变压器副边绕组的独立性．使每个功率单元的主回路相对独立．类似于常规低压变频器．便于采用现有的成熟技术。 　　（3）输出侧结构：输出侧由每个功率模块的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电．通过对每个单元的PWM波形进行重组．可得到阶梯正弦PWM波形。这种波形正弦度好dv／dt小．对电缆和电机的绝缘无损坏．无须输出滤波器就可以延长输出电缆长度．可直接用于普通电机。同时．电机的谐波损耗大大减少．消除负载机械轴承和叶片的振动。当某一个功率模块出现故障时．通过控制使输出端子短路．可将此单元旁路退出系统．变频器可降额运行．由此可避免很多场合下停机造成的损失。 　　（4）控制器：控制器由高速单片机、嵌入式人机界面和PLC共同构成 单片机实现PWM控制、嵌人式人机界面提供友好的全中文WINDOWS监控和操作界面．同时可以实现远程监控和网络化控制 内置PLC则用于柜体内开关信号的逻辑处理．可以和用户现场灵活接口．满足用户的特殊需要。 　　变频器可运行于闭环模式或开环模式。在开环模式下．运行频率南界面设定或通过DCS（或PLC）设定（数字方式或模拟方式） 在闭环模式下。可以设定并调节被控量（比如压力）的期望值．变频器根据被控量的实际值自动调节变频器的输出频率．控制电机的转速．使被控量的实际值自动逼近期望值 控制器可与上级DCS系统直接连接．对变频器进行启动、停车、急停、报警或设定运行频率。 应用效果 　　主要应用效果如下：①使用变频器后风机可以实现变频软起动．避免了起动电流的冲击．不仅对电网没有任何冲击，而且还可以随时起动或停止；②使用变频器后，风机的送风量不再需要由风门来调节．而是由变频器通过变频调节风机的转速来实现．调节范围可以从0％～l00％．可以根据生产需要随意调节风量，减少了不必要的浪费：③变频节能运行，节约了大量能源 使用变频器后．不再使风机一直处于满负荷工作状态．节能率非常高：④ 由于高压变频器能平滑调节电机负载的转速．使之与原来相比在较低转速下运行．从而大大减少了负载以及电机的机械磨损，同时降低了轴承、轴瓦的温度，有效减少了检修费用，延长了设备的使用寿命：⑤ 高压变频器为高一高电压源型单元串联多电平结构．功率因数可高达0．95．不仅无需功率补偿．还可提高电网的功率因数．减少了无功损失．减少了线损：⑥系统完善的监控性能和高可靠性提高了工作效率．可实现参数的实时恒定运行．提高了系统运行的安全稳定性．减少了检修和维护的工作量。 　　高压变频器的使用不仅能取得显着直接的经济效益，还具有较好的间接经济效益。从节能角度看．在SO2风机中采用高压变频器调速．年节电率能达到30％以上。目前在各行各业．如火力发电、城市供水、石油、化工、冶金、水泥等行业也越来越多的得以应用，应用前景十分广阔。PLC控制技术、Profibus总线技术和高压变频技术的完美结合．使得集成自动化程度高．运行稳定，操作简单，节能效果更加明显。

伟创风机变频节能改造方案

贵厂有大量不同功率的风机，均采用百叶阀门（挡风板）来调节控制风量，能源浪费严重。现以改造一强210KW的风机为例，作如下方案。          一、基本情况              风机功率210KW，采用百叶阀门（挡风板）来调节控制风量，24小时运行。          二、风机的运行情况分析          1.电能浪费     风机功率210KW，挡板的调节控制风门。风机的转速恒定，由挡板来控制风量，造成风量的大小与电机输出功率不成比例，造成大量的能量浪费。          2.对生产工艺中负荷的适应能力差     由于生产负荷在变化，而风门的调节也在不断变化，若风量不稳定，变造成风压的变化，影响到工作效率，造成粉尘的分离效果，影响水泥的生产质量。          3.电机起动冲击电网     电机启动采用降低起动方式。在启动过程中起动冲击高压额不定期电流的3-4倍，对电网冲击很大。而且操纵复杂，维护量大，设备故障率高，维护用度高，造成停产损失大。          三、风机系统变频节能的特点和效果          1.变频调风无可比似的优越性  ,车间通风设备;   节能效果明显。根据流体力学原理，风机水泵负载的流量Q与转速N成正比，而所需功率P与转速N的三次方成正比。因此当风量小于额定风量时，改变电机转速，其功率明显下降，具有明显的节能效果。          2,车间降温.风机的效率进步     风机的工作效率由下式计算：     ηp=C1（Q/n）-C2（Q/n）2     式中Q为风量，n为转速，C1C2为常数     通过风门控风量时，因转速n不变，而流量Q下降，故效率ηp下降，而通过转速控制风量时，风量与转速成正比，比值（Q/n）不变，故效率ηp始终保持最佳状况。          3.操纵简单方便，维护量小，风机的工作效率将大为进步。而实现范围无级调速，由于转起动，可使电机连续平滑稳定变速。          四、效益分析          1.节约电费     210KW引风机运行40HZ为例，其工作转速 为额定速 的80%，风机消耗功率为PZ=  0.83Pn=0.512Pn每年按12个月生产期，考虑各种损耗以节电20%计算。 W=210KW×12×30×24×20%=362880KW.h.     以每千瓦时电价0.5元计算，每年可节省电费62880×0.5元=181440元          六、投资回报分析     投资回报期计算如下：     一台280KW按18万计算     投资回报=节电效益÷投资本钱=181440÷180000=100%     投资回报周期=12个月÷投资回报率=12÷100%=12个月     以上是以节能按20%计算，根据实际节能率范围（20%―60%）所以节能空间很大。以变频器寿命8年计算，一次投资，长期受益。          七、总结              对风机改造表明：     1.采用交轮流变频器对风机水泵进行节能改造具有结构简单、改造方便、节能效果明显、投资回收期短的特点。              2.使用变频器后，风机可软起停、减少设备机械冲击、延长设备使用寿命、降低设备的维修用度。              3.变频调速技术先进、成熟，进步了设备的技术含量。

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