如果氣流的調(diào)節(jié)或限制經(jīng)常超過設(shè)計流量的20%，那么依賴定速電機和風(fēng)門的風(fēng)扇會浪費能量。在這種情況下，變頻器可能會提供更節(jié)能的選擇。關(guān)鍵問題是何時采用機械方法進行氣流調(diào)節(jié)，何時采用變頻器。機械方法通常會產(chǎn)生較低的前期資本成本，但根據(jù)應(yīng)用的不同，在考慮長期能源使用時，變頻器可能會更具成本效益。因此，讓我們研究如何確定哪個選項對應(yīng)用程序最有效。

變頻器無需風(fēng)門或其他機械控制即可減少氣流。它們允許操作員調(diào)整電機的電力頻率，從而減慢或加速風(fēng)扇。變頻器可降低流速降低時的流動噪聲和設(shè)備壓力。它們通常是理想的解決方案，前提是您可以證明初始資本支出的合理性。

變頻器可以集成到原始風(fēng)扇設(shè)計中，也可以改裝到現(xiàn)有風(fēng)扇中。然而，改造可能需要對風(fēng)扇或電機與風(fēng)扇之間的聯(lián)軸器進行重要調(diào)整。

當(dāng)應(yīng)用要求靜壓和風(fēng)量輸出低于其設(shè)計工作點時，氣流調(diào)節(jié)問題就會出現(xiàn)。從歷史上看，阻尼器是這種情況下的解決方案。阻尼器與定速電機變頻器一起使用。正如我將要描述的，存在幾種類型的入口和出口阻尼器。其中一些選項對于需要最小氣流限制的應(yīng)用仍然可行。然而，在使用阻尼器之前，工廠經(jīng)理需要仔細考慮與能源消耗相關(guān)的問題；隨著時間的推移，對風(fēng)扇和風(fēng)扇設(shè)備的壓力；以及必須限制氣流的頻率、程度和精確度。

進氣阻尼器

進氣風(fēng)門控制廣泛用于提高空氣流動系統(tǒng)的運行效率。大多數(shù)入口風(fēng)門在與離心風(fēng)扇葉輪旋轉(zhuǎn)相同的角度方向上預(yù)旋轉(zhuǎn)進入的空氣。這種定向空氣運動減少了風(fēng)扇壓力和氣流的功耗，從而減少了運行風(fēng)扇所需的能量。

風(fēng)扇葉輪入口上游的多個葉片為其提供受控的空氣呈現(xiàn)，從而能夠在廣泛的操作范圍內(nèi)實現(xiàn)平穩(wěn)控制。進氣風(fēng)門為每個風(fēng)門位置創(chuàng)建一個新的風(fēng)扇性能曲線，隨著氣流速率的降低而降低效率（圖1）。

入口風(fēng)門的兩種主要類型是百葉窗式和徑向式。

百葉窗式進氣風(fēng)門通常具有平行葉片，在臟空氣流中工作良好。它們也可用于對置刀片-但不推薦這種配置，因為它不會預(yù)旋轉(zhuǎn)空氣。

徑向進氣風(fēng)門由于能夠更有效地預(yù)旋轉(zhuǎn)空氣，通常比百葉窗式風(fēng)門更有效。

其他類型的進氣阻尼器包括：渦流阻尼器，它需要進氣箱，可用于懸臂葉片和中心輪轂設(shè)計；和可變進氣葉片，需要錐形進氣件并且僅用于清潔空氣流。兩者都擁有與徑向入口阻尼器相當(dāng)?shù)男省?/p>

如果不經(jīng)常使用空氣流動系統(tǒng)，則入口風(fēng)門可能會在氣流調(diào)節(jié)裝置的初始成本/潛在節(jié)能比較中名列前茅。它們在限制氣流小于20%時特別有效。

當(dāng)阻尼器嚴重限制氣流時，需要謹慎。將氣流限制多達70%可能會導(dǎo)致流動不穩(wěn)定或旋轉(zhuǎn)失速，即空氣不足導(dǎo)致高振幅壓力脈沖。以最近一家鋼廠運行的焦?fàn)t電池洗滌器風(fēng)機為例，進口風(fēng)門關(guān)閉90%。風(fēng)機專業(yè)人員記錄了風(fēng)機外殼的劇烈振動和破裂。振動、壓力脈動和頻率的測量證實了旋轉(zhuǎn)失速狀態(tài)。安裝變頻器后，磨機可以讓風(fēng)門完全打開，并通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度來調(diào)節(jié)氣流。然后風(fēng)扇在所有工藝流速下平穩(wěn)運行。該工廠每年實現(xiàn)的能源節(jié)約估計超過250，000美元。

出口阻尼器

這些通過限制出口處的氣流路徑來控制流量。由于效率低下（圖1）和損壞系統(tǒng)組件的可能性，它們很少用于大型工業(yè)風(fēng)扇。

部分關(guān)閉或節(jié)流、平行或相對的風(fēng)門葉片可提供所需的流量減少。然而，阻尼器上游側(cè)的壓力增加會增加系統(tǒng)的背壓。這種阻力會導(dǎo)致風(fēng)扇的工作點在其性能曲線上出現(xiàn)負移。

過度使用阻尼器可能會損壞系統(tǒng)組件。高度節(jié)流的出口阻尼器會產(chǎn)生嚴重的抖振和非常高的背壓，這可能會導(dǎo)致系統(tǒng)組件過早磨損、過熱甚至破裂，從而導(dǎo)致運行和維護成本增加。這種阻尼器在臟空氣流中也易于腐蝕。此外，阻尼器葉片上堆積的顆粒物質(zhì)和阻尼器元件的熱變形會妨礙調(diào)節(jié)葉片進行節(jié)流的能力。

變頻器

變頻器通常在最寬的體積和壓力范圍內(nèi)提供最平穩(wěn)的流量控制。憑借經(jīng)過驗證的節(jié)能能力，它們是在降低的流量和壓力下長時間運行的空氣流動系統(tǒng)的流行選擇。此外，變頻器結(jié)構(gòu)緊湊，可以輕松添加到大多數(shù)現(xiàn)有電機中，它們減少了與出口和入口阻尼器相關(guān)的常見污垢問題，例如過度振動、噪音和設(shè)備磨損。

隨著風(fēng)扇速度（rpm）隨著變頻器的降低，壓力、體積和馬力都會下降。風(fēng)扇性能和制動馬力（BHP）的曲線基本上與風(fēng)扇定律曲線一致（圖1）。這種轉(zhuǎn)變適用于大多數(shù)固定電阻系統(tǒng)。它在降低速度時可顯著節(jié)省馬力，如第三個風(fēng)扇定律所示：BHP2=（rpm2/rpm1）3（BHP1）

換句話說，將電機速度減半會將功耗降低到八分之一。例如，從1，000BHP的1，000rpm降至500rpm會導(dǎo)致功率降低至125BHP。以較低的速度運行電機所需的能量要少得多。

變頻器提供的軟啟動功能為降低能源需求提供了進一步的機會。電動機在啟動期間通常會遇到比正常運行期間更高的電流。變頻器允許電機以較低的電流啟動。通過消除較高的啟動電源浪涌，變頻器減少了電機繞組和控制器的磨損，并降低了可能影響敏感設(shè)備的電壓驟降的嚴重程度。

變頻器還可以降低速度和風(fēng)量較低時的氣流噪音。使用風(fēng)門節(jié)流氣流會導(dǎo)致噪音水平增加，從而降低工人的舒適度。

變頻器問題

盡管降低電力需求和維護成本具有典型的好處，但變頻器并不適合所有應(yīng)用。此外，安裝變頻器取決于幾個關(guān)鍵的風(fēng)扇設(shè)計考慮因素：1）在整個運行速度范圍內(nèi)的自然諧振頻率；2）聯(lián)軸器；3）軸承；4）系統(tǒng)靜壓。

空氣運動系統(tǒng)的各個組件具有自然共振頻率。如果在運行過程中受到激勵，這些頻率可能會導(dǎo)致振動應(yīng)力和疲勞，從而產(chǎn)生噪音，并可能導(dǎo)致葉輪、軸、軸承和基礎(chǔ)等某些部件開裂或損壞。共振沖擊測試可以確定自然共振頻率。一個關(guān)鍵是扭轉(zhuǎn)共振頻率，它是使用從空氣運動系統(tǒng)中的組件收集的數(shù)據(jù)計算出來的，包括風(fēng)扇、聯(lián)軸器和電機組件。

風(fēng)扇通常設(shè)計為具有高于或低于任何自然共振頻率（包括扭轉(zhuǎn)頻率）的正常運行速度。如果正常運行速度超過這些頻率，則隨著轉(zhuǎn)速的降低，變頻器將面臨撞擊它們的風(fēng)險。達到軸橫向共振頻率的第一風(fēng)扇速度稱為第一臨界速度。

各種系統(tǒng)更改可以將諧振頻率轉(zhuǎn)移到風(fēng)扇運行速度范圍之外，從而避免達到第一臨界速度。改變扭轉(zhuǎn)共振頻率的最常見選擇是更換聯(lián)軸器——例如，更換為彈性塊型聯(lián)軸器或其他具有高阻尼特性的聯(lián)軸器。對風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的修改還可以改變系統(tǒng)中的諧振頻率，從而實現(xiàn)首選的運行速度范圍。除了機械改動之外，還可以對變頻器進行編程，以鎖定接近第一臨界速度的速度或可能激發(fā)自然頻率的其他速度。變頻器專業(yè)人員應(yīng)參與此過程。

軸承還需要仔細選擇以匹配空氣流動系統(tǒng)。某些軸承類型（包括滑動軸承）的正常運行需要足夠的運行速度；減摩軸承通常在任何速度下都表現(xiàn)良好。

在使用裝有在運行期間打開的出口擋板的管道出口的系統(tǒng)中，擋板需要足夠的靜壓才能正常工作。如果風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低時壓力水平過低，則風(fēng)門將不會打開。因此，檢查滿足壓力要求所需的最低運行速度對于確定變頻器是否最適合這些情況至關(guān)重要。

做出正確的選擇

只有一點，入口風(fēng)門、出口風(fēng)門和變頻器的功率效率基本相同——最大速度。對于最大流量，所有三個選項的功耗相對相似。隨著流量需求的減少，變頻器通常會提供最佳效率。但是，如果系統(tǒng)流量需求始終保持在80%–100%范圍內(nèi)，入口阻尼器可能是一個可行的替代方案。對于大多數(shù)系統(tǒng)，出口阻尼器不是一種可行的流量控制手段。但請記住，為操作選擇最佳流量調(diào)節(jié)裝置需要仔細分析。
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