说到风机和水泵的节能技术改造，人们会想到采用变频器（以下简称-VFD）的变频调速技术。但是，当设备的工况比较稳定时，是否有必要采用变频调速技术实现节能技术改造，答案是否定的，下面是一个这样的例子。

设备概述

某地公司的污水处理站有四台罗茨鼓风机，具体参数如下:

罗茨鼓风机型号:3l 22 WG；；额定转速:2000转/分钟；供气量:5.5m 3/min；；配Y132M-4，1500r/min，7.5kw三相380v鼠笼式异步电动机，V带传动，额定电流15.4A

注:由于电机铭牌上没有标明cos￠和η的值，所以习惯上取COS ￠ = 0.85和η = 0.85。

这四台罗茨风机分为两组，一台备用，一台使用，可以常年连续运行(即两台罗茨风机常年连续运行)。它们分别向两组容积为120吨的分解槽中的好氧菌供气，目前工作电流为AC395v和13A(实测)。由于公司生产设施未取得GMP认证，未充分开发，污水处理能力明显不足。

从以上实测运行数据可以看出，一方面，设备处于稳定的轻负荷状态；另一方面，由于污水量不足，很有可能在分解池内的爆炸容积处出现过量供气(虽然过量供气对好氧菌无害，但白白耗电)。因此，经公司批准，我们开始进行节能改造。在方案制定阶段，要求质检部门详细计算污水站污水处理过程中的耗氧量，发现当时未投产时污水池气爆仅为0.3m3/min(最小值)，投产后污水池气爆为3.7 m3/min，远小于5.5m3/min。可以看出，目前定值为5.5m3/min的供气设备可以大大减少当时公司污水分解池的爆炸气体供应量。因此，通过适当地重新配置小于5.5 m3/min的供气设备，可以有效地降低功耗。一方面，当时一台罗茨泵的价格在18000元左右；另一方面，投产后污水池的吹胀量也接近5.5 m3/min(要有一定的过剩供应能力，以保证好氧菌的活性)。因此，决定保留该设备，并进行适当的改造。

节能潜力

首先，在此需求的前提下，根据GB12497《三相异步电动机的经济运行》强制性国家标准实施监督指南的要求，对电动机的经济运行功率值进行配置和校核，其计算如下:

当送风量最大和最小时，送风设备所需轴功率为:

最短时间；PL = [0.45+0.55( )2]Pe (3.2-1)

=[0.45+0.55( )2 ]*7.5

≈3.4千瓦

当安全系数为1.2时，爆炸泵的实际功率为:

3.4 * 1.2≈4.1千瓦.(3.2-2)

最长时间；PL =[0.45+0.55( )2]Pe

=[0.45+0.55( )2 ]*7.5

= 5.24千瓦

当安全系数为1.2时，爆炸泵的实际功率为:

5.24 * 1.2 = 6.3千瓦.(3.2-3)

式中:PL——电动机的经济运行功率(kW)；

PE——原电机功率(kW)；

q——风机的实际流量(m3/min)；

QN——风机的额定流量(m3/min)；

0.45/0.55-运行系数；

实际可实现的节能能力是:

从电机功率公式(轴功率)p= UICos￠得到P/= UICos ￠, UICos￠是电能提供的有功功率，据此可以计算出电机的电能消耗如下:

最短时间:W= t

=( )*1

=4.8(千瓦时)(3.2 -4)

最大时间:W= t

=( )*1

=7.4(千瓦时)(3.2-5)

改造前的电力消耗如下:

P= UICos:

= *395*13*0.85*0.85

= 6.4千瓦

也就是6.4*1.2≈7.5kw (3.2-6)

W= t

=( )*1(暂不计入备用余量)

=7.5(千瓦时)(3.2-7)

其中:t-time(小时)；

η-电机效率(0.85)；

w——电能(千瓦时)；

p-电机轴的输出功率；

这个计算至少说明了三个问题:一是说明厂家对供气设备的功率配置基本合理，但配套设备对于目前的工艺条件来说过大，使得设备负荷偏轻；第二，从这里证明原来爆炸系统设备不需要更换(替换)的结论是正确的。事实上，无论现在还是未来，满负荷生产后的污水处理能力都在最大限度之内。第三，在其改造中确实有节电的潜力。当两台供气设备年运行小时数为两台*24小时*365天时，用电量应该是可观的，效益就不用说了。

该罗茨鼓风机的最大年节电能力为:

W=2*(7.5-4.8)*24*365= 47304kwh(3.2-8)

以当时公司综合电价0.87元/千瓦时计算，每年节约47304 * 0.87 = 41154元/年。

当然，为了使爆炸系统有更广泛的应用范围，避免供气不足或频繁修改，工作点不能设定在最小处理能力，因此实际节电会小于上述计算值。

实施计划

变频调速控制

方法是在现有设备上增加VFD，可以使电机实现随罗茨鼓风机负载变化的功率输出，增加流量变送器后实现精确跟踪，适用范围广。国内外有很多成功的例子可供参考。改造前几乎不需要测试，技术改造成功率高，节电效果也最理想。但改装维护复杂，改装技术要求高，改装资金最多。购买7.5kw四台VFD约13000元(国产)，整个技改费用约20000元(含人工费)。资金投入大，回收周长(大概需要一年时间回收技改成本)。

将电机改为△启动和Y运行的特殊运行模式。

(1)、适用于速度选择和计算:

从罗茨风机的工作原理和爆炸需求的介绍可以看出，该泵的出口流量可以大大降低，并且该泵的出口流量与其转速、泵输入轴的功率和单位排气量成正比，是一种容积式空气泵。因此，从上述数据可以推断出，风机每转的送风量为:

考虑到公司投产后的需求，取最大爆炸性气体量，储备20%；

罗茨风机转速应为:

(2)检查罗茨风机的轴输入功率；

将电机改为△启动，Y运行后，从△/Y降压启动方式的原理可知，电机功率也会下降很多，是否适合罗茨风机1614r/min时的运行要求？

对于配套电机，虽然△启动Y运行后其轴的输出功率小了很多，但其铁芯提供的电磁功率可以达到7.5kw，也就是说我们可以把电机放在需要的功率点，前提是电机的相电流不大于8.8A，如果可行，电机运行方式不再是标准的△启动Y运行方式，而是△启动Y降压调速运行方式(如图2)；所以它的运行速度会略低于1480r/min。即当电机运行方式改为△启动，Y运行为特殊运行方式时，其轴输出功率应能满足Y接线方式下的要求，相电流不大于8.8A，转速满足罗茨鼓风机1614r/min的要求且稳定，绕组不过热等。，否则无法正常运行。

计算罗茨鼓风机轴功率需求的相应公式如下:

N = δ Pq/12240η η =(保持D2L/12240ηη)⊿Pn (3.2-11)

在这个公式(3.2-11)中，[(兀D2L/12240η η) η p]是这个泵型的制造常数，大约是一个不变量(η p会因转速的变化而略有不同)，所以变量只有N和N，所以这里[(兀D2L/12244)

N = g n(3.2-12)

因此，可用:

修改前后的关系可以表示为:g=N7.5/ n 7.5。

G=N变化/n变化

比较两个公式:n变化=N7.5 n变化/n 7.5

替代值:(3.2-13)

一般情况下，牵引电机的额定功率应大于机械负载所需的功率加上安全系数。因此，如上所述，技术改造后配套电机的功率如下:

6.05千瓦* 1.2 = 7.26千瓦(3.2-14)式中:n 7.5——罗茨风机所需的当前输入轴功率(7.5 kW)；当转速从N变为N时，罗茨风机所需的输入轴功率(kW );7.5-当前泵轴转速(2000转/分)；

N change变化时泵轴所需的转速(r/min)kw；

G -泵型制造常数；[d2l/12240μ)⊿p]= g；

δP-罗茨风机进/出口压差；

q-泵废气流量；

η-分别为容积和机械传动效率；

电机的安全系数为1.2；

罗茨风机的转速只有1614转/分。因为带传动，在选择合适的传动比(< 1480 r/min)后仍可使用，但电机绕组会过载(在13A测得)，所以不能使用。好在这个标定量是在最大污水处理量，电机可以恢复原来的运行模式，所以原来的电机还是可以用的。同理，我们可以计算出最小排污量的相关量。

实际修改

因此，电机绕组Y接线方式相电流为8.9A A时对应的VFD罗茨风机实测转速，基于水箱内实际送风效果，考虑罗茨风机低速时内部间隙的流量损失，确定罗茨风机转速为1200r/min。改造后测得电机电流为8.7A，接近绕组额定电流，所以Cos￠(实测值为0.89)也与改造前相当。从而将7.5kw的三角形接法电机成功改造为Y型接法电机，大大降低了电机的功率，达到了省电的目的。

这里要补充一点，电机转速并没有下降太多，所以它的散热不是问题。

由于篇幅原因，前面已经定性分析了实际节能情况，这里就省略数据了。

技术改造工程于去年3月完成，耗时10天。整个装修只花了2000多块钱(才500多块)，是VFD的十分之一。现在已经投产四年半了，当初确定的排气量，到今天生产基本正常后，仍能合格用于污水处理所需的供气。就维修而言，不增加工作量和成本，而是节省了四套轴承(每台机器一套)，即一套由两年左右改为四年半不用更换。

摘要

这个例子说明，节能的不仅仅是变频调速。如果采用变频调速，可以节约能源。但由于设备工况相对稳定，连续运行多年，节能效果和经济性会大打折扣。因此，在确定设备节能技术改造方案时，要充分了解和分析设备当前的实时运行状态，尽量选择经济、简单、有效的方案，并留有一定的变动余地，避免效果不佳或频繁变动。