生产负压风机_利用变频器低速特性快速查找风机故障工业自动化消

1. 故障现象
    1999年8月中旬某天夜晚10点许，我电位化工分厂三鼓冷工段一台正在运行的160m3/min的罗茨风机（风机型号为LG - 700×830 - 2，配用JS128 - 10、130kW电机）忽然发生故障，所配用的三菱MT - A140E - 132K型变频器保护动作停机，此时变频器机身面板上LED显示为“E.OC3”，即过流断路故障。经当班操纵工切换，将故障风机退出运行，启用另一台备用风机，焦炉生产恢复正常。
2. 监查分析
    经现场调查分析，当时的生产工艺参数压力、流量等均在正常范围内，未有异常变化；风机所配用的130kW电机长期工作负荷一直很稳定，且负载率只有70%左右。根据变频器过流保护动作分析，故障发生在风机设备上的可能性很大。但此台风机体积大、质量重，很难立即正确查找出故障点究竟在何部位。按以往的常规检查方法，需要3 ~ 4名维修工对风机作解体检查，处理后再重新组装，这样至少要一整天时间，费时费力。
    我们根据现有条件，设想用变频器低速拖动风机旋转，通过风机内可能产生的异常声响来判别故障的种类要方便得多。
    我们在现场用所配用的三菱变频器从0Hz开始逐步加至10Hz，然后缓慢加志20Hz，最后至30Hz止；再从30Hz缓慢减至20Hz，然后10Hz以下，反复多次。其间，我们细心观察电机、风机的运转状况，电机无异常，但发现风机齿轮箱内部在低频率10 ~ 20Hz运转时，内部发出烦闷的周期性异常声响。这样反复多次试验，很快判别并确定风机齿轮箱内有机械故障。
3. 故障修复
    经维修工打开齿轮箱盖后发现，在箱内有一小铁块，两只齿轮中的一只齿轮的齿角被碾坏，形成一个不规则的缺口毛边平面。据此分析，齿轮箱内两咬合的齿轮在较高速运转过程中，被小铁块卡住，在较大的转动惯性力作用下被碾过造成齿轮损坏，并使变频器发生过流保护动作停机。维修工将损坏的齿轮缺口毛边锉平整理修复后，风机很快恢复了生产运行。该故障风机从检查到修复，前后仅用了2个多小时。用这种方法检查判别风机等大型设备故障，既方便又省时省力。

　岗位职责

　　在生产班长的直接领导下，与推焦、装煤、拦焦、上升管工等岗位密切配合。进行消烟除尘，安全顺利地完成出炉计划。

　　岗位安全操作要点

　　1、上岗前必须穿戴齐劳动保护用品。

　　2、 交接班时对设备各系统进行全面检查，作好交接班记录。

　　3、 开车前应先给信号后动车，并注意前方是否有人或其它障碍。

　　4、 工作中禁止与他人说闲话，更不准做其他工作，注意力要集中。

　　5、 设备运转时各部位不能进行加油、清扫、检修、工具不能乱放。

　　6、 消烟车向端台行走时要减速行车。

　　7、 行车途中，不准任何人上、下车。

　　8、 升降导套在下位时不得开动车辆。

　　9、非本岗位人员严禁开车操作。

　　10、检修电器要由专业人员进行，配电室非专业人员不得入内。

　　11、在操作当中发生故障时，立即通知班长及值班长，联系有关岗位并配合及时修复。

　　12、必须在出焦前才能揭盖，如果推焦装煤车或消烟车风机供水系统出现故障短时间不能排除，消烟车应开回端台。

　　操作规程

　　1、出焦前将消烟车开到即将出炉的炭化室上对位。

　　2、人工打开消烟孔盖。

　　3、通知上升管工关闭桥管翻板，然后使导套下降到位，然后开启水泵，再启动风机。

　　4、开始装煤时，在机侧吸口处提前点火。

　　5、装煤结束，推焦车对上炉门后，提起升降套筒，关严消烟孔盖，严禁冒烟冒火。

　　6、消烟完成后，先停风机电机，必须保证整个系统内无烟尘，后停水泵。

　　7、将消烟车开到下一出炉号。

　　技术要点

　　1、消烟车司机应尽量提前在推焦之前对好位进行预热，先不要开风机和水泵。

　　2、开始推焦后方可开启风机和水泵。

　　3、焦侧升降套筒要放到底，机侧套筒可以适当调整高度。

　　4、开始装煤时应提前在机侧点火。

　　5、装煤完毕关闭大盖时要先关机侧孔再盖焦侧孔。

　　6、关闭孔盖后延后10―20秒左右停止风机和水泵。

　　7、尽量在风机完全停止后再行走。

　　设备维护与保养

　　1、按照巡检制度要求每班对设备进行巡检，并做好记录。

　　2、做好设备的日常维护保养工作，对日常维护保养和设备运行情况作好记录。

　　3、走行装置轴承，链传动等润滑零部件，应定期注油，保持润滑良好，走行电机每六个月更换一次润滑油。

　　4、 注意检查制动器的磨损情况，当闸瓦磨损量为原厚度的1/2时必须更换。

　　5、配合电工定期检查电器设备零部件，如配电室内部接触器，行程开关，制动器信号，限位开关等是否灵敏，电机的滑环和炭刷的接触情况是否良好。

　　6、检查仪表是否灵敏可靠，显示是否准确。

　　7、每班清扫一次设备卫生。

　　O 引言

　　轴流通风机级 ( 本体 ) 效率高，但噪声和出口速度大；动能占全压的 30%~50% 。因此，必须安装扩散筒―塔及消声器来回收动能及降低噪声，所以对装置风机 ( 即有集流器、扩散筒―塔及消声器等器件 ) 效率影响极大。

　　长期以来，关于对旋装置风机效率的说法不一，效率相差 50% 左右，分歧极大，文献 [1] 认为对旋风机在结构和原理上先进，在获得整直圆周方向速度分量的同时，并加给气流能量，从而达到普通轴流式通风机 不能 达到的高效率和高风压，对旋装置效率比 JBT 级效率高 8% ，可提高风压 10%~20% 。采用不同运行方式，可分级使用，一机多用，能较大幅度降低电耗，节能省电 [1] 。文献 [2] 认为由于对旋中没有导流器，效率应该高于双级轴流式是错误的。并在理论和试验中证明：对旋最高效率低 1%~2% [2] 。文献 [3] 认为对旋采用三元流动叶轮，高转速和加装消声器，可同时提高风机效率和压力，对旋 FBDII 系列由国家煤矿防尘通风安全产品质量监督检验中心风机实验室，按照 MT 755-1997 标准，对整机性能进行了检验 [3] 。结果表明：最高全压效率 85% ，比波兰高 8% ，比日本和国内厂家也高 3%~8% ，压力提高 10%~21% ，噪声低 3~8dB[ 注：不知是 A 声级还是比 A 声级，从其单位 dB 看是比 A 声级 L SA ] ，对旋装置风机达到 JBT 所 不能 达到的高效率、高风压及送风距离长，现场使用还表明：两台 JBT(28kW) 串联，送风距离只有 500m ，风量只有 100m 3 /min[ 笔者注：枣庄煤矿 1 台 JBT(11kW) 送风距离已达 3795m ，风量达 85.22m 3 /min] ，而采用 1 台 FBDII № 6/2 × 18.5 对旋，送风距离达 1300m ，出口风量 280m 3 /min ，至少节能约 30% ，运行效率高，运行两年节省电费就可收回风机的购置费，是矿用局部通风机理想的更新换代产品。

　　综上所述，对我国目前大量使用中的对旋通风机进行剖析探讨研究，弄清各性能参数 , 很有必要。

　　1  基本概念

　　在研究轴流通风机内的流动现象时，一般只对级 ( 本体 ) 进行分析，级是由叶轮和导叶组成。通常以级型式分析风机，双级高压轴流 ( 普通轴流式 ) 通风机的效率比对旋高 1%~2% ，指的是级 ( 本体 ) 的全压效率，

　　表达式： η = Qp / P 。只有效率高、高风压和大风量才有理论根据，比 A 声级 L SA = L A － 10lg( Q p 2 )+19.8 ， Q p 2 大， L SA 值就小。

　　效率有全压效率 η = Qp / P 、静压效率 η s = Qp s / P 和 级效率、装置效率、运行效率等，风机实际运行经济性不仅与风机本身效率高低有关，而主要取决于其压力特性和管网特性的匹配。只有运行效率高，才有实际的节 能效果 ， 全压效率大于静压效率,厂房负压风机，级效率大于装置效率，而装置效率又大于运行效率。国务院提出风机运行效率应达 70% 以上。

2  　对旋 FBDII 系列结构分析 ( 图 1)

　　在设计配有通风机的管网系统时，必须注意：在靠近通风机进、出口截面约两倍直径长度内，不应安装影响通风机进、出口截面气流均匀性的元 件。如不遵守这一原则，就会由于其进口或出口存在着不均匀速度场而大大恶化通风机的特性曲线。从图 1 知， FBD Ⅱ系列对旋式通风机，结构极其复杂庞大恰就违背这一原则。

　　从图 1 结构图知： FBD Ⅱ系列对旋式局部通风机，结构极其复杂庞大，结构设计不甚合理。例如：其叶轮 / 电机与主风筒之间构成的环形通道对气流的均直性影响很大，从而对风机性能影响也很大。

1、引言

　　电力资源是资源战略题目中的重中之重，是国民经济和社会发展的重要基础。风机是火力发电厂最重要的辅助设备之一，锅炉的四大风机的总耗电量约占机组发电量的2%左右。由于设计的考虑，而导致风机型号的层层加码，电站锅炉的风机的风量和风压富裕度达20%～30%是很常见的事情，因此对其开展节能减排，意义重大。

2、用户情况简介

　　青岛热电团体公司是国有独资大型热电联产企业，主要担负着为青岛市企、事业单位和居民供热及部分发电任务。

　　自1993年景立以来，形成了供热、发电、热力工程设计与施工、热力产品制造与经营、新型建材、房地产开发等多种产业并举的热电发展新格式。2001年公司推出“热到家”服务品牌，成为全国供热行业中首家注册服务商标的企业。

　　为了建设资源节约型和环境友好型企业，青岛热电股份有限公司决定对其1#、2#的75t/h煤粉炉的引风机开展变频改造，进一步降低能耗，进步企业的核心竞争力。

　　改造前，引风机采用风门调节，风门最大开度不超过60%。

　　引风机电动机的主要参数及运行数据如下：

3、现场控制要求及改造方案介绍

　　由于是厂内的第一例煤粉炉的引风机变频改造，厂家非常重视，作为一个交钥匙工程，同时也希看对其后的几台煤粉炉变频改造提供一个样本。除了对变频器本身的一些基本性能要求可靠外，还包括如下几项：

　　①变频装置有自动切换的电源旁路系统，采用一拖二控制，可使两台电机任意一台变频运行而另一台工频运行。

　　②要求提供远程控制后台（用户机组控制系统未采用DCS集控系统）。

　　③变、工频互切要求平稳可靠，保证锅炉不灭火、不产生正压、不会产生安全事故。

　　④变频转工频时风门由全开自动调整到合适角度的时间能满足实际工况的要求。

　　⑤变频故障且工频投进失败时，发出大联锁信号。

　　⑥两个切换柜之间、切换柜与开关柜之间闭锁试验满足要求。

　　经过厂家多方调研对比及招标，终极决定采用由广州智光电气股份有限公司生产的ZINVERT型系列智能高压变频调速系统，其改造方案如下图所示：

　　利用原备用开关柜做变频器的进线电源开关，增加两套自动切换柜做为变频器一拖二的选择及变频自动旁路运行切换系统。采用一台工频、一台变频运行方式：

　　选择M1变频;

　　切换柜1的J1、K1闭合，切换柜2的K2闭合，J2断开，同时变频器输出闭锁节点使M1电机进线断路器合闸回路切断;M2电机进线断路器可正常操纵;在确认J1、J2、M1进线断路器状态后答应闭合变频进线断路器，M1变频运行。

　　选择M2变频;

　　切换柜2的J2、K2闭合，切换柜1的K1闭合，J1断开，同时变频器输出闭锁节点使M2电机进线断路器合闸回路切断;M1电机进线断路器可正常操纵;在确认J1、J2、M2断路器状态后答应闭合变频进线断路器，M2变频运行。

　　为满足现场运行的以上要求，针对性的设计如下：

　　①提供有专用远控台，并根据用户要求，两个机组分别设有频率调节器，根据对应的电机变频运行时选择调节器。

　　②ZINVERT系统成熟的转速追踪技术，无冲击启动任何转速下的电机，可保证变、工频互切时锅炉不灭火、不产生正压、不会产生安全事故。

　　③变频转工频时需要风门全开自动调整到合适角度后切换，由于厂家的风门调节器无反馈信号，采用变频器来控制关风门的时间，通过现场试验、修改变频器控制器一个时间参数，很方便的选择最合适的关风门时间，保证了变、工频互切时电机、锅炉、机组的过渡平稳。

　　④增加了大联锁信号。一是变频器故障且电机工频投进失败，二是变频器电源母线失电且备用电源投进失败，而电机工频电源亦失电，三是变频器电源母线失电且备用电源投进失败，而电机工频投进亦失败，四是电机在工频运行时电机开关跳闸，几种情况下均发出大联锁信号。

　　⑤除了本身的电气互锁以外，还额外增加了切换柜与进线开关柜之间的互锁。如J1与J2互锁，J1与M1进线开关柜互锁，J2与M2进线开关柜互锁。

　　⑥根据用户要求，增设现场事故按钮，当现场发出紧急事故信号时，变频器会紧急停机，并同时发出大联锁信号。

　　通过以上的一些针对性设计，很好的满足了保证机组稳定、可靠运行的要求，所有功能均经过双方现场严格试验后，都达到了预期的效果。

4、改造后的节能情况

　　引风机变频器于2007年10 月正式投进运行以来，连续无故障稳定运行，节能效果明显。由于机组负荷变动，节能比例在一个范围内波动，经过对改造前、后几个月的引风机用电量比较，得出了节能比例在40%以上，当负荷低时，节能效果则更明显。

　　引风机变频改造前后的各一时段基本相同蒸发量情况下可比的运行均匀工况如下：

　　引风机采用变频改造后，体现出的以下效果令用户很满足：

　　1）节能效果明显：节能比例在40%以上。

　　2）噪音大大减小，改善运行职员的工作环境：采用变频调节后，由于通过调节电机转速实现调节，风门全开，风机、风管的噪音大大下降，现场运行职员反映良好。

　　3）设备运行与维护用度下降：采用变频调节后，由于通过调节电机转速实现节能，在负荷率较低时，电机、风机转速也降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期可加长，设备运行寿命延长。

　　4）网侧功率因数进步：采用高压变频调节系统后，电源侧的功率因数可进步到0.95以上，大大的减少无功功率需求，进步机组发电无功输出能力。

　　5）用高压变频调速装置后，可对电机实现软启动，启动时电流不超过电机运行额定电流的1.2倍,厂房屋顶电动排气设备，对电网无任何冲击，电机使用寿命增长。

5、结语

　　青岛热电团体公司#1、#2 机组引风机采用ZINVERT系列高压变频器节能改造，高压变频器设备投运至今运行稳定，明显的节能效果也为热电厂降低厂用电率，降低了发电本钱;运行效果显示，煤粉炉引风机采用高压变频调节，满足了炉膛风量风压控制要求，进步控制水平，保证了机组运行稳定性，说明对老式的煤粉炉进行高压变频节能改造是切实可行的。

参考文献

　　[1] 循环流化床锅炉设备及系统，朱皑强，芮新红编，北京，中国电力出版社，2004。

　　[2] ZINVERT系列高压变频调速系统培训教材，广州，广州智光电气股份有限公司，2006。