沥青混凝土搅拌设备变频器节电解析

沥青混凝土搅拌设备的装机容量较大，电机的运行形式多样，按负载类别分既有一般的恒转矩负载，又有风机类平方转矩，还有势能类负载；按运行方式分既有连续运行，又有周期性短时间运行等。依据设备的运行要求，采用现代先进的控制技术，既能实现节能又能降低生产成本。

1.风机泵类负载

沥青混凝土搅拌设备的引风机和鼓风机都属于这一类负载。在设计过程中一般参考火电设计规程SDJ-79规定，鼓风机、引风机的风量裕度分别为5%和5%~10%，风压裕度分别为10%和10%~15%。由于管网的阻力很难计算，并考虑长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总把系统的最大风量和风压的裕量作为选型的依据 。按照这个要求计算出要求的风量和风压数值，然后查询风机手册，寻找最接近且不小于计算值的风机，一般比计算值大20%~30%，有的厂家甚至达到50%。在设备实际运行中，部分厂家设备的引风机风门仅仅开在50%即可满足需求。

依据流体理论，转速与风量成一次方关系，即n1/n2＝Q1/Q2，风压与风量成二次方关系，即H1/H2＝(Q1/Q2)2，轴功率与风量成三次方关系，即P1/P2 ＝(Q1/Q2)3。由此可知调节风机转速可以实现风量的调节，节约电能。节电数值依据以下公式计算：

对风机、泵类部件，当使用挡板风门调节流量时，驱动电机输入功率PL 与流量Q的关系：                                                                                                (1)

采用调速调节流量时，驱动电机输入功率PL，与流量Q的关系：

                                                                                                            (2)

式中： Pe为额定流量时电机的输入功率；Qe为额定流量。

流量Q=(0.5～1)Qe时，采用变频调速调节流量和挡板调节流量相比，节约的电能为：

                                                                   (3)

节电率K1为：

                                                                     (4)

由(1)式可知，当Q假设使用的流量Q=0.8Qe时，由(2)、(3)、(4)式得：

节电量:

节电率：

即36.2%

对引风机利用变频器进行改进，除了变频器外，基本上不需要增加其他器件，简单方便，易于实现。鼓风机由于调节燃烧器火焰的需要，必须保证一定的风压，不同的燃烧要求的风压也不相同，若参数选择不匹配，往往造成火焰短粗、发散，影响燃烧效率，烧坏尾箱和滚筒，因而对鼓风机的改造要三思而后行。

2.沥青循环泵

在沥青混凝土搅拌设备中的沥青循环泵比较特殊，没有节流阀。如用变频器改变其运行状态，不仅能节约大量的电能，而且能够减少沥青循环泵的磨损。改进前沥青循环泵一直满负荷运行，当需要称量沥青时，转动沥青三通阀，向称量沥青桶内注入沥青；称量结束，三通阀复位，沥青回流到沥青罐中。一个配料周期一般为45?s，沥青称量时间一般仅为15?s左右，其余30 s白白消耗电能，即2/3的电能浪费了。利用变频器进行配料时，沥青循环泵满负荷运转，配料间歇，沥青循环泵保持最小功率运行，保证需要时迅速实现快速配料。沥青循环泵一般为齿轮泵或螺杆泵，其运行效率正常93％～98％，内泄率正常为2%～7%，因此我们一般选10%的额定转速。在此情况下，消耗的电能为：

                                                                                        (5)

节约的电能为：

                                                                                   (6)

节电率为：              

                                                                                                        (7)

3.势能类负载变频器节能计算

沥青混凝土搅拌设备中，势能类负载可能用变频器节能改造的电动机，只有成品仓卷扬电动机，而且具有投资较少，节能效果较好的特点。该机工艺运行过程为：运料小车在搅拌器下接料完毕，卷扬启动，向上运行到卸料位，卷扬停止并卸料，卸料结束后卷扬反向启动，小车下行到接料位，开始下一个循环周期。

卷扬由运行到停止的过程中，运行速度由一定速度V逐渐减少到零，卷扬驱动电动机工作在发电制动状态下时，动能转换成电能，消耗在制动电阻上，这部分能量完全可以通过变频器附加电能回馈器，把原来消耗在电阻上的电能回馈到电网中。小车下行中，卷扬电动机克服重力做功，势能转化为电能，这部分能量也可以通过变频器附加电能回馈器，把原来消耗在电阻上的电能回馈到电网中。为了便于推导和计算，我们作以下假设：

运料小车的质量为M(单位kg)，每次料的质量为m(单位kg)，运料小车上下行最高速度为V(单位 m/s)，轨道和钢丝绳的摩擦系数假设一律为μ，成品仓的高度为h。

小车上行过程中，电动机做功为：

                                                                                                          (8)

式中：                  ，E1为系统动能；                                                       (9)

，E2为系统动能；                                                                            (10)

g为重力加速度，取 g = 9.81，则：

                                                                                         (11)

假设轨道与地面的夹角α一样，轨道一般都是多折的，为便于计算，取α=45°

由于车轮在轨道上滚动，故取 μ=0.001，这样（11）式变为：

                                                                                       (12)

      因E3远小于E2，故式（8）可简化为：

                                                                                                                 (13)

在无电能回馈器的系统中，动能E1在减速制动减速过程中，产生的电能，全部消耗在制动电阻上，而利用电能回馈器可以把电能回馈到电网中，供其他电器使用。

小车下行过程中，与(13)式的推导一样，电动机做功简化为：

                                                                                                                 (14)

式中:

                                                                                                                  (15)

                                                                                                                      (16)

从上面三算式可知，电动机输出负功，即电动机工作在制动发电状态。小车的势能转化为电能和自己的动能，而小车的动能在逐渐停止的过程中，也逐渐转换成电能。在以往无电能回馈器的系统中，动能E1在减速制动减速过程中产生的电能，全部消耗在制动电阻上，白白浪费掉。故在小车上、下行过程中消耗的电能为：

                                                                           (17)

利用电能回馈器可以把电能回馈到电网中，假设电动机和变频器系统的效率为100%，那么，系统消耗的能量为：

式中，速度V经历了由0到最大再到0的过程，电能转化为动能后又转化为电能，故最终V=0，即：

                                                                                                      (18)

节能率为：(19)

现以LQC240沥青站为例，计算节能率。小车的质量M=4?000?kg，运输成品料的质量m=3?000?kg，成品仓高h=10 m，运行速度平均v=2 m/s，用19式算得：K₁=72.9%。由此可见，沥青混凝土搅拌设备旁置式成品仓采用能量反馈系统可以节约大量的电能。

(作者地址：江苏省徐州市金山桥开发区桃山路1号  徐工集团工程机械股份有限公司科技分公司   221004)