电机节能

2020-03-03 12:41:39 来源：范文大全收藏下载本文

电机节能

电机是拖动风机、泵、压缩机、机床、传输带等各种设备的驱动装置，广泛应用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用设施、家用电器等多个行业和领域，是用电量最大的耗电机械。其用电量占全社会总用电量的60%以上，占工业总用电量的75%左右。近年来在国家政策的支持下，我国电机能效水平得到不断提高，但总体看能效水平仍然较低，我国电机效率平均水平比国外低3-5 个百分点，电机系统运行效率比国外先进水平低10-20 个百分点，大量在用的低效电机造成了电力和能源的巨大浪费。

电动机广泛应用于拖动风机、泵、鼓风机、空气压缩机、制冷机和机床、传送带等机械传动装置及其他各类电气设备，是量大面广的终端耗能大户。据统计，2010 年我国各类电动机年耗电量达2.38 万亿kWh 以上，约占全国用电量的57%。是名副其实的“用电大户”。

电机耗能巨大，节能潜力大。目前，我国电机保有量约17 亿千瓦，总耗电量约3 万亿千瓦时，占全社会总用电量的64％，其中工业领域电机总用电量为2.6 万亿千瓦时，约占工业用电的75％。世界各国和国际组织都将提高电机能效作为重要的节能措施，电机系统节能已成为全球共同关注的重大焦点问题。

2.工业电机的使用现状

近年来，在国家政策的支持下，我国电机能效水平不断提高，但总体看能效水平仍然较低。据测算，工业领域电机能效每提高一个百分点，可年节约用电 260 亿度左右。通过推广高效电机、淘汰在用低效电机、对低效电机进行高效再制造，以及对电机系统根据其负载特性和运行工况进行匹配和节能改造，可从整体上提升电机系统效率5-8 个百分点，年可实现节电1300～2300 亿度，相当于 2~3 个三峡电站的发电量。目前，我国电机及系统在应用过程中存在下列主要问题：

高效电机的占有率不足5%；

大量在用电机能效水平比国家强制性能效标准（GB18613－2012）能效限定值低3－5 个百分点；

系统匹配不合理，“大马拉小车”现象严重，设备长期低负荷运行；

系统调节方式落后，风机、泵类大部分仍采用机械节流调节方式；

风机、泵、压缩机等设备系统运行效率比国外先进水平低10%～20%。

在进行电机节能改造中，较为普遍的问题是，我们往往把电机和所拖动的设备分开考虑，却经常忽视系统匹配问题，即没有把电机和电机系统看做一个整体，来分析系统的需求、系统的匹配、系统的效率等，这就是造成我国电机系统运行效率比国外先进水平低较多的主要原因。

所谓高效电机，是指具有高效率的通用标准型三相异步电动机。目前在我国，只有效率达到或超过GB18613-2012 规定的2 级能效的电动机，才能称为高效电机。因此，高效电机系统的基本要求有两方面：一方面要求构成系统的每一部分，在完成系统所赋予的特定工作任务之外，均要降低损耗提高效率，进而提高整个系统的效率；另一方面则要求各部分的参数匹配协调，使得整个系统的最高效率。

根据欧盟《提高高效电动机和驱动的市场份额》—即SAVEⅡ研究报告显示，工业用电动机消耗电能占其工业用电消耗的73%。其中，欧盟工业部门中各电机驱动系统消耗电能的比例为：泵类22%，风机16%，空压机18%，制冷压缩机7%，输送机2%，其它电机为35%，即风机、泵类、压缩机类共占总消耗电能的63%。

风机的分类

按工作原理不同，风机可分为叶轮式和容积式两大类。前者包括离心式风机和轴流式风机，后者包括活塞式风机和旋转式风机。按排气压力的高低，风机可分为通风机压力在0.15 大气压力以下、鼓风机压力在0.15～3 个大气压力之间和压缩机压力在3 个大气压力以上等三类。

风机系统的节能措施 1）高效风机置换技术

一些离心风机，主板采用轻型钢板，外缘加上折边以加强结构刚度，轮毂轻量化设计，侧盖板流线型设计，以旋压方式制作风机入风口，集流器，增加进口端长度这样可以改善风机进口的流场和叶轮流道，从而提高风机的效率，降低电能消耗。一些大中型轴流风机，叶片采用可装卸式，叶片角度可按需调节，不同的系统可以采用不同叶型和不同材质的叶轮，上述都是高效风机。

采用高效风机实际上就是根据现有的系统的工况点，以及风机的特性曲线，校核风机的运行效率。然后在此基础上进行风机置换的改造。以高效率、低能耗的风机来置换运行效率差，能耗高的风机，以达到节约能源的目的。

我国国产风机样本上标注的风机效率一般都在55%左右，而实际上由于各个方面的原因其实际运行的效果大概在40-45%左右。而现在高效风机的标注效率可以高达80%上，若扣除传动以及系统的损失等原因，风机的效率至少可以维持在77%以上的效率。其节能的效率在20%以上。

高效风机的置换主要针对中央空调系统，系统管网比较复杂的煤矿通风系统，锅炉鼓风机系统等。 2）风机的变频节能技术

当风机负载有经常性交化或有明显季节性交化时，可采用调速办法来解决，如多速电机，变频器调速技术等。调速是风机技术改造中广泛使用的一种方法，通过调速使风机性能曲线移动，相当于变成许多不同容量的风机，来适应负荷的变化，使风机运行尽量处于高效区域，减少节流损失。变频器调速技术内置PID 调节功能，可对转速实现无级调节；另外，还可实现大电机的起停，避免了启动时的电压冲击，同时降低了对电网的容量要求和无功损耗，是目前主流的调速技术。

3）风机的叶型和结构改造技术

随着风机生产工艺的进步，对风机本体改造的可能性也越来越大，我们可以通过以下方面的考虑来对风机系统进行改造：

（1）风机的设计、工艺制造、原材料使用近年来有较大的革新，如采用机翼型的4-72 通风机效率已达90%以上，比一些旧的低效风机效率提高很多。因此风机的改造以采用高效型叶轮代替旧的低效风机叶轮，原有风机外壳和电机仍可使用。如一台Y9-57-lno-16 风机，参照4-72-11 机型叶片，用10 只叶片代替旧风机32 只前弯叶片，功率从30kW 下降到21kW，全年节电58000kWh。轴流风机采用玻璃钢或铝合金扭曲型叶片代替Y-12 型平板叶片，效率可提高40%以上。（2）风机的结构改造可改善风机气流的流动状态，提高效率，可以改进进气室的结构，采用流线型集流器代替一般圆柱形集流器，效率提高8%左右：采用对数螺旋形外壳；控制蜗壳舌部与叶轮之间的间隙；保持一定的扩散角；轴流风机加装集流罩、集流罩、整流罩，效率可提高8～10%。（3）轴流风机可更改叶片角度，满足变工况要求。 4）风机系统集中控制技术

对于一些造纸、石化对通风要求比较高的行业和工艺场所，一般的风机都是以群配置的。如果系统负荷不稳定，负荷变化比较大的情况下，我们可以考虑应用风机系统集中控制技术。

风机系统集中控制技术，可以考虑工艺的实时工况，根据末端的对风量和风压的实际需求，按照设定的周期，实时的调整风机的开启台数以及风机运行的工况，使系统能够尽量长时间的处于高效区运行，以提高系统效率，使风机功耗降至较低水平。

5）送风管网优化技术

通过对管网系统的综合评估，实行对管网的优化，减少送风过程中的能耗，降低系统设备的能耗，以达到节能的目的。对现有系统进行实地的勘察、具体检测，在此基础上进行管网改造，具体包括：

风管泄漏问题改造；

风管保温改造；

风管管网局部阻力改造；

风管清洗。

送风管网改造的对象涉及到中央空调的通风系统，工厂通风系统，锅炉风系统等等。

水泵的分类

与风机一样，水泵也是一种流体机械，属于生产设备，它能够把外界输入的能量转变为液体的势能和动能，而使液体的能量提高。

按工作原理和结构的不同，水泵可以分为速度型，如离心泵、轴流泵等叶轮泵：体积型，如往复泵、回转泵等容积泵。离心式泵按叶轮级数可分为单级泵和多级泵。按扬程高低来分，有单级扬程低于20 米水柱的低压泵；20～100 米水柱的中压泵；大于100 米水柱的高压泵。按叶轮吸入口方式有单吸及双吸之分。本部分主要介绍离心式、轴流式泵，输送的介质以工业允许使用的清水或类似清水的液体为限。

提高泵系统效率的措施

由于选型不当，管道设计、安装不合理，维护检修不良，使用管理落后以及设备陈旧等原因，造成了泵效率的降低，经现场调研和效率测试，有很多水泵的效率低于《GB/T13469-2008 离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵系统经济运行》规定的70%要求，电力浪费严重。如经过重新选型、叶型改造、多级泵抽级、切割叶轮、转速调节等方式进行改造，一般能节电20%～30%。

运行中的水泵由于水泵种类、性能、应用场合、使用工况、管道布置等均不相同，因此低效水泵改造主要从提高水泵的运行效率和减少节流损失着手，达到水泵经济运行，节约用电的目的。主要改造方法如下： 1）低效泵的更换

对于一些由于制造工艺结构等原因而效率较低，或因年久失修的水泵和属淘汰的水泵，当原有水泵处于其特性曲线所标识的高效区域，但其运行效率比较低时均可以采用重新选型的方法，用新的高效水泵去替换，使新水泵在输出与原有水泵相同的流量和扬程时，水泵的输入功率比原来有所减少，从而达到节能目的。 2）置换与系统不匹配的水泵

针对目前工矿企业流体介质输送系统和中央空调循环水系统普遍存在“大流量、低效率、高能耗”的状况，按最佳工况运行原则，建立专业水力数学模型和参数采集标准，通过检测复核当前运行的工况参数和设备额定参数，准确判断产生高能耗的各种原因，准确找到最佳的工况点，并提出最佳的匹配方案；然后通过整改、消除不利的因素，按最佳的运行工况参数，选择合适流量和扬程的水泵来替换目前处于不利工况、低效率运行的水泵，消除因系统配置不合理而引起的高能耗，以达到最佳的节能效果。 3）叶轮切削

水泵叶轮切削技术是一种把水泵的原叶轮外径在车床上切削得小一些，再安装好进行运转的节能技术。经过切削后的叶轮，其特性曲线就按一定的规律发生变化。

切削量的选择是基于大量试验资料的基础上而进行的。如果叶轮的切削量控制在一定限度内时，则切削前后水泵相应的效率可视为不变。但叶轮的效率也会使水泵的效率有所降低，因此切割叶轮时，要逐次切割，避免一次切割过多的现象。

4）采用调速调节，减少节流损失

当泵负载有经常性变化或有明显季节性变化时，可采用调速办法来解决，如多速电机、变频调速等技术。调速是泵技术改造中广泛使用的一种方法，通过调速使水泵性能曲线移动，相当于变成许多不同容量的水泵，来适应负荷的变化，使水泵运行处于高效区域，减少节流损失。变频调速可实现无级调节，另外，还可实现大电机的启停，避免了启动时电压冲击，同时降低了对电网要求和无功损耗，是目前主流的调速技术。 5）优化管化，定期维修

尽量减少管道突变的连接和拐弯；拆除不必要的挡板；增加导向叶片；及清除管道水垢，减少阻力。

定期检查水泵，更换已被磨损的叶轮；保持密封良好；清洗流道，减少流道损失。

空压机系统的种类

空压机是将原动机的机械能转换成气体压力能的装置。根据工作原理不同，空压机分为容积型和动力型两大类。容积型空压机把一定的空气先吸入到气缸里，继而在气缸中强制缩小其容积，当达到一定压力气体时便被强制从气缸中排出。容积型空压机可以细分为许多种类，其中往复式及螺杆式空压机目前应用最为广泛。动力型空压机，又称速度型空压机，其工作原理是将气体的动能转化为压力能，主要有离心式和轴流式两种，其中离心式空压机比较常见。空压机的基本分类如图6-5 所示。根据压缩机级数不同，往复式空压机分为单级空压机和多级空压机，而多级空压机以两级为主。根据作用方式往复式空压机有单作用和双作用两种。通常情况下，单作用空压机的比功率范围为7.8 到8.5kW/(m3/min)，而双作用空压机为5.3 到5.7kW/(m3/min)。

螺杆式空压机可以分为单级和两级螺杆式空压机，在压缩相同质量流量的压缩空气时,两级压缩机的效率高于单级压缩空压机。螺杆式空压机又可以分为喷油型和无油型两种，喷油螺杆式空压机主要用于普通工业供气场合，无油型螺杆空压机通常用于食品，制药以及电子行业。一般而言，喷油螺杆式空压机的比功率范围为5.7 至6.7kW/ (m3/min)，无油螺杆式空压机的比功率范围为6.4 至 7.8kW (m3/min)。

当系统流量需求比较大时通常会采用离心式空压机，其流量可达3000m3/min 甚至更大。其比功率范围从大约5.7 到7.1kW(m3/min)。当容量超过45m3/min 时且作为基本负载时，离心式空压机在效率和运行成本方面比大型的螺杆式压缩机具有一定优势。

空压机系统的节能措施 1）提高空压机自身效率

提高空压机自身的运行效率是保证压缩空气系统高效运行的最基本的要求，主要是通过对现有空压机的组成部件进行周期性保养或用高效机组替换原有机组的方式达到。根据产品供应商要求对现有机组进行及时地保养对于维持机组的高效运行非常关键，一种能够指导压缩机能否得到很好维护的最好办法就是定期测试压缩机的功率、排气压力和流量，如果空压机在一定的排气压力和流量情况下的功率消耗增加了，则表明其效率已经下降。目前随着压缩机技术的不断进步，空压机效率也在逐步提高，如双级压缩螺杆式空压机。企业可以考虑在进行产品更新时选择效率比较高的空压机，则会达到非常好的节能效果。

采用提高空压机自身效率的方法来提高整个压缩空气系统的运行效率方法比较简单易行。

对系统进行定期保养来保持空压机高效运行适用于任何机组，而用高效机组替代现有机组则更适用于企业对一些老的空压机进行更新换代时进行。 2）空压机集中控制系统技术

空压机中央控制系统就是根据系统压力和需求变化，通过中央控制系统的分析来控制不同容量和控制方式空压机的启动／停止、上载/下载和容积变化等等，可以保持系统一直有合适数量和容量的空压机处于运行状态，维持系统供气压力的稳定和整个系统高效运行。

中央控制系统的特点是技术含量高，可以协调控制整个空压机系统的高效运行。与人为控制的空压机的运行相比，压力控制精度更高，对于系统需求变换做出反应的时间更及时，可靠性更高。

中央控制系统特别适合于在多台空压机同时运行的场合，如果系统负荷变化范围越大节能效果越明显。 3）压力流量控制技术

任何一个压缩空气系统的流量负荷都是动态变化的，有时变化非常巨大，这通常会造成系统供气压力的大范围频繁波动。所有压缩空气系统都具有保持系统正常运行的最低压力，一旦系统供气压力超过最低压力，那么系统将正常运行，系统供气压力设定再高则会导致系统耗气量和空压机能耗的增加。系统供气压力每增加0.1MPa 将会使系统多消耗14%的压缩空气量。为了保证系统供气一直满足所有生产的正常运行，通常企业会抬高整个系统的供气压力，使系统压力波动的最低点在大负荷事件发生时仍然高于最高用气压力要求设备的压力需求值。这就导致了在其它时段内系统供气压力高于系统实际的压力需求，系统耗气量随之增加，最终使空压机能耗增加。压力流量控制系统安装于供气侧（空压站）和用气侧（用气设备之间，其作用类似于水库出口的水坝，利用其前后的压力差和其上游配备的储气罐存一定量的空气在系统中，从而保证系统负荷波动时系统仍然以恒定的供气压力向系统供气，从而可以控制系统的耗气量，使系统在供应侧和需求侧达到动态的平衡的同时，系统的耗气量最少。

压力流量控制器可以保持压缩空气系统在任何情况下的供气压力稳定通常

在±0.07MPa 范围内，而一般压缩空气系统的压力波动范围通常0.07MPa，有的甚至超过0.3MPa。这样可以减少系统人为虚假用气量和系统泄漏量、提高系统储气能力和供气可靠性。

压力流量控制器适用于压力波动大的系统，对于用气设备现场无减压控制的系统效果更好。 4）变频调速技术

空压机变频调速技术目前主要应用于螺杆式空压机中，变频器控制通常低速启动，系统正常运行时，变频器通过检测安装在系统中（通常在干储气罐）的压力传感器信号，作为变频器恒压调节的反馈量，与变频器内的设定压力值相比较，经过计算得出变频器所需频率信号，自动调节电机转速，达到所需压力。当系统检测点的压力低于设定压力时，变频器输出频率升至50Hz，空压机电机转速达到最高。当变频器控制电机转速达到最低系统压力还高于设定值时，空压机开始下载。通常在安装变频控制后，系统原有的各项保护功能（如水压、油压过低保护等）及故障报警、运行状态等显示功能，另有手动，自动运行功能，可以实现工频和变频运行之间的切换。与离心式风机、水泵不同，空压机属于恒转矩，其功率与转速并非成三次方关系，而是近似一次方的关系。每个压缩空气系统的负荷都是不断交化的，这就意味着在每个压缩空气系统中至少有一台空压机处于调节状态，螺杆式空压机的卸载功率通常为其加载功率的30-40%。对现有处于部分负载状态的空压机进行变频控制，不但可以节省空压机的空载功耗，还可以维持系统供气压力的稳定，减少系统虚假负荷和泄露量，提高系统供气可靠性。

空压机变频技术改造目前主要应用于螺杆式空压机改造中，特别是喷油螺杆空压机中。需要注意的是，与水泵和风机变频不同，在一个不同容量的多台空压机并联运行系统中，通常只对一台空压机进行变频改造即可，但由于有的压缩空气系统的负荷变化范围比较大，对哪台空压机进行变频改造需要对系统负荷特性进行全面的测试评估才能决定。如果出现了选择性错误，则很难达到预期的效果。

GB/T 13466-2006 交流电气传动风机（泵类、空气压缩机）系统经济运行通则

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GB/T 16665-1996 空气压缩机组及供气系统节能监测方法

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