CN106704241A - 一种风机稳定运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风机稳定运行控制方法，包括如下步骤：(1)、画出风机在不同转速下Q风量与H压力之间的转速曲线n；(2)、画出最大压力运行曲线S0；(3)、画出安全运行控制曲线S1；(4)、设定风机安全运行缓冲区；(5)、调整风机，本发明使得风机在风机安全运行缓冲区内运行，且运行安全可靠，有效避免风机运行在不稳定区域所引起的逆流、喘振、失速等各种问题，提高系统运行的安全可靠性，并且可以实现系统运行中为防止安全问题而采取的能源浪费，实现节能效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种风机运行控制方法。
背景技术
轴流风机和混流风机是依靠它的风量来完成通风换气的过程的，因此在很多时候我们都需要考虑轴流风机和混流风机风量的大小，要想掌握轴流风机和混流风机风量的控制，就先要从影响轴流风机和混流风机风量的几个因素做起，如管道特性、温度、湿度、压力等因素，把每一种影响因素都控制在有效合理的范围内，那么轴流风机和混流风机的风量就不难调节控制了，轴流风机和混流风机在运行中和轴流风机和混流风机的转速有着不可分割的关系，轴流风机和混流风机的转速也会影响到风量的大小。
随着工业化的进一步发展，轴流风机和混流风机市场也将发生翻天覆地的变化，智能化、高适应性、低耗性是未来风机的主要发展趋向。风机的可控化是未来风机市场上具有竞争力的主要产品，通过微变的感应系统及电力控制系统，随时监控风机的工作效果，能够智能地做出适应性调整，如：当空气中所需风力过大时，风机自动降低输入功率，这样一来不仅仅能够有效地保障工作的进行，一定程度上节约能源，还能做到随时监控和运行安全的作用。
轴流风机和混流风机的喘振，失速和抢风的发生都是由于风道阻力增大，促使轴流风机和混流风机运行在不稳定工况区域工作造成的。
喘振，顾名思义就象人哮喘一样，轴流风机和混流风机出现周期性的出风与倒流，严重的喘振会导致轴流风机和混流风机叶片与轴承的疲劳损坏，造成事故，直接影响安全运行。喘振时出现如下现象：风机出气管内气流噪声异常；出口压力和进口流量剧烈波动；风机吸风口处温度突然升高；风机出现剧烈振动。由于喘振时振动强烈，甚至管道系统也会发生振动，这种振动对风机危害巨大，严重时会使风机完全损坏。
当轴流风机在小流量区中运行时，气流流入叶栅的正冲角增大，使叶片背面气流产生脱离，并逐渐向背弧方向传播从而形成旋转失速，在小流量区域旋转失速形成一个区，称为旋转失速区。
旋转失速使叶片产生交变应力而导致疲劳破坏，它不易从外观上发现，只有叶片经受长期疲劳达到极限时，才出现严重破坏，所以这种破坏是很危险的。
另外，当轴流风机和混流风机在不稳定工况区内发生喘振时可能出现的则是旋转脱流或称旋转失速现象。喘振与失速这两种工况是不同的，但是它们又有一定的关系。当轴流风机和混流风机发生失速时，失速轴流风机和混流风机的压头、流量、电流大幅降低；失速轴流风机和混流风机噪声明显增加，严重时机壳、风道、烟道发生振动；与轴流风机和混流风机“喘振”不同，轴流风机和混流风机失速后，风压、流量降低后不发生脉动。
逆流：若送风系统的压力突然高于风机的排出压力，而风机的逆止阀又失灵时，送风系统中的气体就会向正在运行的风机倒流，这种现象就是逆流。
抢风，是指并联运行的两台轴流风机和混流风机，突然一台轴流风机和混流风机电流(频率)上升，加一台轴流风机和混流风机电流(频率)下降。如果在调整时操作不当可能导致轴流风机和混流风机电机超电流而烧坏。并且严重时会引发喘振，扩大事故。
喘振、失速、逆流和抢风等现象都是因为，风机运行在不稳定运行区域所引起的，如果可以控制风机系统不运行在该区域即可避免以上问题发生。
目前避免以上问题出现的方法，主要是通过大量的监控设备，对运行状况进行监控，如果出现问题后，及时改变系统运行要求，或通过人为方式进行改变，达到避免上述问题发生的方法，通常需要大量设备和人力进行参与，成本较高，维护也比较困难，后续维护成本也较高，所以对该问题的研究，具有重要的意义。人为干涉一般通过调节叶片或者放空、放风等方式进行操作，或者通过调节叶片方式，通过降低风机系统的工作效率的方式来实现；放空或者放风则是通过管路和阀，把多余的风释放掉，无论哪种方式都是通过降低效率或泄放能量来实现的，造成了极大的浪费，如何通过控制方式实现节能，也是具有重要意义的。
发明内容
本发明的目的是克服现有产品中的不足，提供一种风机稳定运行控制方法。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种风机稳定运行控制方法，所述控制方法用于控制风机，所述风机通过控制器MCU进行控制，所述控制方法包括如下步骤：
(1)、画出风机在不同转速下Q风量与H压力之间的转速曲线n，Q为X轴，H为Y轴；
(2)、画出最大压力运行曲线S0；
(3)、画出安全运行控制曲线S1：将不同转速下的转速曲线n的极点所对应的压力值的95％画垂直H轴的直线，该直线与不同转速下的转速曲线n的交点通过曲线连接形成安全运行控制曲线S1；
(4)、设定风机安全运行缓冲区：将步骤(3)中的交点所对应的压力值的1.015倍画垂直H轴的直线，将此时的直线与不同转速下的转速曲线n的交点通过曲线连接形成曲线S2，将步骤(3)中的交点所对应的压力值的97.5％画垂直H轴的直线，将这条直线与不同转速下的转速曲线n的交点通过曲线连接形成曲线S3，所述曲线S2与曲线S3之间区域为风机安全运行缓冲区；
(5)、调整风机：所述风机设定的运行转速为nm，启动风机，风机的风量逐渐增大，风机运行沿着曲线S3进行转速加速调整，所述转速加速步长为6r/min-9r/min，使得风机在安全运行缓冲区内运行为止，此时风机安全稳定运行，风机在安全稳定运行期间内若负荷变化则进行安全稳定运行状态自适应控制，否则若风机的风量再增加，则转速再增加，直到风机调整运行到设定的转速nm曲线上为止，此时风机正常运行，若风机的风量减小时，风机按照转速nm曲线进行调整，当风机运行超过曲线S2时，即风机运行在曲线S2左边时，则风机进行小步长减速，直到风机在安全运行缓冲区内运行为止，此时风机安全稳定运行，风机在安全稳定运行期间内若负荷变化则进行安全稳定运行状态自适应控制，否则若此时风机的风量再次减小时，此时风机按照转速nm曲线进行调整，若风机运行到曲线S2左边时，则风机进行大步长减速，直到风机在安全运行缓冲区内运行为止，此时风机安全稳定运行，风机在安全稳定运行期间内若负荷变化则进行安全稳定运行状态自适应控制，当风机需要停机时，风机的风量减小，转速逐渐减小，并保证风机一直在风机安全运行缓冲区减速，直到风机停机，当风机在停机减速时，风机沿着曲线S2进行调整，直到风机转速减小到零为止。
所述小步长为6r/min-9r/min。
所述大步长为9r/min到12r/min。
所述画出转速曲线n的一种方法为通过调节不同的转速，进行测试，记录相应的等速曲线的工况点数据即转速、压力、风量和功率，然后把所有的点通过曲线连接起来，即为在不同转速下的转速曲线n。
画出转速曲线n的另一种方法为根据风机设计的额定状态下的特性曲线进行取点，取点数量满足转速曲线n形状来选取，根据坐标算出对应点的流量和压力，转速递变按照50r/min进行，再根据变化前风量与变化后风量的比值等于变化前转速与变化后转速的比值得出不同转速下的转速曲线n。
所述画出最大压力运行曲线S0的一种方法为将步骤(1)中的不同转速下的转速曲线n的极点通过曲线连接而成。
所述画出最大压力运行曲线S0的另一种方法为根据步骤(1)中其中一个转速曲线n中的数据，找到该转速的最大压力的工况点，通过风机压力、风量、转速之间的关系，确定其他不同转速情况下最大压力的工况点，将不同转速情况下最大压力的工况点通过曲线连接而成。
所述控制方法用于控制轴流风机或混流风机。
所述安全稳定运行状态自适应控制为若负荷增加时则风机按照此时的转速曲线进行运行，当风机运行到控制线S3时，转速提高，直到风机调整运行到设定的转速nm曲线上为止，此时风机安全稳定运行，否则负荷减小时，则降低转速，使得风机运行到曲线S2右侧为止，则风机安全稳定运行。
本发明的有益效果如下：通过本发明的风机稳定运行控制方法使得风机在风机安全运行缓冲区内运行，且运行安全可靠，有效避免风机运行在不稳定区域所引起的逆流、喘振、失速等各种问题，风机通过本发明的控制方法可以节省通过放空或放风以及风叶调节等造成的大量能源浪费，达到节能的效果。
附图说明
图1为风机的转速曲线n、最大压力运行曲线S0、安全运行控制曲线S1、曲线S2与曲线S3的曲线图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步说明：
如图1所示，一种风机稳定运行控制方法，其特征在于，所述控制方法用于控制风机，所述风机通过控制器MCU进行控制，所述控制方法包括如下步骤：
(1)、画出风机在不同转速下Q风量与H压力之间的转速曲线n，Q为X轴，H为Y轴；所述画出转速曲线n的一种方法为通过调节不同的转速，进行测试，记录相应的等速曲线的工况点数据即转速、压力、风量和功率，然后把所有的点通过曲线连接起来，即为在不同转速下的转速曲线n,如图1中n1、n2、n3、n4、n5。
画出转速曲线n的另一种方法为根据风机设计的额定状态下的特性曲线进行取点，取点数量满足转速曲线n形状来选取，根据坐标算出对应点的流量和压力，转速递变按照50r/min进行，再根据变化前风量与变化后风量的比值等于变化前转速与变化后转速的比值得出不同转速下的转速曲线n。
变化前风量与变化后风量的比值等于变化前转速与变化后转速的比值的推理过程如下：
由于粘性流体在泵与风机中的流动情况相当复杂，无法进行精确计算。进行最佳设计时需要进行试验，如果以实型泵进行试验，往往难以进行。利用相似原理可以将模型的试验结果换算到实型泵或风机上，这样就经济可行了。
物理现象相似：对于同类的物理现象，在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例。在风机中，它们满足几何相似、运动相似以及动力相似，则它们必定是相似的。公式(1)、公式(2)、公式(3)分别表示风机的风量、压力和功率的相似换算公式。公式中的Q、H、P分别表示风量、压力和功率，n表示转速、D表示直径。下标p表示需要换算的不同风机，有下标的字母为该风机对应的工况点。
两台相似的泵或风机，Dp＝D、ρp＝ρ，但np≠n。
因此从公式4可以得出：变化前风量与变化后风量的比值等于变化前转速与变化后转速的比值。
(2)、画出最大压力运行曲线S0；
所述画出最大压力运行曲线S0的一种方法为将步骤(1)中的不同转速下的转速曲线n的极点通过曲线连接而成，如图1所示，不同转速下的转速曲线n的极点为a1、a2、a3、a4、a5。
所述画出最大压力运行曲线S0的另一种方法为根据步骤(1)中其中一个转速曲线n中的数据，找到该转速的最大压力的工况点，通过风机压力、风量、转速之间的关系，确定其他不同转速情况下最大压力的工况点，将不同转速情况下最大压力的工况点通过曲线连接而成。
(3)、画出安全运行控制曲线S1：将不同转速下的转速曲线n的极点所对应的压力值的95％画垂直H轴的直线，该直线与不同转速下的转速曲线n的交点通过曲线连接形成安全运行控制曲线S1；如图1所示，该直线与不同转速下的转速曲线n的交点为ac1、ac2、ac3、ac4、ac5。
(4)、设定风机安全运行缓冲区：将步骤(3)中的交点所对应的压力值的1.015倍画垂直H轴的直线，将此时的直线与不同转速下的转速曲线n的交点通过曲线连接形成曲线S2，将步骤(3)中的交点所对应的压力值的97.5％画垂直H轴的直线，将这条直线与不同转速下的转速曲线n的交点通过曲线连接形成曲线S3，所述曲线S2与曲线S3之间区域为风机安全运行缓冲区；
(5)、调整风机：所述风机设定的运行转速为nm，启动风机，风机的风量逐渐增大，风机运行沿着曲线S3进行转速加速调整，所述转速加速步长为6r/min-9r/min，使得风机在安全运行缓冲区内运行为止，此时风机安全稳定运行，风机在安全稳定运行期间内若负荷变化则进行安全稳定运行状态自适应控制，否则若风机的风量再增加，则转速再增加，直到风机调整运行到设定的转速nm曲线上为止，此时风机正常运行，若风机的风量减小时，风机按照转速nm曲线进行调整，当风机运行超过曲线S2时，即风机运行在曲线S2左边时，则风机进行小步长减速，直到风机在安全运行缓冲区内运行为止，此时风机安全稳定运行，风机在安全稳定运行期间内若负荷变化则进行安全稳定运行状态自适应控制，否则若此时风机的风量再次减小时，此时风机按照转速nm曲线进行调整，若风机运行到曲线S2左边时，则风机进行大步长减速，直到风机在安全运行缓冲区内运行为止，此时风机安全稳定运行，风机在安全稳定运行期间内若负荷变化则进行安全稳定运行状态自适应控制，当风机需要停机时，风机的风量减小，转速逐渐减小，并保证风机一直在风机安全运行缓冲区减速，直到风机停机，当风机在停机减速时，风机沿着曲线S2进行调整，直到风机转速减小到零为止。安全稳定运行状态自适应控制为若负荷增加时则风机按照此时的转速曲线进行运行，当风机运行到控制线S3时，转速提高，直到风机调整运行到设定的转速nm曲线上为止，此时风机安全稳定运行，否则负荷减小时，则降低转速，使得风机运行到曲线S2右侧为止，则风机安全稳定运行。
所述小步长为6r/min-9r/min。
所述大步长为9r/min到12r/min。
所述控制方法用于控制轴流风机或混流风机。
通过本发明的风机稳定运行控制方法使得风机在风机安全运行缓冲区内运行，且运行安全可靠，有效避免风机运行在不稳定区域所引起的逆流、喘振、失速等各种问题，风机通过本发明的控制方法可以节省通过放空或放风以及风叶调节等造成的大量能源浪费，达到节能的效果。
需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。总之，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种风机稳定运行控制方法，其特征在于，所述控制方法用于控制风机，所述风机通过控制器MCU进行控制，所述控制方法包括如下步骤：
(1)、画出风机在不同转速下Q风量与H压力之间的转速曲线n，Q为X轴，H为Y轴；
(2)、画出最大压力运行曲线S0；
(3)、画出安全运行控制曲线S1：将不同转速下的转速曲线n的极点所对应的压力值的95％画垂直H轴的直线，该直线与不同转速下的转速曲线n的交点通过曲线连接形成安全运行控制曲线S1；
(4)、设定风机安全运行缓冲区：将步骤(3)中的交点所对应的压力值的1.015倍画垂直H轴的直线，将此时的直线与不同转速下的转速曲线n的交点通过曲线连接形成曲线S2，将步骤(3)中的交点所对应的压力值的97.5％画垂直H轴的直线，将这条直线与不同转速下的转速曲线n的交点通过曲线连接形成曲线S3，所述曲线S2与曲线S3之间区域为风机安全运行缓冲区；
(5)、调整风机：所述风机设定的运行转速为nm，启动风机，风机的风量逐渐增大，风机运行沿着曲线S3进行转速加速调整，所述转速加速步长为6r/min-9r/min，使得风机在安全运行缓冲区内运行为止，此时风机安全稳定运行，风机在安全稳定运行期间内若负荷变化则进行安全稳定运行状态自适应控制，否则若风机的风量再增加，则转速再增加，直到风机调整运行到设定的转速nm曲线上为止，此时风机正常运行，若风机的风量减小时，风机按照转速nm曲线进行调整，当风机运行超过曲线S2时，即风机运行在曲线S2左边时，则风机进行小步长减速，直到风机在安全运行缓冲区内运行为止，此时风机安全稳定运行，风机在安全稳定运行期间内若负荷变化则进行安全稳定运行状态自适应控制，否则若此时风机的风量再次减小时，此时风机按照转速nm曲线进行调整，若风机运行到曲线S2左边时，则风机进行大步长减速，直到风机在安全运行缓冲区内运行为止，此时风机安全稳定运行，风机在安全稳定运行期间内若负荷变化则进行安全稳定运行状态自适应控制，当风机需要停机时，风机的风量减小，转速逐渐减小，并保证风机一直在风机安全运行缓冲区减速，直到风机停机，当风机在停机减速时，风机沿着曲线S2进行调整，直到风机转速减小到零为止。
2.根据权利要求1所述一种风机稳定运行控制方法，其特征在于，所述小步长为6r/min-9r/min。
3.根据权利要求1所述一种风机稳定运行控制方法，其特征在于，所述大步长为9r/min到12r/min。
4.根据权利要求1所述一种风机稳定运行控制方法，其特征在于，所述画出转速曲线n的一种方法为通过调节不同的转速，进行测试，记录相应的等速曲线的工况点数据即转速、压力、风量和功率，然后把所有的点通过曲线连接起来，即为在不同转速下的转速曲线n。
5.根据权利要求1所述一种风机稳定运行控制方法，其特征在于，画出转速曲线n的另一种方法为根据风机设计的额定状态下的特性曲线进行取点，取点数量满足转速曲线n形状来选取，根据坐标算出对应点的流量和压力，转速递变按照50r/min进行，再根据变化前风量与变化后风量的比值等于变化前转速与变化后转速的比值得出不同转速下的转速曲线n。
6.根据权利要求1所述一种风机稳定运行控制方法，其特征在于，所述画出最大压力运行曲线S0的一种方法为将步骤(1)中的不同转速下的转速曲线n的极点通过曲线连接而成。
7.根据权利要求1所述一种风机稳定运行控制方法，其特征在于，所述画出最大压力运行曲线S0的另一种方法为根据步骤(1)中其中一个转速曲线n中的数据，找到该转速的最大压力的工况点，通过风机压力、风量、转速之间的关系，确定其他不同转速情况下最大压力的工况点，将不同转速情况下最大压力的工况点通过曲线连接而成。
8.根据权利要求1所述一种风机稳定运行控制方法，其特征在于，所述控制方法用于控制轴流风机或混流风机。
9.根据权利要求1所述一种风机稳定运行控制方法，其特征在于，所述安全稳定运行状态自适应控制为若负荷增加时则风机按照此时的转速曲线进行运行，当风机运行到控制线S3时，转速提高，直到风机调整运行到设定的转速nm曲线上为止，此时风机安全稳定运行，否则负荷减小时，则降低转速，使得风机运行到曲线S2右侧为止，则风机安全稳定运行。
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