CN107046357A - 星轮调速节能系统 - Google Patents

Abstract

星轮调速节能系统，涉及风机调速领域。本发明是为了解决现有的大、中功率设备调速方式存在体积大、安装占用空间、运行效率低、对高压电机影响大、能源浪费严重的问题。风机通过一号风机联轴器与星轮调速器的调速输出端连接，星轮调速器的高压调速输入端通过二号风机联轴器连接高压主电机，星轮调速器的低压调速输入端通过膜片联轴器连接低压调控电机，高压主电机转速恒定，通过调节低压调控电机旋向和转速来调节星轮调速器的调速输出端的转速，实现风机调速运行。它用于风机调速。

Description

星轮调速节能系统

技术领域

本发明涉及星轮调速节能系统。属于风机调速领域。

背景技术

AN28e6(V19+4°)型吸风机固定风量为861120m³/h，风压3430Pa，配带1600kW电机，电机转速为746r/min，电压6000V。当电机以恒定不变的速度运行时，风机风量和压力也固定；根据每个时段的不同对所需风量进行调速节能改造，改变各阶段风量，不但能满足实际工况的要求，更能节省资源和能源，创造更大的经济效益。

目前普遍使用的大、中功率设备调速方式主要是液力耦合器调速、电磁耦合调速和变频调速三种方式，但是现有的变频调速调速方式比较落后，电磁耦合调速和液力耦合器调速存在体积大，安装占用空间、运行效率低、使用寿命短、对高压电机影响大、成本高，能源浪费严重等的缺陷。

发明内容

本发明是为了解决现有的大、中功率设备调速方式存在体积大、安装占用空间、运行效率低、对高压电机影响大、能源浪费严重的问题。现提供星轮调速节能系统。

星轮调速节能系统，它包括风机、一号风机联轴器、低压调控电机、高压主电机、星轮调速器、膜片联轴器和二号风机联轴器，

风机通过一号风机联轴器与星轮调速器的调速输出端连接，星轮调速器的高压调速输入端通过二号风机联轴器连接高压主电机，

星轮调速器的低压调速输入端通过膜片联轴器连接低压调控电机，

高压主电机转速恒定，通过调节低压调控电机旋向和转速来调节星轮调速器的调速输出端的转速，实现风机调速运行。

根据星轮调速节能系统，它还包括散热器、油泵、进油管、回油管、油箱和过滤器，

油泵的吸油口插入油箱，将油箱内的润滑油泵入进油管中，进油管的外部设置有散热器，散热器，用于对进油管内的润滑油进行冷却，冷却后的润滑油再经过过滤器滤出润滑油中的杂质，而后冷却去杂后的润滑油由进油管出口输送到星轮调速器内部为星轮调速器润滑，润滑油在星轮调速器内部润滑后经回油管流回油箱。

本发明的有益效果：

本申请的星轮调速节能系统可实现大功率设备低速(调控转速)启动，调速方式简单， 有效缓解了设备启动电流对电网的冲击，不产生高次谐波，无电网污染，抗强磁冲击能力强。

本申请的星轮调速节能系统的结构有如下特点：

①机电一体化综合调速。只要改变低压调控电机的旋向或转速，星轮调速器输出轴的转速就会随之改变，从而实现调速的功能。

②以小调大、功率分率、运动合成。通过控制小功率低压调控电机实现驱动高压电机设备调速运行，容易实现自动控制，维护操作方便，调速费用低；调控电机多样化，除采用一个速度的标准电机外，还可采用低压小功率变极调速、变频调速、电磁调速、小型直流调速等电机。

③双向调速、高效节能。既可使设备转速高于电机额定转速、亦可低于电机额定转速，因此可按工况和性能要求设计最合理的设备转速，在一定范围内不受电机额定转速的限制，又使电机材料单位重量传递的功率平均提高1.6倍以上，节材效益显著。

④实现大功率、大扭矩调速。主要适用于功率300kW～6000kW高压电机驱动的风机、水泵、空压机以及磨机、矿井提升机等重载传动设备的调速运行，亦可取代传统的减速器。

⑤与同类产品对比：

目前普遍推广使用的大、中功率设备调速方式主要是液力耦合器调速、电磁耦合调速和变频调速3种方式，具体比较优势如下表(由于液力耦合器技术老旧，在下表不做比较)。

星轮调速器与其它调速方式的比较优势

附图说明

图1为具体实施方式所述的星轮调速节能系统的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的星轮调速节能系统，它包括风机1、一号风机联轴器2、低压调控电机7、高压主电机9、星轮调速器10、膜片联轴器12和二号风机联轴器13，

风机1通过一号风机联轴器2与星轮调速器10的调速输出端连接，星轮调速器10的高压调速输入端通过二号风机联轴器13连接高压主电机9，

星轮调速器10的低压调速输入端通过膜片联轴器12连接低压调控电机7，

高压主电机9转速恒定，通过调节低压调控电机7旋向和转速来调节星轮调速器10的调速输出端的转速，实现风机调速运行。

本实施方式中，实现风机调速的数学模型为：n_风机＝i_H·n_主电机±i_k·n_调控电机，其中i_H、i_k为星轮调速器内固定传动比,n_风机、n_主电机、n_调控电机分别为风机、主电机、调控电机转速。

产品制造及安装说明：

机电一体化星轮调速系统包括星轮调速器、低压调控电机、低压控制柜、滑油系统组 成。安装星轮调速设备时，将现在的风机电机端基础重新制作成满足加装调速器的整体基础，制作槽钢焊接的整体公用底座，风机基础不动，电机基础加长1.8米制作成整体基础作为安装调速器位置。该机组安装调试完毕后，主电机还是额定转速运行，(主电机和控制柜不更换)通过调控电机对风机转速进行无极调速。

节能算例：

已知：AN28e6(V19+4°)型吸风机额定流量Q₀＝861120m³/h，风压额定风压H₀＝3430Pa，风机效率η_风机＝70％。

额定工况轴功率Pe＝Q₀×H₀/3600/1000/η_风机＝1172kW

满足入口阀门开度为25％时的风机工况节能分析

(1)调节入口阀门开度运行时的电动机功率计算，其中电动机指高压主电机9：

当入口阀门开度为25％时，风机轴功率Pe₁＝58％Pe，电动机效率η₁＝92.5％。

电动机消耗功率P₁＝Pe₁/η₁＝58％Pe/92.5％＝62.7％Pe。

(2)调速运行时的电动机功率计算：

调速调节风机风量时，轴功率、流量、转速的关系为Pe₁/Pe₂＝(Q₁/Q₂)³＝(n₁/n₂)³，

式中：Pe₁为入口阀门开度为25％时，风机轴功率，单位为kW；

Pe₂为调速运行时，风机轴功率，单位为kW；

Q₁为入口阀门开度为25％时，风机流量，单位为m³/h；

Q₂为调速运行时，风机流量，单位为m³/h；

n₁为入口阀门开度为25％时，风机转速，单位为rpm；

n₁为调速运行时，风机转速，单位为rpm；

风机轴功率Pe₂＝(51％)³Pe，此时高压电机效率η₂＝40％，调速器的机械效率η_调＝96％。

电动机消耗功率P₂＝Pe₂/η₂/η_调＝(51％)³Pe/96％/40％＝34.5％Pe。

(3)节能率计算：

节能量ΔP＝P₁-P₂＝62.7％Pe-34.5％Pe＝28.2％Pe

节能率：ΔP/P₁＝28.2％Pe/62.7％Pe＝45％

按每天工作24小时、每年工作360天、每度电0.6元计算：

每年节约电费：28.2％×1172×24×360×0.6＝1，713，333(元)。

满足入口阀门开度为41％时的风机工况节能分析

(1)调节入口阀门开度运行时的高压电机功率计算：

当入口阀门开度为41％时，风机轴功率Pe₁＝65.6％Pe，电动机效率η₁＝94.5％。

电动机消耗功率P₁＝Pe₁/η₁＝65.6％Pe/94.5％＝69.4％Pe

(2)调速运行时的电动机功率计算：

调速调节风机风量时，轴功率、流量、转速的关系为Pe₁/Pe₂＝(Q1/Q2)³＝(n1/n2)³，

式中：Pe₁为入口阀门开度为41％时，风机轴功率，单位为kW；

Pe₂为调速运行时，风机轴功率，单位为kW；

Q₁为入口阀门开度为41％时，风机流量，单位为m³/h；

Q₂为调速运行时，风机流量，单位为m³/h；

n₁为入口阀门开度为41％时，风机转速，单位为rpm；

n₁为调速运行时，风机转速，单位为rpm；

风机轴功率Pe₂＝(72.4％)³Pe，电动机效率η₂＝82％，调速器的机械效率η_调＝96％。

高压电机消耗功率P₂＝Pe₂/η₂/η_调＝(72.4％)³Pe/96％/82％＝48.2％Pe。

(3)节能率计算：

节能量ΔP＝P₁-P₂＝69.4％Pe-48.2％Pe＝21.2％Pe

节能率：ΔP/P₁＝21.2％Pe/69.4％Pe＝30.5％

按每天工作24小时、每年工作360天、每度电0.6元计算：

每年节约电费：21.2％×1172×24×360×0.6＝1,288,037(元)。

通过使用本申请的星轮调速系统，可以取得显著的节能效果。满足25％风机入口阀门开度工况时，节能率45％，年节电费1，713，333元；满足41％开度工况时，节能率30.5％，年节电费1,288,037元，节能效果显著，按常用工况计算，成本不到1年即可收回。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的星轮调速节能系统作进一步说明，本实施方式中，它还包括散热器3、油泵4、进油管5、回油管6、油箱8和过滤器11，

油泵4的吸油口插入油箱8，将油箱8内的润滑油泵入进油管5中，进油管5的外部设置有散热器3，散热器3，用于对进油管5内的润滑油进行冷却，冷却后的润滑油再经过过滤器11滤出润滑油中的杂质，而后冷却去杂后的润滑油由进油管5出口输送到星轮调速器10内部为星轮调速器10润滑，润滑油在星轮调速器10内部润滑后经回油管6流回油箱8。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的星轮调速节能系统作进一步说明，本实施方式中，星轮调速器10由两套减速机构组成，两套减速机构并联或者串联组成，这样便将两种旋转运动合成多自由度和多轴联动的调速运动，

一个减速机构由一级或两级行星机构组成的主功率行星齿轮减速机构，

另一个减速机构由锥齿轮副和行星齿轮结构组合的副功率行星减速机构。

本实施方式中，星轮调速器采用两套通用化和标准化的减速机构并联或串联组成。一套减速机构是由一级或两级行星机构组成的主功率行星齿轮减速机构，该机构具有高精度的、内外啮合的、多排圆柱齿轮、双自由度的特点；另一套减速机构是由锥齿轮副和行星齿轮结构组合的副功率行星减速机构。两套减速机构串联组合获得两个相互牵联的主功率传动比i_H和副功率传动比i_K，这样便将两种旋转运动合成多自由度和多轴联动的调速运动。

Claims (3)

1.星轮调速节能系统，其特征在于，它包括风机(1)、一号风机联轴器(2)、低压调控电机(7)、高压主电机(9)、星轮调速器(10)、膜片联轴器(12)和二号风机联轴器(13)，

风机(1)通过一号风机联轴器(2)与星轮调速器(10)的调速输出端连接，星轮调速器(10)的高压调速输入端通过二号风机联轴器(13)连接高压主电机(9)，

星轮调速器(10)的低压调速输入端通过膜片联轴器(12)连接低压调控电机(7)，

高压主电机(9)转速恒定，通过调节低压调控电机(7)旋向和转速来调节星轮调速器(10)的调速输出端的转速，实现风机调速运行。

2.根据权利要求1所述的星轮调速节能系统，其特征在于，它还包括散热器(3)、油泵(4)、进油管(5)、回油管(6)、油箱(8)和过滤器(11)，

油泵(4)的吸油口插入油箱(8)，将油箱(8)内的润滑油泵入进油管(5)中，进油管(5)的外部设置有散热器(3)，散热器(3)，用于对进油管(5)内的润滑油进行冷却，冷却后的润滑油再经过过滤器(11)滤出润滑油中的杂质，而后冷却去杂后的润滑油由进油管(5)出口输送到星轮调速器(10)内部为星轮调速器(10)润滑，润滑油在星轮调速器(10)内部润滑后经回油管(6)流回油箱(8)。

3.根据权利要求1所述的星轮调速节能系统，其特征在于，星轮调速器(10)由两套减速机构组成，两套减速机构并联或者串联组成，这样便将两种旋转运动合成多自由度和多轴联动的调速运动，

一个减速机构由一级或两级行星机构组成的主功率行星齿轮减速机构，

另一个减速机构由锥齿轮副和行星齿轮结构组合的副功率行星减速机构。