風機性能曲線

風機性能曲線是用以表示通風機的主要性能參數(如風量L、風壓H、功率N及效率η)之間關係的曲線稱為風機特性曲線或風機性能曲線。

基本介紹

• 中文名：風機性能曲線
• 外文名：Fan performance curve
• 描述：風機性能曲線
• 套用：通風機
• 學科：化工原理

概念

風機性能曲線是用來表示通風機的主要性能參數，如風量Q、風壓H、功率N及效率η之間關係的曲線。通風機的特性曲線通常有三個坐標軸：風機的壓力、風量、功率。為了使用方便，通風機的特性曲線通常包括(轉速一定)全壓隨風量的變化、靜壓隨風量的變化、功率隨風量的變化、全效率隨風量的變化和靜效率隨風量的變化。

混編擬合風機性能曲線研究

火力發電廠中風機的運行狀況直接關係到電廠的安全、經濟運行。在選擇風機時，一般把運行工況點控制在性能曲線的高效區內，以獲得較好的經濟性。利用性能曲線還可以分析風機內部的流動情況，積累資料，找出規律，作為設計和修改新老產品的依據，也可以作為相似設計的基礎。由於對葉輪內的各項損失尚不能用分析方法精確地進行計算，使得風機的性能曲線也就不能用分析方法精確地計算出來，通常是由試驗方法求得。通過風機性能試驗得到風機在不同流量時對應的風機全壓、軸功率和效率值，利用數據擬合方法得到風機性能曲線。

VisualBasic是在Windows操作平台上的主力程式語言之一，它避開了C++編程過分繁瑣和抽象的缺點，語言容易上手，界面容易設計，但是對予數值計算方面其能力欠佳。而Matlab語言可以提供與矩陣有關的強大的數據處理和圖形顯示功能，為軟體開發人員在程式編制過程中實現數值計算和圖形顯示新添了又一行之有效的開發平台。但Matlab的界面功能比較弱，給友好界面的開發套用或軟體演示系統帶來不便。為了提高工程計算軟體的開發效率和質量，鑒於上述兩個軟體的各自特點，可採取把VB可視化功能和Matlab計算功能相結合的辦法，充分利用各自的特點進行混合編程，即用VB來設計界面作為主程式，調用Matlab編寫的子程式，以此開發出高質量、高性能的軟體系統。其實現的過程有多種，研究採用ActiveX自動化技術實現VB調用Matlab，編制了基於最小二乘法的風機性能曲線擬合軟體。

比例定律

當已知風機轉速為n₀時的性能曲線，欲求轉速為n時的性能曲線時，其相似工況點的參數應該滿足式下式：

Q/Q₀=n/n₀

p/p₀=(n/n₀)

p/p₀=(n/n₀)

式中腳標“0”代表樣本條件。所以套用比例定律(在轉速相差不超過20%情況下)可以實現如下功能：

（1）根據已知風機的試驗性能曲線推算與該風機相似的風機的性能曲線；

（2）根據風機在某一狀態下的工作參數，換算成其他工作狀態下的工作參數(在密度不變的情況下，僅限於轉速改變)，即理論繪製風機的性能曲線。

實現VB調用Matlab

ActiveX自動化協定是一種允許一個應用程式(控制端)去控制另一個應用程式(伺服器端)的協定。由於VB支持ActiveX自動化控制端協定，Matlab支持ActiveX自動化伺服器端協定，通過建立VB和Matlab之間的ActiveX自動化連線，就可實現VB應用程式中調用Matlab的命令、向Matlab傳送或從Matlab接收矩陣數組。

（1）創建ActiveX對象

在WindoWS註冊表中，Matlab的ActiveX對象名為“Matlab．Application”。在VB應用程式中創建ActiveX對象的具體步驟如下：

Dim Matlab As Object

Set Matlab=Create Object(“Matlab．Application”)

（2）ActiveX對象的操作

在VB應用程式中創建了Matlab的ActiveX對象後，就可以使用這個對象所包含的各種方法來實現對Matlab的調用。Matlab．Application對象主要含有3種方法，它們是Execute、GetFullMatrix和PutFullMatrix。主要使用Execute方法，其語法為BSTR Execute(BSTR Command)，其中參數Command為要Matlab執行的命令字元串；運行結果以字元串返回，圖形則以Matlab圖形視窗的形式顯示。

誤差分析

以風機轉速1450r/min時為例，風機流量和全壓的擬合值和試驗值見表1。

表1 流量與全壓數據(n=1450r/min)

由表1中數據可知，風機p—qv性能曲線擬合的誤差在1%以內，符合一般情況下風機性能曲線的擬合誤差要求。如果需要提高擬合曲線的精度，可增加測試點數目，並且保證選擇的測試點能最好地反映風機工作時的主要性能。

研究結論

研究基於最小二乘法，採用Matlab與VB混編，編制了風機性能曲線擬合軟體，實現了風機性能曲線擬合的可視化。軟體操作簡單、易於修改，具有通用性。採用Matlab處理風機性能試驗得到的試驗數據，提高了計算的精度與速度；利用Matlab與Ⅶ的混合編程，得到不同轉速時風機p—qv性能曲線的表達式和曲線圖，並對擬合數據進行了誤差分析，結果顯示，擬合誤差在1%以內，符合精度要求。

基於風機特性曲線的實時最佳化指導

風機是電廠的重要輔機設備，包含引風機、送風機、一次風機等，這些設備直接關係到電廠的安全運行。根據2013年度全國火電機組能效對標及競賽資料數據，對於600MW超臨界機組，僅一次風機、送風機、引風機3項耗電率，就達到1.37%，占生產廠用電率的30%左右。對於1000MW的超超臨界機組。則達到了1.42%，約占生產廠用電率的33.5%。所以風機的安全經濟運行，直接關係到電廠綜合煤耗的降低。

風機在出廠時。會附帶相應的風機性能曲線圖。有的電廠進行了風機性能試驗，得出了更準確的風機性能曲線圖。對於大部分風機運行人員，無法了解當前設備所處的工況位置，更難根據風機的性能曲線圖來配合調整鍋爐的燃燒，通過調整風機的動葉或靜葉開度、流量，儘可能使風機運行在高效的性能點上。

效果圖與功能

系統通過一副畫面的方式展示，便於對比分析。從圖1可知，系統由性能曲線、實時監控參數兩部分組成。

（1）性能曲線

性能曲線是根據風機的實時流量值、全壓值，將最近兩分鐘的數據，分別對應在風機性能曲線圖上，如圖1中的散點。這樣風機運行人員就可以知道最近兩分鐘內，風機所運行工況處在性能曲線圖的位置、相應的設計效率(或者試驗效率)、動葉開度是多少。並可以直觀了解到如果進一步調整動葉開度，會導致風機的流量增加多少，相應的全壓會增加多少，效率會變化多少。因為有的電廠流量測點常常存在著比較大波動，所以將最近兩分鐘的數據零散的分布在性能曲線圖上，這樣能更準確判斷出風機的工況位置。一般將風機動葉的設計開度範圍分配到DCS的0—100%的分布區間，以便於運行人員進行調節。可以根據需要將風機的性能曲線圖中的開度值轉換為DCS的開度值。

圖1 風機性能綜合效果圖

（2）實時監控參數

實時監控參數展示的是風機相關參數，其中部分測點是通過後台實時計算出來的。這裡面不僅包含經濟參數(第一列)，還包含安全參數(第二列)。有的風機流量測點受限於吸入口管道的布置，流量測點不準。這時就需要對流量測點進行校正。如表2，某1000MW機組的風機參數，通過不同工況下的物理測點值、流量的校驗值、以及其比例係數，擬合成曲線，如圖2。這樣由現場每一個變送器測量的物理測點值，即第二行的值，通過擬合公式，就可以得到相應係數，該係數乘以測得的物理測點值，就是實際真正校驗後的實時流量值。對於風機效率的計算，是依據((DLT469—1992電站鍋爐風機現場試驗規程》來計算的。

圖2 擬合曲線圖

研究結論

有效利用風機性能曲線圖，將風機的流量、全壓對應到相應的風機性能曲線圖上．使風機運行人員實時掌握風機所處的狀態位置。這樣運行人員就可以知道自己操作對風機的影響，例如調整流量、動/靜葉開度會使風機效率朝著哪個方向變化，全壓朝著哪個方向變化。變化大約是多少。運行人員在預估完工況變化附帶的其他設備性能的變化後，就可以朝著最優工況的方向調節。比如在保證總風量一定、磨煤機一次風需要的前提下。儘可能調整一次風機、送風機的配比，使風機性能效率的變化、排煙溫度的變化達到綜合性能最優。

表2 風機效率計算表