1、引 言
在工業(yè)生產、發(fā)電、居民供暖、和水泥制造業(yè)中，風機設備應用范圍廣泛;其電能消耗和諸如閥門、擋板相關設備的節(jié)流損失以及維護、維修費用約占到生產成本的7%～25%，是一筆不小的生產費用開支。隨著經濟改革的不斷深入，以及能源的危機，節(jié)能降耗業(yè)已成為降低生產成本、提高產品質量的重要手段之一。
一般情況下，采用風門調節(jié)的風機，在兩者偏離10%時，效率下降8%左右;偏離20%時，效率下降20%左右;而偏離30%時，效率則下降30% 以上。對于采用調節(jié)風門進行調節(jié)風量的風機，這是一個固有的不可避免的問題?？梢?，在水泥制造業(yè)中的高溫風機,窯尾風機及循環(huán)風機的用電量中，很大一部分是因風機的型號與管網系統(tǒng)的參數不匹配及調節(jié)方式不當而被調節(jié)風門消耗掉的。因此，改進離心風機的調節(jié)方式是提高風機效率，降低風機耗電量的最有效途徑。
我們以干法懸窯生產線的窯尾高溫風機系統(tǒng)變頻改造為例，其窯燒成系統(tǒng)流程簡圖如圖1所示。
旋窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，預熱機來的料從窯尾進入到窯中，借助窯的轉動來促進料在旋窯內攪拌，使料互相混合、接觸進行反應，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉動在窯內向前運動。窯內燃燒產生的余熱廢氣，在窯尾高溫風機的作用下，通過預熱器對進入窯尾前的生料進行預熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風機抽出進入廢氣處理（除塵及排出）。
2、使用過程存在的問題
（1） 供風系統(tǒng)設計余量大：各風機的擋板開度為55%以下，沒有滿負荷運行。
（2） 現(xiàn)供風系統(tǒng)供風流量調節(jié)方式為通過擋板開度的大小來調節(jié)，它是通過改變擋板的開度從而改變管網的風阻來調節(jié)供風流量的。還有的通過液力耦合器來調節(jié)轉速改變供風量，這種方式雖說簡單易行，但它存在很大的弊病。其中① 節(jié)能效果:液力耦合器節(jié)能效果低，在低速時，有近3/4的能量被浪費。大容量的設備還應添加水冷系統(tǒng)。（液力耦合器是一種耗能型的機械調速裝置，調速越深（轉速越低）損耗越大，對于平方轉矩負載，由于負載轉矩按轉速平方率變化，原傳動輸入功率則按轉速的平方率降低，損耗功率相對小一些，但輸出功率是按轉速的立方率減小，調速效率仍然很低。）②安全性能:液力耦合器出現(xiàn)問題后，必需停機維修，影響生產的正常進行。③運行精度: 力耦合器靠油量和負荷的拉動調速，調速精度低，當負荷變化時，轉速隨之變化。④維護費用: 液力耦合器在運行一定時間后，需對液壓油進行更換；
（3） 現(xiàn)高壓電機多為水電阻啟動起動，巨大的起動電流（起動電流一般為額定電流的3倍左右）會產生巨大轉矩沖擊，會使電機的轉子繞組及組尼繞組承受很高的熱應力和機械應力，致使電機籠條端環(huán)斷裂，鐵芯松弛，絕緣繞組擊穿等。這些情況會導致系統(tǒng)動力設備的使用壽命減短，維護時間與維護費用增加。
（4）工人的勞動強度大，往往根據供風的高低峰進行人為調節(jié)。
3、高壓變頻器風機改造方案
經過對原系統(tǒng)進行分析，對原系統(tǒng)的風壓控制由原來的液力耦合器調節(jié)改為變頻器調節(jié)，即取消原液力耦合器，將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機本身進行調速，最后達到調整窯尾預熱器（高溫風機入口）的壓力為工況要求值。
變頻器設備接入用戶側高壓開關和擬改造電機之間，如圖2所示，變頻器控制接入原有的DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)來完成正常操作。
為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置，可在故障時將電機切換至工頻狀態(tài)下運行，且切換方式為自動切換。變頻器故障時，電機自動切換到工頻運行，這時風機轉速會升高，風壓會發(fā)生很大變化，影響窯內物料的煅燒質量，故此時應及時在DCS上對高溫風機的風門進行及時調節(jié)，降低風機輸出風量至工況要求值。
變頻器及其工頻旁路開關由變頻器整體配套提供。電機、高壓斷路保留了用戶原有設備。
4、改造注意事項
由于原電機控制為液力耦合器調速，為了安裝變頻器，必須重新設計變頻器專用房。根據現(xiàn)場環(huán)境，我們選擇在高壓配電室旁另建一變頻器專用房，此地方距高壓室較近，動力電纜敷設方便。
由于現(xiàn)場灰塵較大，而變頻器為強迫風冷，設備內空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，在房間通風設計上，設計了兩扇大面積專用進風窗，房間不另設其它窗口，基本上是密閉設計。通風窗采用專用過濾棉濾網，這樣使進入變頻器室內的空氣經過通風窗濾灰，進入變頻器室內的灰塵大大減小。
由于本變頻器功率較大，為保證足夠的通風冷卻效果，在變壓器柜頂和功率柜頂分別獨立安裝了一整體風罩，與各自的出風口連成整體，保證變頻器整體冷卻通風要求。
為減小安裝成本，動力電纜保留了原高壓柜至電機的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至變頻器，再重新由高壓柜到變頻器敷設一根動力電纜，由于變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。
變頻改造后，由于需要取消原液力耦合器，我們按照液力耦合器的聯(lián)接尺寸設計制作了一套直接連接軸來代替液耦。連接軸的基座安裝尺寸、軸連接中心尺寸、軸徑尺寸、軸與電機及風機側的連接靠背輪均與原液耦一致，安裝時，僅需將原液耦拆除，將連接軸代替液力耦合器，現(xiàn)場僅作少量調整即可達到安裝要求，而不用對風機及電機作任何調整，安裝方便快捷。