1 羅茨鼓風機節能改造方法的確定
1.1 羅茨鼓風機的特點
羅茨鼓風機屬容積迴轉式風機，其工作特點是當轉速一定而壓力在允許範圍內加以調節時，流量的變動甚微，轉速和流量之間保持正比的關係。採用旁路調節法不能改變羅茨鼓風機的吸氣量，所以風機始終在滿負荷下執行，無法節能。而改變轉速，使風機吸氣量發生變化，其功率消耗也隨之改變。
所以，對羅茨鼓風機進行變速調節就可達到節能的目的，而調速方法也較多。若改為變頻調速方式調節風機風量，即能減少風機電耗的浪費。
在幾種調節方法中，變頻調速技術最為先進，它只需通過調節供電電源頻率大小，改變電機轉速，即可達到調節羅茨鼓風機流量的目的，而且變頻調速效率高，調速效能好，調速改造方便。因此，決定採用變頻調速技術對羅茨鼓風機進行技術改造，不但可達到節能目的，同時也可提高裝置的自動控制水平。
1.2 羅茨鼓風機與離心通風機的特性對比
羅茨鼓風機與離心通風機的特性有著顯著的區別，其特性曲線見圖1[1]。
圖1 羅茨鼓風機與離心通風機特性曲線對比
離心通風機在工作過程中，允許出口閥門關閉且不會造成出口壓力的劇烈上公升而引起風機的過載損壞，軸功率甚至還會有所下降。而羅茨鼓風機，在出口閥門關閉的情況下流量變化不大，會因出口壓力的迅速增高、軸功率上公升導致過載而損壞風機。離心通風機所能達到的最大出口壓力可由特性曲線表示式p1／p2=(n1／n2) 來表示，其大小與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的3次方成正比。
而根據羅茨鼓風機的容積迴轉特性，可以近似地認為風機所能達到的最大壓力與轉速無關，即不同轉速下所能達到的最大壓力維持不變，流量與轉速成正比，實際測量資料也證明了這一點。因此，應將羅茨鼓風機看成恆轉矩負載。在選配羅茨鼓風機變頻調速裝置時，應避免選用離心通風機、水幫浦專用的變頻調速器，而應選用恆轉矩負載類的通用變頻調速器。
2 羅茨鼓風機變頻調速改造
2.1 羅茨鼓風機變轉速工作特性[2]
2.1.1 流量特性
羅茨鼓風機的理論流量與轉子轉速的關係式為
1)式中 ——-理論流量，m3/min
——-葉輪外徑，mm
——-葉輪長度，mm
——-面積利用係數，表徵風機氣缸空間的有效利用程度（圓弧—漸開線型線的面積利用係數=0.563～0.521）
——-葉輪轉速，r/min
羅茨鼓風機的實際流量為
2)式中 ---容積效率,一般=0.7～0.9
由式（1）和式（2）可知，對每一台具體的羅茨鼓風機，其葉輪外徑、長度和面積利用係數都是乙個定值,當可忽略容積效率的變化時，羅茨鼓風機的流量正比於轉速。
2.1.2 功率特性
羅茨鼓風機的軸功率為
3)式中 ———軸功率，kw
———理論流量，m3/min
———風機進出口壓差，pa
——---機械效率，一般取=0.9
由式（1）和式（3）可知，當羅茨鼓風機轉速n變化時，其軸功率與轉速成正比。
2.1.3 轉矩特性
羅茨鼓風機的轉矩為
4) 由於羅茨鼓風機的軸功率與轉速成正比，因此由式（1）可知，當轉速變化時，轉矩不變，即羅茨鼓風機屬於恆轉矩執行。
2.2 變頻調速的工作原理
變頻器調速的原理是將交流順變成直流，平滑濾波後再經過逆變迴路，將直流變成不同頻率的交流電，使電機獲得無級調速所需的電壓和頻率，從而直接改變和控制電機的輸出軸功率。變頻器控制原理框圖見圖2。
羅茨鼓風機的驅動採用交流三相非同步電動機，其轉速與電源頻率的關係為[3]
5)式中為非同步電動機的轉速；為非同步電動機的頻率；為電動機轉差率；為電動機極對數。
由式(1)可知,轉速與頻率成正比,只要改變頻率即可改變電動機的轉速,當頻率
在0～50hz的範圍內變化時,電動機轉速調節範圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的,是一種理想的高效率、高效能的調速手段。
圖2 變頻器的控制框圖
2.3 羅茨鼓風機變頻調速的控制方案
2.3.1 根據電機容量，選用西門子mm440系列變頻器。
西門子mm440系列變頻器的優點：
（1） 調速範圍廣,機械特性硬,精度高,執行可靠；
（2） 磁通—電流控制(fcc)功能改善動態響應特性,並且優化電動機的控制；
（3） 控制不同的負載,具有相應的v/f特性；
（4） 變頻器的pid調節器具有較高的品質(引數自整定)可用於簡單的過程控制；
（5） 快速電流限制功能(fcl),避免執行中不應有的跳閘；
（6）可實現電動機的過壓、欠壓、過熱等功能。
2.3.2 西門子變頻器型號及規格
型號規格：6se6440-2cd41-3ga1
額定輸入電流：244.5a
電動機功率：132kw
額定輸出電流：250a
2.3.3 變頻器的控制與調節
圖3 套筒窯羅茨鼓風機變頻器控制原理圖
梅山套筒窯羅茨鼓風機變頻控制接線如圖3，此變頻器可通過在控制櫃門「遠端／本地」開關的切換實現「遠端控制」與「本地控制」。西門子公司「遠端控制」是在主控室內上位機與變頻器進行資料通訊，操作人員可通過計算機的畫面對風機和變頻器的工作電流、頻率、轉速以及啟動、停止、故障等狀態進行實時監控。同時操作人員根據工藝或外界條件的變化，通過改變變頻器的頻率來調節轉速。
另外，在風機房內還裝有乙個遠方控制的機旁操作箱，在風機出現故障時可在電機旁進行操作。變頻器執行的控制調節與常規的控制調節系統比較，系統結構、執行操作方式基本不變，主要區別在於由調整鼓風機進口風門開度改變為調整鼓風機所配電動機的轉速。在套筒窯工藝需要時，變頻調節法和風門節流調節法二者可配合同時使用。
為了保證生產的連續執行，在變頻器出現故障後，可將故障變頻器通過旁路櫃隔離，鼓風機電動機可切換為工頻執行或啟、停，這時，風量仍由鼓風機進口處風門調節。
3 變頻調速的執行效果
3.1 節能
(1)節電：羅茨鼓風機（配電機型號為y132m2-6380v、132kw），用變頻技術控制後，工作頻率為110hz左右，根據測定資料可計算有功功率，其公式：未裝變頻器時測得電流為155a；投入變頻器後測得電流為110a。
安裝前 1.732ivcosα=1.732×155×380×0.85=86.71kw
安裝後 1.732×110×380×0.85=61.54kw
每小時節電 86.71－61.54=25.17kw
(2) 執行時間：套筒窯生產為連續生產，每月定期有6個小時的檢修。
(3) 月運轉時間：24h×30天－6=714h ；年運轉時間：714h×12月=8568h。
(4) 變頻執行後節電：羅茨鼓風機執行單耗節約量為86.71－61.
54=25.17kw /h；羅茨鼓風機年節約電量為 25.17×8568=215656.
56kw·h 。
(5) 節能效益：生產電價是0.57元/kw·h ，羅茨鼓風機變頻執行每小時節約電費為25.
17×0.57=14.3469元 ；羅茨鼓風機變頻執行每月節約電費為714×14.
3469=10243.6866元；1臺羅茨鼓風機變頻執行年節約電費為12×10243.6866=122924.
2392元；兩台年節約電費為245848.4784元。
（6）投資**時間：變頻調速系統技術改造總投資16萬多元，經8～9個月執行，即可收回全部投資成本，經濟效益顯著。
3.2 提高控制精度
利用變頻器內部pid調節和上位機設定的比例引數自動實現風量的穩定供給，控制風量在規定的範圍內，如果靠人工調節，流量會忽大忽小難以控制，流量的增大或減小直接影響著風氣配比，這樣對操作極為不利。安裝變頻器後，引入流量反饋訊號，採用變頻器的pid閉環控制，轉速自動隨流量變化，轉速穩定即可獲得穩定的流量，控制精度可達到±5 m3/h。
3.3 對裝置的影響
改為變頻調節後，對裝置的影響有：
(1) 避免了電動機啟動時對電機的衝擊損害及對電網的衝擊；
(2) 提高了羅茨鼓風機的自動控制能力；
(3) 減少了羅茨鼓風機及其消聲器等的機械振動、雜訊和衝擊；
(4) 由於轉速的降低，羅茨鼓風機的葉輪、軸承等壽命得以延長。
4 結論
套筒窯應用羅茨鼓風機變頻調速系統，既提高了裝置效率，又滿足了生產工藝要求，並且因此減少了裝置維護、維修費用，還降低了停產週期直接和間接經濟效益十分明顯，雖然變頻調速系統的一次性投資較大，但其節能效果明顯，本變頻調速系統投入使用7～8個月便可收回全部投資。
參考文獻
[1] 李高鬥，康建紅.羅茨風機應用變頻調速技術的節能分析[j].建材技術與應用，2003(5):46-47.
[2] 鬱永章.容積式壓縮機技術手冊[m].機械工業出版社，2000.
[3] 續魁昌.風機手冊[m].機械工業出版社，1999.
羅茨鼓風機技術標準
1.目的與適用範圍 1.1目的 為了正常操作 維護 檢修氯化車間所屬羅茨鼓風機，制定本標準。1.2適用範圍 本規程適用氯化車間淨化工段羅茨鼓風機的操作 維護 檢修。2.羅茨鼓風機技術效能 規格型號 l61ld 流量 45m3 min 靜壓力 49kpa 轉速 1450r min 電機功率 55kw ...
羅茨鼓風機操作規程
一 起動前的準備 1 羅茨風機啟動前必須預先開啟進氣管道和出氣管道閥門，關閉聯通閘閥。2 檢查潤滑油箱油位，如不足必須補足。3 檢查鼓風機的壓力調節閘閥是否處於開啟狀態。4 鼓風機起動前，必須檢查鼓風機的旋轉方向，旋轉方向必須要與箭頭方向一致，有無碰撞現象，風道有無堵塞現象，或有無漏風現象，一切完好...
型羅茨鼓風機除錯運轉方案
一 運轉準備工作 1 徹底清除鼓風機內外的灰塵和雜物，並避免混入油內。2 檢查進出口連線部分是否鬆動，配管的支撐件是否完備。油迴圈系統是否安裝好。3 清除管道內焊渣，鐵屑等雜物。4 主 副油箱注油時，將潤滑油加註到油位線以上，保證工作時油位位於兩條紅線之間。風機運轉過程中不應加油。5 沿運轉方向盤動...