李國軍，管向東

（鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽 122000）

摘要：針對鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司回轉窯高溫風機液力耦合器傳動效率低、浪費電能的問題，通過對星輪調速系統的組成及調速機理等進行分析，并采用星輪調速系統代替液力耦合器的傳動方式來使軸功率降低。實踐表明袁應用星輪調速系統后，回轉窯高溫風機節電率達到了 25.6%，實現了高效率堯高精度的運行。 

關鍵詞：回轉窯；高溫風機；星輪調速；節能

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司回轉窯高溫風機主電機功率為 900 kW，額定轉速為 1 491 r/min，原來采用液力耦合器調速運行時，常用轉速約為1 200 r/min。由于液力耦合器傳動效率低，理論效率等于其傳動比，而且設備老舊，其實際效率更低，運行中電能浪費嚴重。 此外，由于液力耦合器效率低，正常生產時還導致了高壓電機動力不足，風機轉速達不到額定轉速時就已經超功率運行，導致電機溫升過高。該高溫風機為單臺除塵風機，沒有備用風機，一旦出現故障會對生產造成嚴重影響。星輪調速系統是通過控制低壓電機的旋向和轉速來調解高壓主動力電機轉速的機電一體化設備，用于實現大功率水泵、風機等設備的調速運行，具有傳動效率高、性能可靠等特點。鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司 2018 年新建了一臺高壓主動力電機功率為800 kW 的高溫風機系統裝置，采用了星輪調速系統代替液力耦合器的傳動方式。在未改變生產工藝的情況下，解決了電能損耗和電機過熱問題，回轉窯高溫風機實現了高效率堯高精度運行。

1 風機調速節能的基本原理

根據風機本身特性，風機流量 Q 和風機轉速 n 成正比關系，而風壓 H 與轉速 n 二次方成正比，所需的軸功率 P 與轉速 n 的立方成正比關系。當風機轉速變化時，其本身性能曲線的變化可由比例定律做出。 圖 1 為轉速變化時風機運行工況點的變化情況。 

如圖 1 所示，因風機管路阻力為固定值，故當轉速由 n₀ 變至 n₁、n₂ 時，運行工況點將由 A 點變至 A₁、A₂ 點。即當風機的轉速降低到原額定轉速的一半時，對應工況點的風量、風壓、軸功率也隨之降到原來的 1/2、1/4、1/8^[1]遙。因此，用調低轉速的方式調節流量可使軸功率值不斷降低。 

2 星輪調速系統的組成堯原理及控制

2.1 星輪調速系統的組成

星輪調速系統主要由星輪調速器、高壓主電機、低壓變頻調速電機、PLC 及變頻控制柜、稀油潤滑站等組成，其中星輪調速器是整個調速系統的核心，是實現設備平滑調速的執行部件。星輪調速系統主要設備結構布置圖見圖 2。 

星輪調速屬于機械調速范疇，以機械調速為主、電氣調速為輔，其綜合調速運行效率為 90%~97%。 另外，星輪調速器本體運行可靠性高，使用壽命長，且低壓調速變頻器運行時對電網的波動及污染小袁后期維護費用也比較低。 

2.2 星輪調速系統的調速原理

星輪調速系統的調速原理為：星輪調速器是實現風機調速的執行部件，高壓主電機和低壓變頻調速電機是星輪調速器的兩個動力輸入源。高壓主電機的轉速恒定，系統通過調節低壓變頻調速電機的旋轉方向和轉速來改變星輪調速器輸出軸的轉速，從而實現對風機的調速。數學模型為：

n_輸出=n_主/i_H ± n_調/i_K 

式中，i_H、 i_K 為星輪調速器內主電機和調速電機輸入軸的固定傳動比；n_輸出 、n_主、n_調 分別為風機輸出、主電機、調控電機轉速。 

n_輸出與 n_主、n_調的調速關系見圖 3。當 n 調為正轉時，n_輸出為經過星輪調速器中齒輪變速后的主電機轉速與調速電機轉速之和，當 n_調為反轉時， n_輸出為經過星輪調速器中齒輪變速后的主電機轉速與調速電機轉速之差。

2.3 星輪調速系統的控制

星輪調速系統電氣設備控制系統的核心部分是低壓變頻器、可編程控制器（PLC）、能量回饋單元。星輪調速系統電氣控制結構簡圖如圖 4。

星輪調速系統電氣控制原理為：根據設備運行工藝，通過 PLC 進行編程，自動控制低壓調速電機、高壓電機的運行及風門或閥門的開關，根據設定的設備轉速計算后，輸出信號控制低壓變頻器的運行頻率，變頻器精準的控制變頻調速電機的轉速輸出，從而調節設備的轉速。當調速電機正向旋轉時，作為驅動動力輸出功率；當調控電機反轉運行時，調速電機被拖動產生電能，通過能量回饋單元將產生的電能回饋電網，降低能量損耗。 

星輪調速電氣控制系統采用一鍵式操作，通過編程袁在計算機監控畫面對設備進行顯示、參數設定、歷史數據存儲、報警記錄等功能。操作可分為就地和遠程兩種模式。本臺風機系統采用計算機遠程控制，控制系統接入集控室 PLC 系統，與原有 PLC 系統融合， 來實現調速系統與生產線設備的聯鎖和遠程控制及輸入信號和輸出信號實時監測，主要監測信號見表 1。

3 應用效果

星輪調速設備改造完成后，經過一段時間的穩定運行，采集相關數據對比星輪調速系統和液力耦合器的節能效果。 

星輪調速系統主電機功率為 800 kW，運行參數為電壓 10 kV，運行電流 34.1 A，功率因數為0.88；低壓調控電機變頻器電壓為 400 V，變頻器電流為 370.1 A，功率因數為 0.7。 

電動機消耗功率計算如下： 

原先采用的液力耦合器的主電機功率為 900 kW，電機電壓為 10 kV，運行電流為 61 A，功率因數為0.89。 

電動機消耗功率計算如下：

節能率ε計算如下：

節能量 ΔP=P 液耦-P1=940.3-699.2=241.1 kW

節能率 ε=ΔP/P 液耦=241.1/940.3=25.6%。 

對比結果認為，在風量、風壓等工作狀態相同的情況下，采用星輪調速系統的除塵風機消耗電流值明顯降低，節能效果顯著，說明星輪調速系統是一種高效率、高可靠性的調速系統。 

4 結語

為了解決鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司回轉窯高溫風機液力耦合器低效、電能浪費嚴重的問題，采用了星輪調速系統，既解決了風機長期靠液力耦合器調速的電能損耗問題，同時有效地改善了風機系統的電機動力不足和運行溫度高等問題，在常用工況條件下，節能率可達 25%以上。實踐表明，該星輪調速系統可以在生產中廣泛應用。

參考文獻

[1] 侯春立. 星輪調速節能技術在電廠鍋爐送風機上的應用[J]. 石油石化節能, 2018（7）: 12-15.