变频空气流量计算法在工业生产中的应用 所属技术领域
本发明提供一种无节流装置的空气质量流量计算方法，它在工业应用中具有广泛的节能效果。特别是用于甲醛化工生产系统可降低风机出口阻力，减轻风机负荷。
背景技术
目前在化工产品生产中需要空气作为一种原料成份配方的，都要对空气流量进行节流测量。常用的空气流量检测有涡街流量、靶式流量、孔板流量压差等节流法。利用“U”型玻璃管压差计来观测孔板流量是最简单的方法，但不易读数、波动误差大，安装孔板装置增大了风机管道阻力。在送风管道的中心安装涡街流量、靶式流量传感装置也会加大风机阻力。一般节流装置会产生2～3kPa的风道阻力，折算成风机负荷为0.85～1kw/kPa。已知的带压力、温度补偿的空气质量流量M，常用公式有三种：
(1)输入信号为差压ΔP，未开方
式中：K---流量系数
ρ20---20℃时的空气密度，取1.205kg/m3
T0---273.15℃
PA---工作点大气压力，在0.10133Mpa左右
P0---标准大气压0.10133Mpa
T---实际空气温度
ΔP---空风流量未开方压差信号
P---风机补偿压力参数，压力越大M也增大。
(2)输入信号为差压ΔP，已开方
式中：K---流量系数
ρ20---20℃时的空气密度，取1.205kg/m3
T0---273.15℃
PA---工作点大气压力，在0.10133Mpa左右
P0---标准大气压0.10133Mpa
T---实际空气温度
ΔP---空风流量已开方压差信号
P---风机补偿压力参数，压力越大M也增大。
(3)输入信号为流量G
式中：M---空气质量流量
K---流量系数
ρ20---20℃时的空气密度，取1.205kg/m3
T0---273.15℃
PA---工作点大气压力，在0.10133Mpa左右
P0---标准大气压0.10133Mpa
T---实际空气温度
G---空风流量线性信号
P---风机补偿压力参数，压力越大M也增大。
在现有的空气质量流量公式(1)、(2)、(3)中，因流量信号采样原理决定了其流量随风机补偿压力P参数的增大，质量流量M也增大，但不能直观表达罗茨鼓风机的原有工作特性。
【发明内容】
本发明提出一种能直观描述罗茨鼓风机固有工作特性的变频调节空气流量表达式，根据本发明流量表达式将变频器的输出频率、空气风道压力、温度信号接在智能流量计、积算仪上，再输入相关特定参数就可以设计成标准空气质量流量计、积算仪。根据本发明流量表达式还可换算出对应的各种专用表格去指导工业生产。
【具体实施方式】
本发明的变频空气质量M流量表达式为：
式中：K---智能流量积算仪整定修正后的流量显示比例系数
ρ20---20℃时的空气密度，取1.205kg/m3
T0---273.15℃
PA---工作点大气压力，PA×10项可直接取1.0133Mpa左右值
P0---标准大气压0.10133Mpa
T---实际空气温度
F---风机流量频率线性参数，取自变频器给定风机电机的供电频率信号
P---风机补偿压力参数，压力越大空气质量流量M越小
Pmax---风机最大额定压力。
本发明中的风机空气质量流量表达式表示补偿压力P参数越大，空气流量M越小。该式充分表达了目前两叶和三叶罗茨鼓风机的固有工作特征。同时也证明变频空气质量流量表达式中的流量信号与传统流量采样有区别，是一种特定的与变频调速器配套使用地流量计算公式，其误差＜±1.5％。
本发明设计的智能空气质量流量计、积算仪接线电路构成如下：风机流量频率参数F取自变频器的频率输出信号、温度补偿器T用PT100热电阻、压力补偿器P采用0.1MPa远传压力0-400Ω电阻表。远传压力电阻表输出信号反接成Pmax-P方式，即压力P升高，Pmax-P项变小，流量M也减小。智能空气质量流量计、积算仪的输出信号能与工业计算机、可编程序控制器PLC或调节器PID相联，应用到工业自动化生产方面。
本发明编制的风机流量速算表格由入口温度、出口压力、变频风机频率和对应标准流量条件换算成的实际风机质量流量速查表。上栏目是入口温度、出口压力补偿参数项，左栏目是调速风机频率、标准流量参数项，主栏内容是实际流量数值。
该速查表补偿栏，上栏的T温度项，按每格3℃设计，P压力项每格6kPa设置，即ΔQ/ΔT＝1％/-3℃和ΔQ/ΔT＝-1％/6kPa。左侧频率f和对应风机体积流量栏目可任意设置，一般调速频率及标准风量栏目项里的频率为0∽50Hz。因为变频调速器具有无级调节能力，分辨率为0.01/50，即万分之二精度。风机标准风量是风机调速时与频率相对应温度20℃时的额定风量。由于所选的风机额定风量不同，例如选900mm3/h、1200mm3/h、1800mm3/h、2400mm3/h等，表中50Hz对应的额定风量也不同，可以按比例缩放左栏与频率相对应温度20℃时的各额定流量数值。根据风机流量速查表的不同用途，主栏数值内容可以是体积流量、质量流量，也可以表示成瞬时体积流量、瞬时质量流量，或按时间单位要求编制计算的累计流量，如24小时日累计流量。根据实际需要按介质密度还可换算成空气、煤气、天然气的各种质量流量值。在额定正常压力范围内工作的风机实际流量，经查表获得的数值误差小于±1.5％，由此法编制的表格完全满足使用上的要求。若风机使用年限过长或转子磨损严重，由于额定风量的下降，应适当修正该速查表内风机风量项及主栏数值
在典型化工领域工业甲醛生产中，此风机流量速查表的主栏内容可换算成标准瞬时甲醛质量流量，或日甲醛生产量，成为风机流量与甲醛产量速查表。主栏数值以制取每吨甲醛37％CH2O所需600mm3空气风量为标准值换算成甲醛日产量吨数。
以变频空气流量计算法编制的风机流量与甲醛产量速查表为例，查表时首先看当前风机压力P下对应的竖栏主栏假设为标准20℃气温时的标准产量栏。然后判断24小时的平均气温，比照20℃差值温度，左右移动当前风机压力P下假设的标准20℃气温产量与变频器频率对应交叉格，即为实际甲醛日产量。具体修整方法是气温低时左移竖栏格，气温高时右移竖栏。当左侧频率表格栏无一致的频率数时，可适当上下增减数值。当温度补偿数表格栏无一致值时，可适当左右增减数值。。
本发明的目的是为变频风机流量计算与节能运行提供一种有效方法，在工业应用中获得最大节能效果。本发明的另一目的是利用变频空气流量计算法设计出实用的智能空气质量流量计、积算仪、速查表格，方便生产检测、计量和指导工业生产操作。本发明的进一步目的是采用变频器对甲醛生产装置的风机送风系统节能改造提供可行的技术方案。
本发明有效解决了工业生产风机管道取消节流检测装置的流量计算问题，使空气管道中无测量阻力，给风机生产运行带来理想的节能效果。