1.     前言 为应对全球变暖和环境污染，节能减排已成为国际上的共识。中国承诺在2020年之前将碳排放量降低40%至45%，国家的第十一个五年计划提出能源消耗的需求要降低20%，所以节约能源势在必行。风机是耗电大户，由于历史的原因，国内的绝大部分风机效率不高，对其进行节能改造是响应国家节能减排政策的很好的措施。本文将对风机的变频节能改造方案进行分析研究，为企业风机的节能改造提供一些建设性的意见。 2.  风机采用变频改造的分析 2.1   风机变频原理 随着变频技术的发展，为风机的变频节能改造提供了可能。风机的变频原理就是通过改变风机的工作转速，来改变风机的性能，从而使风机能在相对较高的效率区运行，而达到节约能源的目的。 不同转速时风机的参数变化定律： 其中：q：风量； h：风压； n：轴功率；下标1和2是不同的转速 从上边的公式可以看出，当转速改变时，风压、风量、轴功率都随转速的变化而变化，即风机的性能曲线改变了，见图1。图中，横坐标代表风量，纵坐标代表风压。当风机的转速从n1变为n3时，风机的工作点也从点1变为点3，从而使风机在低负荷运行时（比如点2），风机的效率比在转速n1工作时高，从而达到节能的目的。 2.2  风机采用变频改造必须注意的问题    风机变频的确节能，但由于风机都是相对比较大的转速较高的旋转机械，在采用变频改造时必须考虑诸如强度、转子疲劳、轴承润滑、失速等问题，否则会有非常大的安全隐患，下面就这些方面一一分析。 2.2.1 主轴的振动问题 为了避免风机运行时产生共振，设计转子时，其自然频率（或者叫临界转速）必须避开工作转速一定距离，通常考虑一阶临界转速和二阶临界转速。固定转速时，是很容易考虑的设计时只要转子的自然频率避开此区域就行了。但如果进行变频改造，就必须核算不同转速下的临界转速，其值是不一样的，这样在不同的转速下，就必须避开该转速下的谐振区域，或者说转子的设计要使其在不同转速下运行时都不会产生共振，这个计算是比较难的，甚至有些情况下，在不同转速下都不产生共振是不大可能的。                    大型工业风机的转子都比较大，如果在进行变频改造时不考虑这个问题，后果是很严重的，轻的风机振动大、转子容易疲劳，重者会发生飞车事故，发生灾难性事故。 2.2.2 轴承的润滑问题 风机采用变频改造时，转速改变后对轴承的的负载、润滑、寿命及检修周期都会有影响，在进行改造前，必须核算变频工况下的轴承的润滑情况。 2.2.3  风机失速控制 风机的性能曲线一般是带有拐点的驼峰曲线，拐点左侧区域都为风机的失速区，风机运行时，必须在拐点右侧的区域运行。如果风机长期在失速区运行，会造成转子疲劳、轴承损坏等问题，具有很大的危险性，所以风机千万不能在失速区工作。 变频时，随着风机转速的变化，失速区域也随着变化，所以需要保证风机在不同转速运行时都不在该转速下的失速区工作，这对操控来说是比较困难的。              2.2.4  变频装置的可靠性 采用变频驱动，变频器的安全性和可靠性是至关重要的，关系到整个机组是否能安全运行，目前国内由于变频故障导致风机不能正常运行的案例不在少数。 另外，变频器的安全稳定性受环境状况的影响较大，影响的主要因素有灰尘、温度和湿度等。一些电厂在这些方面都出现过问题，应引起重视，人为改善变频器的工作环境是变频器稳定运行的主要方法，比如修建空调房等。 2.2.5  合理评估变频的节能效果 前面已经提到，变频只是能提高风机低负荷时的效率，但提高后的效率不可能超过风机在设计点的效率，即风机的最高效率，如果风机本身的最高效率就不是很高，那么变频后部分负荷的效率是相对有所提高，但此时风机的效率依然不高（相对于其他风机）。 另外，变频改造时，需要考虑变频器空调房等一些辅助设施的费用，包括变频器的维护运行费用. 3.   总结 通过以上分析，风机变频需要注意的事项概括如下： a)      变频是大型工业风机的节能改造方案的其中一个可行的方案，节能改造效益明显； b)   风机变频节能改造，在技术上要落实的方面比较多，尤其要核算风机的扭振。 c)   变频只能提高风机工作点的效率，而不能提高风机设备的最高效率。

利用核能进行发电的电站称为核电站，核电站是将原子核裂变释放的核能转换成热能，再转变为电能的系统和设施。 核电站是一种高能量、少耗料的电站。以一座发电量为100万千瓦的电站为例，如果烧煤，每天需耗煤7000~8000吨左右，一年要消耗200多万吨。若改用核电站，每年只消耗1.5吨裂变铀或钚，一次换料可以满功率连续运行一年。可以大大减少电站燃料的运输和储存问题。此外，核燃料在反应堆内燃烧过程中，同时还能产生出新的核燃料。核电站基建投资高，但燃料费用较低，发电成本也较低，并可减少污染。 核电站的主要工艺流程见下图： 核电站与火电站最主要的不同是蒸汽供应系统。核电站利用核能产生蒸汽的系统称为“核蒸汽供应系统&dquo;，这个系统通过核燃料的核裂变能加热外回路的水来产生蒸汽。从原理上讲，核电站实现了核能---热能---电能的能量转换。从设备方面讲，核电站的反应堆和蒸汽发生器起到了相当于火电站的化石燃料和锅炉的作用。 核电站中的能量转换借助于三个回路来实现。 一回路：反应堆冷却剂在主泵的驱动下进入反应堆，流经堆芯后从反应堆容器的出口管流出，进入蒸汽发生器，然后回到主泵。 二回路：在循环流动过程中，反应堆冷却剂从堆芯带走核反应产生的热量，并且在蒸汽发生器中，将热量传递给二回路的水。二回路水被加热，生成蒸汽，蒸汽再去驱动汽轮机，带动与汽轮机同轴的发电机发电。 三回路：作功后的乏蒸汽在冷凝器中被海水或河水、湖水冷却水冷凝为水，再补充到蒸汽发生器中。以海水为介质的三回路的作用是把乏蒸汽冷凝为水，同时带走电站的弃热。  主氦风机是核电站非常重要的设备之一。主核风机位于核电系统的一回路，见下图： 主氦风机的功能相当于高温堆核电站的“心脏&dquo;，以htr－pm为例，球床模块式高温气冷堆核电站（hightempeauereaco-pebblebedmodules），是我国十二五重大专项工程，htr-pm主核风机在工作中，氦气加压到70个大气压后作为冷却剂，将反应堆堆芯产生的热量带走。随后氦气流经蒸汽发生器，再次加压后返回反应堆堆芯，从而实现能量交换。由于氦气的惰性特点，当杂质保持足够低的水平时，冷却剂不会造成对反应堆内燃料元件和其它构件的化学侵蚀。氦气不吸收中子，也没有显著的反应性效应。氦气的这些特点，使得由于冷却剂产生的废物量也相对少。 主核风机的介质为高温氦气，htr-pm主核风机的主要参数： 风机型式：离心风机 进口压力：7mpa 质量流量：96kg/s 压升：200kpa 气体温度：250℃ 气体密度：6.33kg/m3 额定转速：4000pm 调节方式：变频调节 调节范围：25%~105% 叶轮级数：1 电机额定功率：4500kw 额定电压：6000v   主核风机为立式结构，见下图，主核风机是单级离心风机，整体置于一回路压力壳内，位于蒸汽发生器的冷端。电机内置，风机叶轮与电机同轴，叶轮悬挂与电机主轴的一端。电机通过蜗壳与蒸汽发生器的额壳体相连，上侧为电机腔，下侧为风机腔，风机入口与蒸汽发生器氦气侧的出口管道相连，风机进出口设有蝶阀。 由哈电集团佳木斯电机股份有限公司总承包的主氦风机与2019年通过验收，它的成功研制，打破了国外技术垄断，攻破了多项关键技术难题，并填补了多项中国技术空白，为全球首台高温气冷堆核电站早日投产发电奠定了基础。