蒸發(fā)式冷卻器配用風(fēng)機(jī)的節(jié)能與降噪

1、蒸發(fā)式冷卻器配用風(fēng)機(jī)的節(jié)能與降噪摘要：通過(guò)對(duì)蒸發(fā)式冷卻器配用風(fēng)機(jī)能耗問(wèn)題及噪聲形成機(jī)理的分析，結(jié)合當(dāng)今風(fēng)機(jī)節(jié)能降噪的一些實(shí)踐性應(yīng)用，總結(jié)了 關(guān)于風(fēng)機(jī)節(jié)能降噪的實(shí)用方法。認(rèn)為在風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化葉片采用大直徑寬葉片、前傾式結(jié)構(gòu)的根底上采用多臺(tái)風(fēng)機(jī)獨(dú)立 啟停控制，并使用變頻風(fēng)機(jī)能夠使風(fēng)機(jī)節(jié)能效果到達(dá)最優(yōu)，且風(fēng)機(jī)的噪音問(wèn)題能夠得到很好的解決。關(guān)鍵詞：蒸發(fā)式冷卻器； 風(fēng)機(jī)； 節(jié)能；降噪；優(yōu)化蒸發(fā)式冷卻器主要是利用冷卻水蒸發(fā)時(shí)吸收潛熱而使制冷劑蒸氣凝結(jié)的原理。制冷劑蒸氣在管內(nèi)凝 結(jié)時(shí)放出的熱量通過(guò)油膜、管壁及污垢?jìng)鹘o管外的水膜，再通過(guò)水的蒸發(fā)將熱量傳遞給空氣。由風(fēng)機(jī)運(yùn) 轉(zhuǎn)提供流動(dòng)空氣。蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的水蒸汽被流動(dòng)

2、空氣帶走。由于局部冷卻水在蒸發(fā)時(shí)同時(shí)吸收蒸氣和周圍 冷卻水的熱量，蒸發(fā)式冷卻器本身起到了冷卻塔的作用，不需要再配備冷卻塔，故系統(tǒng)緊湊，占地面積 小。因?qū)嶋H補(bǔ)充水量為水冷式的1/251/501，其特別適用于缺水地區(qū)，在氣候枯燥處更為有效。另外蒸發(fā)式冷卻器的冷凝溫度比風(fēng)冷式冷凝器的約低811 C，比水冷式冷凝器的約低35C，可大大降低壓縮機(jī)所消耗的能量。作為蒸發(fā)式冷卻器的一個(gè)重要組成部件，風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)選型對(duì)蒸發(fā)冷的使用性能及應(yīng)用效力非常重要。風(fēng)機(jī)的使用性能主要表達(dá)在能耗和噪聲兩大問(wèn)題上。1、風(fēng)機(jī)的能耗分析蒸發(fā)冷配用風(fēng)機(jī)使用時(shí)牽涉到風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)問(wèn)題。假設(shè)蒸發(fā)式冷卻器在使用時(shí)保持配用風(fēng)機(jī)按定風(fēng)量送風(fēng)，

3、即與其聯(lián)動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)不變，由于蒸發(fā)式冷卻器配風(fēng)量在設(shè)計(jì)時(shí)是按最大冷凝負(fù)荷計(jì)算的，設(shè)計(jì)者或用戶在選擇風(fēng)機(jī)設(shè)備時(shí)，通常留有10%15%的設(shè)計(jì)余量，實(shí)際上系統(tǒng)在全年的運(yùn)行中，大局部時(shí)間是處在局部負(fù)荷狀態(tài)下。設(shè)備容量不能充分利用， 運(yùn)行效率低。在局部負(fù)荷下運(yùn)行的風(fēng)機(jī)仍是額定風(fēng)量送風(fēng)，致使風(fēng)量充裕。特別是當(dāng)蒸發(fā)冷在低負(fù)荷下 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)量的過(guò)度充裕對(duì)換熱效率并沒(méi)有明顯提高，反而因風(fēng)機(jī)功耗不變，冷卻水飄散率增大，蒸發(fā) 冷單位負(fù)荷的功耗增加，使性能系數(shù)COP下降很多，經(jīng)濟(jì)效率極低。同時(shí)風(fēng)機(jī)的噪音問(wèn)題愈加凸顯?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外蒸發(fā)式冷卻器配用風(fēng)機(jī)的能耗研究，可采用以下幾種方式進(jìn)行節(jié)能：1.1合理確定風(fēng)壓和風(fēng)量通過(guò)分析

4、和計(jì)算，或進(jìn)行一些測(cè)試，或參考同類的設(shè)備系統(tǒng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，確定設(shè)備系統(tǒng)所需要的最 大風(fēng)壓和最大風(fēng)量考慮到所提供的測(cè)試數(shù)據(jù)的測(cè)試誤差以及運(yùn)行時(shí)設(shè)備性能的變化，實(shí)際選用風(fēng)機(jī)時(shí)風(fēng) 量和風(fēng)壓可以取:Q -門(mén) 芒卜：.：；".匯：叫從節(jié)能角度考慮，應(yīng)當(dāng)盡可能精確地計(jì) 算出所需要的風(fēng)壓和風(fēng)量，使實(shí)際運(yùn)行值和計(jì)算數(shù)據(jù)相差最好不超過(guò)10 %，這樣風(fēng)機(jī)能在高效率區(qū)域中工作。此外，為了正確確定調(diào)節(jié)方式，方便調(diào)節(jié)，還必須估算出風(fēng)機(jī)經(jīng)常使用的和最小的風(fēng)壓風(fēng)量2。1.2優(yōu)化風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)使用低轉(zhuǎn)速、大流量直聯(lián)式軸流風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)葉片采用大直徑寬葉片、前傾式結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是風(fēng)阻小、 風(fēng)量大、噪音小、性能佳、效率高。從機(jī)械性能考

5、慮，由于電機(jī)與風(fēng)機(jī)直聯(lián)，減少了傳動(dòng)部件，傳動(dòng)效 率很高。例如，洛陽(yáng)隆華生產(chǎn)的蒸發(fā)冷及煙臺(tái)冰輪生產(chǎn)的蒸發(fā)冷都是使用此類風(fēng)機(jī)。不同的是，隆華生 產(chǎn)的蒸發(fā)冷采用專用中空鋁合金風(fēng)機(jī)葉輪，冰輪生產(chǎn)的蒸發(fā)冷采用全鋁合金風(fēng)機(jī)葉片。另外，通過(guò)調(diào)整 動(dòng)葉安裝角進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以收到明顯的節(jié)能效果。但風(fēng)機(jī)葉片直徑也不能太大，否那么會(huì)造成葉片端部速 度很大，不利于降噪。1.3風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)蒸發(fā)式冷卻器的冷凝負(fù)荷在全年的運(yùn)行中，大局部時(shí)間是處在局部負(fù)荷狀態(tài)下。也就是說(shuō)，全年90%以上的時(shí)間都有節(jié)能的余地。故配用風(fēng)機(jī)通常采用風(fēng)量調(diào)節(jié)，適應(yīng)冷凝負(fù)荷的變化，使風(fēng)機(jī)功耗相應(yīng)發(fā) 生變化，使用效率保持在較高的范圍內(nèi)。風(fēng)量調(diào)節(jié)方式如下：

6、改變電機(jī)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。A. 溫度控制。即采用溫度傳感器測(cè)溫并連接溫度控制器，通過(guò)溫度變化控制風(fēng)機(jī)電機(jī)電源的通斷。當(dāng)冷凝負(fù)荷降低時(shí)在冷卻循環(huán)水量不變的情況下，冷凝器制冷劑液體出口溫度勢(shì)必下降，降低至一定溫 度時(shí)，溫感控制動(dòng)作，斷電關(guān)機(jī)，風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)。持續(xù)一段時(shí)間后，制冷劑液體出口溫度上升，直升至溫控 器設(shè)定溫度，溫感控制動(dòng)作，通電開(kāi)機(jī)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。此控制方法利用冷凝溫差控制控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，簡(jiǎn)單 實(shí)用，節(jié)能效果顯著，但風(fēng)機(jī)的開(kāi)、關(guān)過(guò)于頻繁，可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)和風(fēng)機(jī)馬達(dá)過(guò)熱而影響使用壽命，因 此，溫控器要設(shè)定適宜的溫度精度范圍，使風(fēng)機(jī)的開(kāi)關(guān)頻率控制在適宜的數(shù)值3。B. 電機(jī)變頻調(diào)節(jié)。通過(guò)改變電機(jī)頻率來(lái)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行無(wú)

7、級(jí)調(diào)速，調(diào)節(jié)風(fēng)量，使其與冷凝負(fù)荷變化相 對(duì)應(yīng)，使制冷劑液體出口溫度穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)最有效地冷凝效果。變頻調(diào)速有如下特點(diǎn)：1調(diào)速效率高；2調(diào)速范圍大；3調(diào)速精度高；4啟動(dòng)電流小，而且容 易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；5 電機(jī)機(jī)械故障少。維修方便的優(yōu)點(diǎn)，又能到達(dá)節(jié)電的顯著效果，是風(fēng)機(jī)交流調(diào)速 節(jié)能的理想方法4。但同時(shí)增加了生產(chǎn)本錢，在一定程度上限制了其應(yīng)用。C. 電機(jī)極數(shù)變換。電機(jī)極數(shù)可變，不同的極數(shù)變化可使風(fēng)機(jī)獲得上下不同的23種轉(zhuǎn)速。冷卻負(fù) 荷大時(shí)，風(fēng)機(jī)高轉(zhuǎn)速大風(fēng)量運(yùn)轉(zhuǎn)；冷卻負(fù)荷小時(shí)，風(fēng)機(jī)低轉(zhuǎn)速小風(fēng)量運(yùn)轉(zhuǎn)。顯然低轉(zhuǎn)速要比高轉(zhuǎn)速節(jié)能。而且還能降低冷卻塔風(fēng)機(jī)噪聲，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。此控制系統(tǒng)馬達(dá)極數(shù)的變化由冷卻塔

8、出水溫度 來(lái)控制。通過(guò)改變風(fēng)機(jī)、電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以對(duì)蒸發(fā)式冷卻器排熱量進(jìn)行較寬范圍的調(diào)節(jié)。下面就常規(guī)的定轉(zhuǎn)速 電機(jī)、多速電機(jī)、變頻電機(jī)做分析比擬，具體見(jiàn)表1。表1變轉(zhuǎn)速工況排熱量和運(yùn)行功率調(diào)節(jié)范圍比擬電機(jī)定轉(zhuǎn)速雙速雙速三速變頻4P4P/6P4P/8P4P/6P/8P10 50 Hz轉(zhuǎn)速 /(r/mi n)1500900/1500750/1500750/900速/ %10060/10050/10050/60/10020 100風(fēng)量/ %10060/10050/10059/60/10020 100排熱量/ %10068/10059/10059/68/10029 100運(yùn)行功率

9、/ %10022/10013/10013/22/1001 100注：表中P是與風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)的電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)，同時(shí)代表電機(jī)轉(zhuǎn)速。如 4P代表電機(jī)是2極。轉(zhuǎn)速=3000/2=1500 r/min改變風(fēng)機(jī)起停臺(tái)數(shù)對(duì)較大負(fù)荷的蒸發(fā)式冷卻器，可設(shè)計(jì)成多臺(tái)風(fēng)機(jī)組合、多臺(tái)電機(jī)組合，通過(guò)不同臺(tái)數(shù)風(fēng)機(jī)、電機(jī)的啟停來(lái)改變排熱量。當(dāng)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 因自然對(duì)流換熱的存在， 蒸發(fā)式冷卻器仍可到達(dá)其 10%的排熱 量。下面以3臺(tái)風(fēng)機(jī)為例比擬啟?？刂频哪芰空{(diào)節(jié)和運(yùn)行功率，具體見(jiàn)表2。表2啟?？刂婆艧崃空{(diào)節(jié)和運(yùn)行功率比擬電機(jī)單電機(jī)三電機(jī)兩電機(jī)功率22kW7.5kW/7.5kW/7.5kW7.5KW/15kW啟停控制ONON/O

10、N/ONOFF/ON/ONOFF/OFF/ONON/ONOFF/ONON/OFF風(fēng)量/%10010066.733.310033.366.7排熱量/%10010070*401004070運(yùn)行功率2222.57.5 X7.522.57.515/kW運(yùn)行功率10010066.733.310033.366.7/%注：70%是2臺(tái)66.7%的運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)和1臺(tái)10%的停止運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)的自然對(duì)流排熱量之和。同理，40%是1臺(tái)33%的正常運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)和2臺(tái)10%的停止運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)的自然對(duì)流排熱量之和。如果負(fù)荷低于40%，只須開(kāi)啟一臺(tái)小電機(jī)；如果負(fù)荷在40%70%之間，只須開(kāi)啟一臺(tái)大電機(jī)或者是兩臺(tái)小電機(jī)。 例，以25%的額定

11、負(fù)荷工作時(shí)， 小電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間為 62.5% (25/40 XI00%);以50%的 額定負(fù)荷工作時(shí)，大電機(jī)或2臺(tái)小電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間為 71.4% ( 50/70 X00% )。因此啟停電機(jī)、風(fēng)機(jī)的方法從運(yùn)行時(shí)耗上節(jié)省了能源消耗。由表2還可以看出：三電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)與兩電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在能量調(diào)節(jié)和運(yùn)行能耗方面沒(méi)有區(qū)別。因此設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)兼顧日后運(yùn)行中減少故障點(diǎn)，大多采用一大一小兩電機(jī)組合。但是采用這種調(diào)節(jié)方式要注意在獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)間加設(shè)分隔板以防空氣直流排走。多種方式組合的調(diào)節(jié)方法由上述數(shù)據(jù)分析可知，電機(jī)功耗變化率較排熱量變化率大，節(jié)能效果明顯；但是除了變頻調(diào)節(jié)外，其他方式均為間歇性階段化調(diào)節(jié)，因此可以考慮對(duì)上述調(diào)

12、節(jié)方法進(jìn)行多種組合加大調(diào)節(jié)范圍，減小波段差距。比方多臺(tái)風(fēng)機(jī)獨(dú)立啟?？刂婆c變速或變頻相結(jié)合的方法。文獻(xiàn)5介紹了一種“ BALT IGU ARD 的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，將同一風(fēng)機(jī)配用一大一小兩臺(tái)電機(jī)，小電機(jī)為大電機(jī)2/3額定轉(zhuǎn)速時(shí)風(fēng)機(jī)所需的電機(jī)功率，可以是變速或變頻電機(jī)。大電機(jī)用于額定負(fù)荷時(shí)工作；小電機(jī)用于局部負(fù)荷工作。這種方式不僅具有很高 的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，而且大、小電機(jī)二者可以互為備用，在24h無(wú)停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中可將小電機(jī)功率提高到接近大電機(jī)功率，大大提高生產(chǎn)的平安性，已在國(guó)外多個(gè)工程中得到很好的驗(yàn)證。圖1 BALTIGUARD 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)2、風(fēng)機(jī)的噪聲分析2.1風(fēng)機(jī)噪聲分類蒸發(fā)式冷卻器配用風(fēng)機(jī)是一種低壓頭、大

13、流量、無(wú)前后導(dǎo)葉的單級(jí)引風(fēng)式軸流風(fēng)機(jī)。其噪聲主要包 括：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電磁噪聲、傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的機(jī)械噪聲和氣動(dòng)噪聲，這其中又以氣動(dòng)噪聲為主。(1) 氣動(dòng)噪聲 風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲主要由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲兩局部組成。旋轉(zhuǎn)噪聲是由運(yùn)轉(zhuǎn)的葉片與靜止部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起空氣壓力脈動(dòng)，旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片的上下型面不同形成的壓力差而產(chǎn)生的噪聲。渦流噪 聲是葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于葉片推動(dòng)旋轉(zhuǎn)面區(qū)間和葉尖周圍空間的空氣形成渦流，在葉片外表和風(fēng)筒壁面形 成強(qiáng)紊流喘振，進(jìn)而分裂成渦流產(chǎn)生的噪聲波。(2) 傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲空冷風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)有2種形式：葉輪直徑w 4.5 m時(shí)一般采用三角膠帶輪傳動(dòng)；葉輪直徑?4.7 m時(shí)，大多采用齒輪減速器傳動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲對(duì)整臺(tái)空冷裝置的噪聲有I3dB的影響。三角膠帶的傳動(dòng)噪聲小于齒輪嚙合傳動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。(3) 電動(dòng)機(jī)噪聲 與風(fēng)機(jī)葉輪相比，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電磁噪聲產(chǎn)生的影響很小。電動(dòng)機(jī)對(duì)單臺(tái)空冷裝置 的噪聲水平的影響1dB?？赏ㄟ^(guò)選用高性能電機(jī)來(lái)減少電機(jī)噪聲。2.2降噪方法采用主動(dòng)控制氣動(dòng)噪聲的方式是最有效的降噪途徑。目前。控制風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲最有效的措施7是：(1) 降低葉輪轉(zhuǎn)速，加大葉片寬度。葉輪轉(zhuǎn)速是影響風(fēng)機(jī)噪聲的重要因素。降低轉(zhuǎn)速可以明顯地降低風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲。但隨著轉(zhuǎn)速的降低風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓也將下降。解決這一矛盾可采用加大葉片寬度，增加葉輪實(shí)度的方法提高風(fēng)量和風(fēng)壓。(2) 采用前掠型葉片降噪