蒸發(fā)式冷卻器配用風機的節(jié)能與降噪

1、蒸發(fā)式冷卻器配用風機的節(jié)能與降噪摘要：通過對蒸發(fā)式冷卻器配用風機能耗問題及噪聲形成機理的分析，結(jié)合當今風機節(jié)能降噪的一些實踐性應用，總結(jié)了 關(guān)于風機節(jié)能降噪的實用方法。認為在風機結(jié)構(gòu)優(yōu)化葉片采用大直徑寬葉片、前傾式結(jié)構(gòu)的根底上采用多臺風機獨立 啟?？刂?，并使用變頻風機能夠使風機節(jié)能效果到達最優(yōu)，且風機的噪音問題能夠得到很好的解決。關(guān)鍵詞：蒸發(fā)式冷卻器； 風機； 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)時放出的熱量通過油膜、管壁及污垢傳給管外的水膜，再通過水的蒸發(fā)將熱量傳遞給空氣。由風機運 轉(zhuǎn)提供流動空氣。蒸發(fā)時產(chǎn)生的水蒸汽被流動

2、空氣帶走。由于局部冷卻水在蒸發(fā)時同時吸收蒸氣和周圍 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，可大大降低壓縮機所消耗的能量。作為蒸發(fā)式冷卻器的一個重要組成部件，風機的設(shè)計選型對蒸發(fā)冷的使用性能及應用效力非常重要。風機的使用性能主要表達在能耗和噪聲兩大問題上。1、風機的能耗分析蒸發(fā)冷配用風機使用時牽涉到風機風量的調(diào)節(jié)問題。假設(shè)蒸發(fā)式冷卻器在使用時保持配用風機按定風量送風，

3、即與其聯(lián)動的電機轉(zhuǎn)數(shù)不變，由于蒸發(fā)式冷卻器配風量在設(shè)計時是按最大冷凝負荷計算的，設(shè)計者或用戶在選擇風機設(shè)備時，通常留有10%15%的設(shè)計余量，實際上系統(tǒng)在全年的運行中，大局部時間是處在局部負荷狀態(tài)下。設(shè)備容量不能充分利用， 運行效率低。在局部負荷下運行的風機仍是額定風量送風，致使風量充裕。特別是當蒸發(fā)冷在低負荷下 運轉(zhuǎn)時，風量的過度充裕對換熱效率并沒有明顯提高，反而因風機功耗不變，冷卻水飄散率增大，蒸發(fā) 冷單位負荷的功耗增加，使性能系數(shù)COP下降很多，經(jīng)濟效率極低。同時風機的噪音問題愈加凸顯?？偨Y(jié)國內(nèi)外蒸發(fā)式冷卻器配用風機的能耗研究，可采用以下幾種方式進行節(jié)能：1.1合理確定風壓和風量通過分析

4、和計算，或進行一些測試，或參考同類的設(shè)備系統(tǒng)的實測數(shù)據(jù)，確定設(shè)備系統(tǒng)所需要的最 大風壓和最大風量考慮到所提供的測試數(shù)據(jù)的測試誤差以及運行時設(shè)備性能的變化，實際選用風機時風 量和風壓可以取:Q -門 芒卜：.：；".匯：叫從節(jié)能角度考慮，應當盡可能精確地計 算出所需要的風壓和風量，使實際運行值和計算數(shù)據(jù)相差最好不超過10 %，這樣風機能在高效率區(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)，還必須估算出風機經(jīng)常使用的和最小的風壓風量2。1.2優(yōu)化風機結(jié)構(gòu)使用低轉(zhuǎn)速、大流量直聯(lián)式軸流風機。風機葉片采用大直徑寬葉片、前傾式結(jié)構(gòu)，特點是風阻小、 風量大、噪音小、性能佳、效率高。從機械性能考

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

6、改變電機、風機轉(zhuǎn)速。A. 溫度控制。即采用溫度傳感器測溫并連接溫度控制器，通過溫度變化控制風機電機電源的通斷。當冷凝負荷降低時在冷卻循環(huán)水量不變的情況下，冷凝器制冷劑液體出口溫度勢必下降，降低至一定溫 度時，溫感控制動作，斷電關(guān)機，風機停轉(zhuǎn)。持續(xù)一段時間后，制冷劑液體出口溫度上升，直升至溫控 器設(shè)定溫度，溫感控制動作，通電開機，風機轉(zhuǎn)動。此控制方法利用冷凝溫差控制控制風機轉(zhuǎn)速，簡單 實用，節(jié)能效果顯著，但風機的開、關(guān)過于頻繁，可能會導致開關(guān)和風機馬達過熱而影響使用壽命，因 此，溫控器要設(shè)定適宜的溫度精度范圍，使風機的開關(guān)頻率控制在適宜的數(shù)值3。B. 電機變頻調(diào)節(jié)。通過改變電機頻率來對風機進行無

7、級調(diào)速，調(diào)節(jié)風量，使其與冷凝負荷變化相 對應，使制冷劑液體出口溫度穩(wěn)定，實現(xiàn)最有效地冷凝效果。變頻調(diào)速有如下特點：1調(diào)速效率高；2調(diào)速范圍大；3調(diào)速精度高；4啟動電流小，而且容 易實現(xiàn)閉環(huán)控制；5 電機機械故障少。維修方便的優(yōu)點，又能到達節(jié)電的顯著效果，是風機交流調(diào)速 節(jié)能的理想方法4。但同時增加了生產(chǎn)本錢，在一定程度上限制了其應用。C. 電機極數(shù)變換。電機極數(shù)可變，不同的極數(shù)變化可使風機獲得上下不同的23種轉(zhuǎn)速。冷卻負 荷大時，風機高轉(zhuǎn)速大風量運轉(zhuǎn)；冷卻負荷小時，風機低轉(zhuǎn)速小風量運轉(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機噪聲，減少對周邊環(huán)境的影響。此控制系統(tǒng)馬達極數(shù)的變化由冷卻塔

8、出水溫度 來控制。通過改變風機、電機的轉(zhuǎn)速可以對蒸發(fā)式冷卻器排熱量進行較寬范圍的調(diào)節(jié)。下面就常規(guī)的定轉(zhuǎn)速 電機、多速電機、變頻電機做分析比擬，具體見表1。表1變轉(zhuǎn)速工況排熱量和運行功率調(diào)節(jié)范圍比擬電機定轉(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風量/ %10060/10050/10059/60/10020 100排熱量/ %10068/10059/10059/68/10029 100運行功率

9、/ %10022/10013/10013/22/1001 100注：表中P是與風機聯(lián)動的電機的磁極對數(shù)，同時代表電機轉(zhuǎn)速。如 4P代表電機是2極。轉(zhuǎn)速=3000/2=1500 r/min改變風機起停臺數(shù)對較大負荷的蒸發(fā)式冷卻器，可設(shè)計成多臺風機組合、多臺電機組合，通過不同臺數(shù)風機、電機的啟停來改變排熱量。當風機停止運轉(zhuǎn)時， 因自然對流換熱的存在， 蒸發(fā)式冷卻器仍可到達其 10%的排熱 量。下面以3臺風機為例比擬啟?？刂频哪芰空{(diào)節(jié)和運行功率，具體見表2。表2啟?？刂婆艧崃空{(diào)節(jié)和運行功率比擬電機單電機三電機兩電機功率22kW7.5kW/7.5kW/7.5kW7.5KW/15kW啟?？刂芆NON/O

10、N/ONOFF/ON/ONOFF/OFF/ONON/ONOFF/ONON/OFF風量/%10010066.733.310033.366.7排熱量/%10010070*401004070運行功率2222.57.5 X7.522.57.515/kW運行功率10010066.733.310033.366.7/%注：70%是2臺66.7%的運轉(zhuǎn)風機和1臺10%的停止運轉(zhuǎn)風機的自然對流排熱量之和。同理，40%是1臺33%的正常運轉(zhuǎn)風機和2臺10%的停止運轉(zhuǎn)風機的自然對流排熱量之和。如果負荷低于40%，只須開啟一臺小電機；如果負荷在40%70%之間，只須開啟一臺大電機或者是兩臺小電機。 例，以25%的額定

11、負荷工作時， 小電機的運行時間為 62.5% (25/40 XI00%);以50%的 額定負荷工作時，大電機或2臺小電機的運行時間為 71.4% ( 50/70 X00% )。因此啟停電機、風機的方法從運行時耗上節(jié)省了能源消耗。由表2還可以看出：三電機運轉(zhuǎn)與兩電機運轉(zhuǎn)在能量調(diào)節(jié)和運行能耗方面沒有區(qū)別。因此設(shè)計產(chǎn)品時兼顧日后運行中減少故障點，大多采用一大一小兩電機組合。但是采用這種調(diào)節(jié)方式要注意在獨立運轉(zhuǎn)的風機間加設(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)，因此可以考慮對上述調(diào)

12、節(jié)方法進行多種組合加大調(diào)節(jié)范圍，減小波段差距。比方多臺風機獨立啟?？刂婆c變速或變頻相結(jié)合的方法。文獻5介紹了一種“ BALT IGU ARD 的風機系統(tǒng)，將同一風機配用一大一小兩臺電機，小電機為大電機2/3額定轉(zhuǎn)速時風機所需的電機功率，可以是變速或變頻電機。大電機用于額定負荷時工作；小電機用于局部負荷工作。這種方式不僅具有很高 的節(jié)能優(yōu)勢，而且大、小電機二者可以互為備用，在24h無停機運轉(zhuǎn)的過程中可將小電機功率提高到接近大電機功率，大大提高生產(chǎn)的平安性，已在國外多個工程中得到很好的驗證。圖1 BALTIGUARD 風機系統(tǒng)2、風機的噪聲分析2.1風機噪聲分類蒸發(fā)式冷卻器配用風機是一種低壓頭、大

13、流量、無前后導葉的單級引風式軸流風機。其噪聲主要包 括：電機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電磁噪聲、傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的機械噪聲和氣動噪聲，這其中又以氣動噪聲為主。(1) 氣動噪聲 風機的氣動噪聲主要由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲兩局部組成。旋轉(zhuǎn)噪聲是由運轉(zhuǎn)的葉片與靜止部件相對運動引起空氣壓力脈動，旋轉(zhuǎn)時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，由于葉片推動旋轉(zhuǎn)面區(qū)間和葉尖周圍空間的空氣形成渦流，在葉片外表和風筒壁面形 成強紊流喘振，進而分裂成渦流產(chǎn)生的噪聲波。(2) 傳動系統(tǒng)噪聲空冷風機的傳動系統(tǒng)有2種形式：葉輪直徑w 4.5 m時一般采用三角膠帶輪傳動；葉輪直徑?4.7 m時，大多采用齒輪減速器傳動。傳動系統(tǒng)噪聲對整臺空冷裝置的噪聲有I3dB的影響。三角膠帶的傳動噪聲小于齒輪嚙合傳動產(chǎn)生的噪聲。(3) 電動機噪聲 與風機葉輪相比，電動機運轉(zhuǎn)的電磁噪聲產(chǎn)生的影響很小。電動機對單臺空冷裝置 的噪聲水平的影響1dB?？赏ㄟ^選用高性能電機來減少電機噪聲。2.2降噪方法采用主動控制氣動噪聲的方式是最有效的降噪途徑。目前?？刂骑L機氣動噪聲最有效的措施7是：(1) 降低葉輪轉(zhuǎn)速，加大葉片寬度。葉輪轉(zhuǎn)速是影響風機噪聲的重要因素。降低轉(zhuǎn)速可以明顯地降低風機氣動噪聲。但隨著轉(zhuǎn)速的降低風機的風量和風壓也將下降。解決這一矛盾可采用加大葉片寬度，增加葉輪實度的方法提高風量和風壓。(2) 采用前掠型葉片降噪