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：通過對蒸發(fā)式冷卻器配用風(fēng)機(jī)能耗問題及噪聲形成機(jī)理的分析，結(jié)合當(dāng)今風(fēng)機(jī)節(jié)能降噪的一些實踐性應(yīng)用，總結(jié)了 關(guān)于風(fēng)機(jī)節(jié)能降噪的實用方法。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)）的基礎(chǔ)上采用多臺風(fēng)機(jī)獨(dú)立 啟?？刂?，并使用變頻風(fēng)機(jī)能夠使風(fēng)機(jī)節(jié)能效果達(dá)到最優(yōu)，且風(fēng)機(jī)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(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(fēng)機(jī)運(yùn) 轉(zhuǎn)提供流動空氣。蒸發(fā)時產(chǎn)生的水蒸汽被

2、流動空氣帶走。由于部分冷卻水在蒸發(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(bǔ)充水量為水冷式的1/251/501，其特別適用于缺水地區(qū)，在氣候干燥處更為有效。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)式冷卻器的一個重要組成部件，風(fēng)機(jī)的設(shè)計選型對蒸發(fā)冷的使用性能及應(yīng)用效力非常重要。風(fēng)機(jī)的使用性能主要體現(xiàn)在能耗和噪聲兩大問題上。1、風(fēng)機(jī)的能耗分析蒸發(fā)冷配用風(fēng)機(jī)使用時牽涉到風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)問題。若蒸發(fā)式冷卻器在使用時保持配用風(fēng)機(jī)按定風(fēng)量送風(fēng)

3、，即與其聯(lián)動的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)不變，由于蒸發(fā)式冷卻器配風(fēng)量在設(shè)計時是按最大冷凝負(fù)荷計算的，設(shè)計者或用戶在選擇風(fēng)機(jī)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(yùn)行中，大部分時間是處在部分負(fù)荷狀態(tài)下。設(shè)備容量不能充分利用， 運(yùn)行效率低。在部分負(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)量富余。特別是當(dāng)蒸發(fā)冷在低負(fù)荷下 運(yùn)轉(zhuǎn)時，風(fēng)量的過度富余對換熱效率并沒有明顯提高，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。同時風(fēng)機(jī)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(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)量通過分

4、析和計算，或進(jìn)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(fēng)壓和最大風(fēng)量考慮到所提供的測試數(shù)據(jù)的測試誤差以及運(yùn)行時設(shè)備性能的變化，實際選用風(fēng)機(jī)時風(fēng) 量和風(fēng)壓可以取:Q -門 芒卜：.：；".匯”：叫從節(jié)能角度考慮，應(yīng)當(dāng)盡可能精確地計 算出所需要的風(fēng)壓和風(fēng)量，使實際運(yùn)行值和計算數(shù)據(jù)相差最好不超過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

5、能考慮，由于電機(jī)與風(fēng)機(jī)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(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，通過調(diào)整 動葉安裝角進(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，否則會造成葉片端部速 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，大部分時間是處在部分負(fù)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(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溫并連接溫度控制器，通過溫度變化控制風(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(jī)，風(fēng)機(jī)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(jī)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動。此控制方法利用冷凝溫差控制控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，簡單 實用，節(jié)能效果顯著，但風(fēng)機(jī)的開、關(guān)過于頻繁，可能會導(dǎo)致開關(guān)和風(fēng)機(jī)馬達(dá)過熱而影響使用壽命，因 此，溫控器要設(shè)定合適的溫度精度范圍，使風(fēng)機(jī)的開關(guān)頻率控制在合適的數(shù)值3。B. 電機(jī)變頻調(diào)節(jié)。通過改變電機(jī)頻率來對風(fēng)機(jī)進(jìn)行

7、無級調(diào)速，調(diào)節(jié)風(fēng)量，使其與冷凝負(fù)荷變化相 對應(yīng)，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(diǎn)：（1）調(diào)速效率高；（2）調(diào)速范圍大；（3）調(diào)速精度高；（4）啟動電流小，而且容 易實現(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)，又能達(dá)到節(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。但同時增加了生產(chǎn)成本，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)獲得高低不同的23種轉(zhuǎn)速。冷卻負(fù) 荷大時，風(fēng)機(jī)高轉(zhuǎn)速大風(fēng)量運(yùn)轉(zhuǎn)；冷卻負(fù)荷小時，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，減少對周邊環(huán)境的影響。此控制系統(tǒng)

8、馬達(dá)極數(shù)的變化由冷卻塔出水溫度 來控制。通過改變風(fēng)機(jī)、電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以對蒸發(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)做分析比較，具體見表1。表1變轉(zhuǎn)速工況排熱量和運(yùn)行功率調(diào)節(jié)范圍比較電機(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/ %10068/10059/10059/68/10

9、029 100運(yùn)行功率/ %10022/10013/10013/22/1001 100注：表中P是與風(fēng)機(jī)聯(lián)動的電機(jī)的磁極對數(shù)，同時代表電機(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)起停臺數(shù)對較大負(fù)荷的蒸發(fā)式冷卻器，可設(shè)計成多臺風(fēng)機(jī)組合、多臺電機(jī)組合，通過不同臺數(shù)風(fēng)機(jī)、電機(jī)的啟停來改變排熱量。當(dāng)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時， 因自然對流換熱的存在， 蒸發(fā)式冷卻器仍可達(dá)到其 10%的排熱 量。下面以3臺風(fēng)機(jī)為例比較啟停控制的能量調(diào)節(jié)和運(yùn)行功率，具體見表2。表2啟停控制排熱量調(diào)節(jié)和運(yùn)行功率比較電機(jī)單電機(jī)三電機(jī)兩電機(jī)功率22kW7.5kW/7.5kW/7.5kW7.5KW/15k

10、W啟停控制ONON/ON/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66.7%的運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)和1臺10%的停止運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)的自然對流排熱量之和。同理，40%是1臺33%的正常運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)和2臺10%的停止運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)的自然對流排熱量之和。如果負(fù)荷低于40%，只須開啟一臺小電機(jī)；如果負(fù)荷在40%70%之間，只須開啟一臺大電機(jī)或者是兩臺小電機(jī)

11、。 例，以25%的額定負(fù)荷工作時， 小電機(jī)的運(yùn)行時間為 62.5% (25/40 XI00%);以50%的 額定負(fù)荷工作時，大電機(jī)或2臺小電機(jī)的運(yùn)行時間為 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)行能耗方面沒有區(qū)別。因此設(shè)計產(chǎn)品時兼顧日后運(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)

12、，因此可以考慮對上述調(diào)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。比如多臺風(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)配用一大一小兩臺電機(jī)，小電機(jī)為大電機(jī)2/3額定轉(zhuǎn)速時風(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)荷時工作；小電機(jī)用于部分負(fù)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(jī)二者可以互為備用，在24h無停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中可將小電機(jī)功率提高到接近大電機(jī)功率，大大提高生產(chǎn)的安全性，已在國外多個項目中得到很好的驗證。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

13、配用風(fēng)機(jī)是一種低壓頭、大流量、無前后導(dǎo)葉的單級引風(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、傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的機(jī)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(fēng)機(jī)的氣動噪聲主要由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲兩部分組成。旋轉(zhuǎn)噪聲是由運(yùn)轉(zhuǎn)的葉片與靜止部件相對運(yùn)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，在葉片表面和風(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) 傳動系統(tǒng)噪聲空冷風(fēng)機(jī)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，

14、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(jī)噪聲 與風(fēng)機(jī)葉輪相比，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電磁噪聲產(chǎn)生的影響很小。電動機(jī)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(jī)來減少電機(jī)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。控制風(fēng)機(jī)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(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，增加葉輪實度的方法提高風(fēng)量和風(fēng)壓。(2) 采用前掠型葉片降噪