空氣處理機組的運行故障及其分析

譚愛華

(江森自控約克廣州空調冷凍設備有限公司,廣東清遠511685)

在現(xiàn)代建筑中,為滿足人們的生產、生活需要,中央空調系統(tǒng)幾乎成為其中不可或缺的配置。中央空調系統(tǒng)已廣泛應用于各類賓館、寫字樓、辦公大樓、體育館、生產廠房、商場、超市等幾乎所有建筑物中。

在工程實際應用中,工程人員經常會遇到各類空調系統(tǒng)或設備故障。而其中空氣處理機組的風量不足或過高現(xiàn)象出現(xiàn)的頻率頗高。由于空氣處理機組是中央空調系統(tǒng)中的重要設備之一,故此,筆者認為有必要對空氣處理機組的風量問題進行歸納分析。以利于空調系統(tǒng)的正常運行,滿足人們的生產、生活需要,下面介紹一些工程案例并進行分析說明。

1 案例說明與分析

1.1 案例一:東莞某電子廠空調項目

中央空調系統(tǒng)已安裝完畢,但客戶反饋該空調系統(tǒng)幾乎不起作用,空調送風口風量低,有些送風口甚至沒有風送出,這嚴重影響了該廠的生產活動。

筆者曾到現(xiàn)場勘查。首先,核查管路系統(tǒng),檢查管路系統(tǒng)是否暢通,風閥是否處于打開狀態(tài)。檢查發(fā)現(xiàn),管路系統(tǒng)無異常。然后檢查空調機組內部部件有無損壞,檢查發(fā)現(xiàn)機組內部部件完好,沒有損壞現(xiàn)象。

重新啟動空調機組測量運行電流,結果發(fā)現(xiàn),運行電流嚴重偏低,不及設計運行電流的一半。說明電機載荷過低,判定風機可能反轉。點動檢查風機運轉方向,檢查出故障確實為風機反轉。

故障原因查明,解決此故障并不難。我們知道,要改變風機轉動方向,只要改變電機的轉動方向即可。而要改變電機的轉動方向,只要改變電機三相電接線的任意二相的位置就行。

切斷機組電源開關,將圖1中電線L2與電線L3的位置交換。重新接線后,合上電源線開關,重新開啟機組,風機運轉方向變?yōu)檎D。測量機組的風量,測得結果符合設計要求,空調系統(tǒng)正常運行。

圖1 維修前電機接線圖

事實上電機的電源接線方式在機組操作說明書(IOM)上都有明確的說明,風機的運轉方向在機組上也有明確的標識。從此案例來看,空調工程安裝及調試時,參閱操作說明書 (IOM)是十分必要的,也是非常重要的。

1.2 案例二:南昌某制藥廠中央空調系統(tǒng)工程

工程剛峻工,在系統(tǒng)調試時,客戶反映機組風量偏低。經現(xiàn)場戡查,測試機組風量確實偏低。然而管路系統(tǒng)暢通無礙,電氣控制系統(tǒng)也無誤。根據(jù)管路曲線與風機性能曲線關系[1],可知風量偏低,必定為系統(tǒng)風壓增大引起。由于該項目為制藥廠項目,對廠房的清潔度有很高的要求,每臺機組都配有初、中、高效過濾器。遂查看過濾器,將初、中、高效過濾器抽出,發(fā)現(xiàn)過濾器已經嚴重臟堵,空氣難于通過過濾器。經現(xiàn)場了解,工程人員在沒有將工程現(xiàn)場完全清潔的情況下就開始開機調試機組,導致大量灰塵進入機組,堵塞過濾器。從而引起系統(tǒng)阻力增大、風量降低。

為驗證故障是否由過濾器堵塞導致,更換其中一臺機組的過濾器,將已臟堵的過濾器取出,換上相同規(guī)格型號的新的干凈的過濾器。測試機組的風量,測試結果顯示,風量值滿足設計要求,機組恢復正常。以同樣的措施處理其它機組,機組也都恢復正常運行。

正常情況下,機組剛運行不久,過濾器阻力較小,隨著運行時間的延長,過濾器上的灰塵會逐漸積多,過濾器阻力逐漸增大,建議當過濾器阻力達到過濾器初阻力的兩倍時,必需更換或清潔過濾器,以不影響空調設備的使用。工程安裝過程中,必需保證工程現(xiàn)場清潔后,才能開機調試。對于有很高潔凈要求的場所,在所有工程工作完成前最好不要先安裝過濾器,以免工程施工時沾污過濾器。

1.3 案例三:廣州大學城某教學大樓空調工程項目

大學城項目是當年在華南地區(qū)最大的中央空調工程之一。工程相關各方對此項目都極為重視,然而在空調系統(tǒng)調試時,出現(xiàn)大量機組風量過高的情況,風量一高,噪聲也會增大。

經核查機組本身并沒有問題,管路系統(tǒng)也符合最初的工程圖紙。經認真核實,發(fā)現(xiàn)問題出在風管管路系統(tǒng)阻力計算上。以其中一臺機組為例,設備選型參數(shù)為:設計風量:15000m3/h,設計風壓:300Pa。但核算管路系統(tǒng),實際風管阻力只有200Pa。相當于安全系數(shù)加大為1.5。推測原因,可能是此為重大項目,暖通設計師為保證不出現(xiàn)風量不足的情況,加大了風管管路系統(tǒng)阻力的安全系數(shù)。

按風量15000m3/h,機外余壓200Pa,重新核算風機轉速為650r/min,低于300Pa時的738r/min,將電機帶輪直徑減小可降低傳動比,使風機轉速降低到650r/min。整改措施:更換電機帶輪,將直徑為90的電機帶輪更換成直徑為80的帶輪。更換后,開機重新測試,風機轉速降低到約為655r/min,風量降為15000m3/h?？照{系統(tǒng)運行恢復正常。

1.4 案例四:北京某軟件開發(fā)公司空調項目

該公司空調系統(tǒng)所有空氣處理機組都設置于大樓屋頂,屬于室外機組。中央空調系統(tǒng)安裝工程完工后,進行系統(tǒng)調試,發(fā)現(xiàn)總空調風量偏低。只達設計風量值的80%(16000m3/h)左右。接到客戶投訴,設備方技術人員到工程現(xiàn)場核查。逐一對各相關環(huán)節(jié)核查,風閥正常,處于開啟狀態(tài);風管管路系統(tǒng)暢通,核算最不利環(huán)路[2]管路阻力值,未發(fā)現(xiàn)設計有誤;管路系統(tǒng)的可能故障排除。問題就只能是在設備上了。檢查風機運轉情況,狀況良好;檢查過濾器狀態(tài),過濾器干凈無阻塞情況。后仔細檢查設備與設備設計圖紙資料,發(fā)現(xiàn)工程方在空調機組的空段內自行加裝了一板式濕膜加濕器,如圖2、圖3所示。正是這加濕器導致空調機組阻力比原設計阻力值增大,從而系統(tǒng)風量會降低。濕膜加濕器阻力約150Pa。

圖2 機組結構示意圖

圖3 液膜加濕器圖

最初的選型參數(shù),設計風量:20000m3/h,設計風壓:350Pa。根據(jù)這些參數(shù),機組配置為:#500風機,3kW電機,風機轉速為726r/min,風機吸收功率為2.49kW。由于客戶在機內加裝了濕膜加濕器。風壓增加了150Pa。要解決現(xiàn)在的問題,就必需以風量20000m3/h,風壓:350Pa+150Pa=500Pa來核算匹配。經核算風機轉速為810r/min,風機吸收功率為3.1kW。

整改措施:(1)將電機由3kW更換成4kW電機。(2)更換電機帶輪,增大其直徑以增大傳動比,使風機轉速由726r/min提高到810r/min。更換后測試機組風量,風量達到20000m3/h。滿足工程要求。

此案例反映,工程方或業(yè)主如擅自變更或在機組設備內加裝零部件,往往容易產生問題,給機組運行帶來麻煩。

1.5 案例五:東莞某機電設備廠項目

該空調項目系統(tǒng)較為簡單,然而空調系統(tǒng)工程完工調試時也反饋風量不足?，F(xiàn)場核查情況,風機運行情況正常,無反轉現(xiàn)象;空調設備只有一級初效過濾器,過濾器清潔無臟堵現(xiàn)象。檢查結果:空調設備正常。再核查風管管路系統(tǒng),風閥狀態(tài)正常,管路系統(tǒng)也暢通。遂開始核算管路系統(tǒng)阻力設計值是否正確。核算時發(fā)現(xiàn),工程現(xiàn)場實際安裝的風管與風管設計圖紙不符,如圖4所示。原設計風管管路如圖4虛線部分為直管段,工程施工時,發(fā)現(xiàn)風管管路與建筑橫梁有 “打架”現(xiàn)象,為繞過橫梁,實際施工時空調風管多繞了幾個彎道。這樣實際的管路系統(tǒng)阻力自然就增大了,系統(tǒng)空調風量就會下降。

圖4 風管管路示意圖

故障解決方法,核算實際風管管路阻力,結果比原設計值高出約50Pa。以實際風壓核算風機轉速為765r/min,比原設計轉速高了約60r/min。更換風機帶輪,減小風機帶輪直徑。提高傳動比,使風機轉速提高至765r/min。更換后測試風量值。測試結果風量滿原設計要求。工程問題得以解決。

2 理論分析

上述案例除一外,都是由于管路系統(tǒng)阻力變化(這里將空調設備當做管路系統(tǒng)的一個組成部分進行分析),從而導致系統(tǒng)風量變化。根據(jù)風機的氣動性能我們知道,對于給定的風機,其性能曲線與風管管路曲線關系是一定的。

圖5為風機的性能曲線與管路曲線的關系圖。其中L0為設計管路曲線,L1為高阻管路曲線,L2為低阻管路曲線,L為風機性能曲線。當實際管路曲線與設計管路曲線一致時,設計風量等于實際風量,設計風壓等于實際風壓,空調系統(tǒng)正常。當實際管路曲線與設計管路曲線不一致時,如圖5中所示,若實際管路曲線變?yōu)楦咦韫苈非€L1,此時實際風壓為P1,實際風量為Q1;設計風壓為P0,設計風量為Q0,從圖5中可看到,風壓P1＞P0,而風量Q1＜Q0;即實際風壓增大,系統(tǒng)風量會降低。若實際管路曲線變?yōu)榈妥韫苈非€L2,此時實際風壓為P2,實際風量為Q2;從圖5中還可看到,風壓P2＜P0,而風量Q2＞Q0;即實際風壓降低,系統(tǒng)風量會增大。

在工程中如果實際管路曲線發(fā)生了變化,我們可以采用實際核算得出的風量、風壓參數(shù),利用風機選型軟件重新核算選配風、電機。也可根據(jù)風機的相似定律及比例定律來校核,根據(jù)風機比例定律可知風量 (Q)與轉速 (N)及風機風壓 (P)的關系:

式中:

Q1,N1,P1為當前狀態(tài)工作點的風量、風機轉速與風機風壓。

Q2,N2,P2為所需狀態(tài)點的風量、風機轉速與風機風壓。

通過核算后重新匹配風機、電機及皮帶輪,使得機組滿足工程變化的需要,從而化解工程現(xiàn)場問題。

3 結論

綜上所述,空調系統(tǒng)的風量變化,往往與系統(tǒng)的風壓 (風管系統(tǒng)阻力)變化有密切關系。當實際管路系統(tǒng)風阻增加時,實際風量會降低,不能滿足空調工程要求;當實際管路系統(tǒng)風阻降低時,實際風量會增大,噪聲、能耗也會增加,同樣不能滿足工程要求。

空調系統(tǒng)的設計、設備設計制造、工程安裝、系統(tǒng)操作等各個環(huán)節(jié)對空調的最終使用都有重大影響。要使中央空調系統(tǒng)良好運行,不但需要好的空調設備,還需要好的系統(tǒng)設計,良好的工程安裝,專業(yè)的操作維護。正如業(yè)內人士所說,中央空調系統(tǒng),三分設備,七分安裝維護。

[1]蔡增基.流體力學 泵與風機[J].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999

[2]薜殿華.空氣調節(jié)[J].北京:清華大學出版社,1991