直流風(fēng)機(jī)在常規(guī)壁掛爐上的應(yīng)用

汪為彪

【摘 ?要】提出一種將直流風(fēng)機(jī)應(yīng)用在常規(guī)壁掛爐上的應(yīng)用方案。通過分體式直流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，解決風(fēng)機(jī)電路板的耐溫問題，采用精確的燃?xì)狻諝馄ヅ淇刂?，提高常?guī)壁掛爐部分負(fù)荷時(shí)的熱效率，降低壁掛爐的運(yùn)行噪音，提升產(chǎn)品性能。

【關(guān)鍵詞】直流風(fēng)機(jī);常規(guī)壁掛爐

1 ?引 言

常規(guī)壁掛爐主要使用交流恒速風(fēng)機(jī)提供燃燒所需的空氣，且風(fēng)量是按照采暖爐最大負(fù)荷時(shí)所需風(fēng)量設(shè)定的，因此額定負(fù)荷狀態(tài)下的燃燒效率較高，但在部分負(fù)荷狀態(tài)下，由于燃?xì)饬肯鄬?duì)較小，風(fēng)機(jī)風(fēng)量較大，導(dǎo)致過剩空氣系數(shù)較大，效率低下，以26kW常規(guī)壁掛爐為例，其最大負(fù)荷效率可達(dá)92%，最小負(fù)荷效率僅85%，，而用戶在實(shí)際采暖過程中，采暖爐大部分工作時(shí)間都處于部分負(fù)荷狀態(tài)，即低效率狀態(tài)下燃燒。如何提高壁掛爐的小負(fù)荷的熱效率，降低壁掛爐的運(yùn)營成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，成為眾多廠家努力的方向。部分廠家推出使用交流調(diào)速風(fēng)機(jī)的采暖爐，風(fēng)量能隨著供暖負(fù)荷的變化進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，部分負(fù)荷熱效率較交流恒速風(fēng)機(jī)略有提升，但由于受交流電機(jī)自身性能及風(fēng)壓開關(guān)的限制，部分負(fù)荷下效率提升有限，測試結(jié)果表明：同樣26kW采暖爐最小負(fù)荷時(shí)效率可提升到88%，小負(fù)荷效率有所提升。因此針對(duì)采暖爐長時(shí)間工作在小負(fù)荷狀態(tài)的特點(diǎn)，如何最大限度提升小負(fù)荷下的燃燒效率，具有重大意義。

2 ?直流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)

常規(guī)壁掛爐的一般采用上抽風(fēng)的結(jié)構(gòu)，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庑柚苯优c風(fēng)機(jī)接觸，經(jīng)過風(fēng)機(jī)葉輪排出，對(duì)風(fēng)機(jī)的耐溫要求較高，而一般直流風(fēng)機(jī)由于其內(nèi)置風(fēng)機(jī)電路板，無法使用于高溫環(huán)境中，因此需解決直流風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)控制板的耐溫問題。

經(jīng)過測試，最大負(fù)荷時(shí)煙氣溫度一般在130℃左右，風(fēng)機(jī)電機(jī)周圍的環(huán)境溫度80℃左右，當(dāng)風(fēng)機(jī)后清掃完成后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電機(jī)周圍環(huán)境溫度可升高到100℃左右，普通的電子元器件無法長時(shí)間工作在如此高溫環(huán)境下。通過不斷的創(chuàng)新研究，設(shè)計(jì)出一款分體式直流風(fēng)機(jī)，將風(fēng)機(jī)電路板外置，安裝在燃燒室外部，解決耐溫問題，風(fēng)機(jī)主體部分僅保留監(jiān)測風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器（采用耐高溫器件），風(fēng)機(jī)控制板與風(fēng)機(jī)主體部分采用導(dǎo)線連接，分體式直流風(fēng)機(jī)安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示：

3 風(fēng)機(jī)特性分析

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要參數(shù)有全壓pt、風(fēng)量Q、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n、煙道風(fēng)阻等，其相互關(guān)系曲線如下圖2所示：

圖中曲線1、2、3分別代表直流風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的特性曲線，曲線1、2、3對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速n1、n2、n3，關(guān)系為n1

由圖2可以看出，在煙道阻力一定的情況下，風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，即可調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小。假設(shè)在某一負(fù)荷時(shí)，風(fēng)機(jī)在曲線1和4的交點(diǎn)a正常運(yùn)行，此時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為na，風(fēng)量為Q1，當(dāng)出現(xiàn)煙道堵塞時(shí)，即風(fēng)阻由曲線4變成曲線5，如果采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)速不變，工作點(diǎn)將從a點(diǎn)轉(zhuǎn)移到曲線1和5的交點(diǎn)，風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)量降低，通過測試發(fā)現(xiàn)此時(shí)風(fēng)機(jī)的工作電流減小;若保持風(fēng)機(jī)的電流不變，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將會(huì)由na升高到nb，風(fēng)機(jī)將會(huì)運(yùn)行在曲線 2和曲線5的交點(diǎn)b，此時(shí)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為nb，輸出風(fēng)量為Q2，通過 轉(zhuǎn)速變換的檢測，可以判斷出風(fēng)機(jī)堵塞的情況。從a點(diǎn)到b點(diǎn)，風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)量減小了△Q，若此時(shí)再對(duì)風(fēng)機(jī)的電流進(jìn)行一定補(bǔ)償，使得風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到nc，系統(tǒng)的風(fēng)量將會(huì)增加△Q恢復(fù)到堵塞前的Q1，保證風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量的恒定。

4、控制方案的設(shè)計(jì)

通過對(duì)直流風(fēng)機(jī)特性曲線的分析，設(shè)計(jì)一種恒風(fēng)量控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示：

整個(gè)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)包括MCU、直流風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)控制電路、轉(zhuǎn)速反饋電路、電流反饋電路，MCU根據(jù)當(dāng)前負(fù)荷自動(dòng)計(jì)算所需的空氣量，輸出PWM信號(hào)到風(fēng)機(jī)控制電路，控制直流風(fēng)機(jī)按照設(shè)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，提供所需的空氣量，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，MCU及時(shí)調(diào)節(jié)輸出PWM信號(hào)的占空比，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，保證空氣—燃?xì)馀浔仁冀K處在最佳狀態(tài)。同時(shí)MCU的AD口通過轉(zhuǎn)速反饋電路及電流反饋電路檢測當(dāng)前直流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)和電流信號(hào)，在整機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在某一負(fù)荷時(shí)，若風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，電流減小，MCU判斷出現(xiàn)煙道堵塞情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出PWM信號(hào)，提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，保證輸出風(fēng)量的恒定，當(dāng)MCU檢測到轉(zhuǎn)速超過系統(tǒng)設(shè)定的異常判定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。

5、測試結(jié)果

為了驗(yàn)證直流風(fēng)機(jī)的實(shí)際使用效果，分別選取26kW交流恒速風(fēng)機(jī)產(chǎn)品和交流調(diào)速風(fēng)機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行效率和噪音性能對(duì)比測試。

效率對(duì)比曲線如圖4所示，最大負(fù)荷時(shí)，三種機(jī)型的效率差不多，都在90%以上，但最小負(fù)荷時(shí)，直流風(fēng)機(jī)產(chǎn)品熱效率較交流恒速風(fēng)機(jī)高6%左右，較交流調(diào)速風(fēng)機(jī)高3%左右，使用直流風(fēng)機(jī)全負(fù)荷段效能都能保持在90%以上。

噪音對(duì)比曲線如圖5所示，最大負(fù)荷時(shí)，三種風(fēng)機(jī)噪音都在44～46dB左右，直流風(fēng)機(jī)噪音略低，最小負(fù)荷時(shí)，直流風(fēng)機(jī)可低至37.6dB，較交流恒速風(fēng)機(jī)低7dB左右，較交流調(diào)速風(fēng)機(jī)低4dB左右，極大的降低常規(guī)壁掛爐的運(yùn)行噪音。

6、結(jié)論

通過試驗(yàn)測試結(jié)果可以看出，通過分體式直流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，將直流風(fēng)機(jī)應(yīng)用在常規(guī)壁掛爐產(chǎn)品上，精確的燃?xì)狻諝馄ヅ淇刂?，極大的提高了小負(fù)荷時(shí)的熱效率，同時(shí)小負(fù)荷時(shí)，直流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速減小，降低了運(yùn)行噪音，極大的提升了產(chǎn)品性能

（作者單位：廣東萬家樂燃?xì)饩哂邢薰荆?/n2