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降温水帘新风节能型空调机组中通风机的选型设计西门子6RA7093－4
摘要：从理论上对空调机和全热换热器联用的新风、节能型空调机组中管道的阻力工程进行了分析，并根据工程实例进行了选型设计，得出可提高该类型通风机效率，降低成本的结论。
关键词： 空调通风机 节能 选型
Selection Design of Fan for Fresh Air in Energy-saving Air Conditioning Unit
Abstract: The theory about resistance system of pipe for fresh air and energy-saving air conditioning unit used by air conditioner and heat exchanger is analyzed. According to the project example, selection design is carried out, the result shows, the efficiency of fan is improved, and the cost is reduced.
Key words: Air conditioner Energy saving Selection
1 引言
空调机和全热换热器是两个不同的产品，各自独立运行。我校开发了全热换热器与空调机联用的新风、节能型空调工程，如果只是将两者简单地组合联用，将会导致送风工程中全热换热器送风风机和空调机蒸发风机的短距离串联，从而会影响全热换热器及空调机的性能。
针对这种情况，笔者建议选用一台风机取而代之，这样就能同时满足新风空调工程的送风要求。根据通风机的工作原理、其阻力和流量的关系式，绘制了通风机管道特性曲线，结合实际工况下的通风机特性曲线，对新风、节能型空调机组中的通风机进行了选型，改变了原来空调机和全热换热器各有一台通风机的局面，从而达到了节能、高效和降低成本的目的。
本文将重点介绍如何选定该风机及其性能参数。
2 理论分析
2.1全热换热器单独运行时送风机的工作原理
当全热换热器单独运行时，其送风机F1需克服的阻力为全热换热器自身和连接管道的阻力之和 G1（见图1），点M1为送风机的实际工况点。
2.2 空调机单独运行时蒸发风机的工作原理
当空调机单独运行时，蒸发风机 F2要克服的阻力 G2包括空调机蒸发器空气侧的阻力以及连接管道的阻力（见图2），点M2为蒸发风机的实际工况点。
2.3 全热换热器与空调机联用时风机的工作原理
当全热换热器与空调机联用时（见图 3 ），管道阻力此时的增大值为 G 。如果仍让送风风机和蒸发风机在工程中工作，则此时 F1·F2的工况点分别为M1、M2（见图4）。当用一台风机 F来代替F1、F2这两台风机工作时，此时F的实际工况点为M。
为保证空调效果，风机F所提供的风量不能减少，所提供的压头也得能克服全热换热器、空调机及连接管道的阻力。
风机选型的大致步骤如下：
（１）分析风机的工作条件，确定风机的种类及型号；
（２）确定用户需要的风量Qmax，由管道水力计算得出所需要的风压pmax。在考虑一定的安全值的情况下，确定风机的风量及风压，利用选择特性曲线图来进行初选。如风机工作条件与标准条件不符，应换算为标准条件下的风压。
（３）利用选择该风机的特性曲线，绘制出管道特性曲线，并作出工况点，然后进行校核。同样，如风机工作条件与标准条件不符，应换算为工作条件下的性能参数。
2.4.1管道水力计算
当空气在有风机带动的管道内流动时（见图5），列出断面1、断面2的气流能量方程为
2.4.2 风机性能参数换算
风机制造厂家提供的风机性能是风机在标准状况下的工作性能，在实际使用中，受各种因素影响，风机的实际工作状况与标准状况并不相同，必须对风机的性能进行换算，以确定风机的实际性能参数（见图 6 ）。如果不考虑大气参数改变对风机性能的影响，那么按照曲线 A 选择的风机则有可能不能满足要求。
外界大气参数（大气压力pb、温度t）改变时，换算公式为
2.4.3 风机选型（见图7)
风机选型时要考虑一定的安全裕度。通常，风量的安全裕度为（5 ～10）％，风压的安全裕度为（10 ～15）％。即风机选型时的风量和风压分别为
Qc =(1.05～1.1)Q
Pc =(1.1～1.15) P
３实例
如图 4 所示，北京某家庭安装该全新风空调工程，夏季温度 33.2 ℃，设计风量为 500m3/h。管道长5m，采用断面尺寸为 250mm×160mm 的胶合板标准矩形风管。
3.2风机选型
由于风机在民用空调工程中工作，考虑到噪声要求，风机 F 可选用 FGD 系列方接口低噪声管道风机。 风机的风量与风压，考虑一定的安全裕度时为：
Q=1.05×500=525m3/h P=1.1×160.47=176.52Pa
由于当地大气压为 99860 Pa ，温度为 33.2 ℃，与标准条件不符，风压需进行换算。标准条件下的风压为
FGD-Ⅰ№40-20M风机可满足要求。
根据式（10）～（12），可做出管道特性曲线，得出风机的实际运行曲线（见图 8）（由于篇幅所限，只列出两台设备联用时的风机选型结果图）。联用后，风机F的工作参数（即图上M点坐标）为
Q=518.50m3/h ，p =171.83 Pa 。
４结论
综上所述，用一台风机取代两台风机工作，选择该台风机时应遵循
>武山水泥厂2号窑1000t/d生产线窑尾热风机设计采用原民主德国整流柜和西班牙直流电动机调速装置，其中整流柜是民主德国80年代初的产品，使用由分立元件组成的模拟插件。直流电动机额定参数：电压DC600V，电流1140A，功率655kW，转速990r/min。自1992年投产以来，由于现场粉尘较大，经常造成工程接触器辅助触点接触不良、插件板内部元件及线路积灰产生不完全短路的耦合干扰等故障，经多年使用，元件逐渐老化，参数发生漂移，使整流柜多次发生故障，年平均影响停窑40h以上，且该整流柜随机配件也已经用完，为保证窑的正常运转，提高窑运转率，1999年底进行了技术改造，经多种型号整流装置性能价格比较，采用了西门子6RA7093－4G直流调速装置。
1 6RA7093－4G直流调速装置介绍
6RA7093－4G为全数字紧凑型整流器，由2台功能强大的微处理器进行所有闭环控制及电枢和励磁回路的控制。工程所有的数据传输采用软连接开关（功能同寄存器，2个相同参数编号的软连接开关存放相同的数据，类似一般电气回路的连接开关）,通过操作面板以数字编号输入，操作简单，抗干扰强，可适应恶劣的工业控制环境。整流柜额定参数：输入电压AC575V、电流1326A，输出电压DC690V、电流1600A，最大额定过载倍数1.5，软件版本1.2。
1.1 内部单元控制原理
我厂在应用中没使用固定给定单元、强制和振荡单元、点动给定值单元、爬行给定值单元、脉冲编码值计算单元、摩擦补偿单元、转矩限幅单元和EMF闭环控制单元，实际简化后的工程控制单元连接构成原理如图1。外部回路接线见图2。
外部回路接线示意工程各单元工作原理如下：
启/停端子37：高电位有效，整流器微处理器开始自检，无故障时，端子109/110闭合,发出启动信号，允许进线接触器合闸，整流器按照斜坡函数发生器的斜率加速至给定运行速度。低电位时通过开关连接器B0161使斜坡函数发生器、电流调节器给定值限幅闭锁，当转速低于最低设定转速时，端子109/110断开进线接触器。在实际应用中，由于我厂6kV高压进线主开关为真空断路器，操作机构为CD10－Ⅱ型，与6RA70整流器出厂时设计为接触器不同，没有按照西门子使用手册推荐的接线方式，而将端子37接进线断路器QF常开辅助接点。没用109/110端子，而使用了故障输出继电器的常开/常闭接点，当工程无故障时，常闭接点允许合闸按钮接通进线断路器合闸线圈合闸；有故障时，常开接点闭合接通跳闸线圈断开进线断路器，这样外部的分/合闸按钮与端子37正常运行时保持高电位的功能相一致。
运行使能端子38：高电位有效，斜坡函数发生器放开，当端子37高电位且进线电压已到达，整流器允许调速。低电位时电动机减速至零速，斜坡函数发生器闭锁。在实际应用中，将端子38接入进线断路器QF常开接点。当QF合闸后斜坡函数发生器自动放开，简化了操作步骤。
端子36、39：电动电位计升/降速输入，高电位有效，端子36或39高电位，P468或P469延时上升或下降至设定运行转速，经软连结开关K0240输出。
给定值限幅：给定值P644（K0240）经PI处理，最大值、最小值限幅输出。
斜坡函数发生器：将给定值限幅输出经PI处理，输出软化的斜坡曲线，并经限幅，输出至软连结开关K0170。
速度调节器：K0170经PI调节处理，与测速机反馈信号比较处理输出至软连结开关K0148。
电流限幅：P601（K0148）经P171、P172正、反限幅，输出至软连结开关K0120。
电流调节器及触发单元：K0120经PI处理，输出至电流调节器微处理器进行PI处理，再输出到脉冲触发器微处理器处理，输出正反两组共12个触发脉冲。
功率单元：有6个固态继电器SCR和6个快速熔断器组成主功率单元，4个SCR组成励磁功率单元。
励磁电流闭环控制及触发单元:经PI闭环控制输出4个触发脉冲。
1.2 外部回路接线端子
1)输入开关量端子36（升速）、37（启/停）、38（运行使能）、39（降速）为24V，34为24V电源。由于现场粉尘大，容易造成24V回路数字量接点接触不良，为提高可靠性，对远距离数字量开关信号输入36、39用AC220V继电器（图中Ku、Kd）进行遥控操作，在控制柜内作隔离转换。
2)输出开关量端子46和47、48和54、最大负载DC24V/100mA，有短路保护。其中46和47是“故障”输出端子，48和54是可选择输出功能端子,实际编程为报警输出。现场为提高可靠性,使用24V固态继电器SSR（注意输出最大负载为DC24V/100mA）再驱动220V继电器（图2中KA1、KA2）进行转换。
3)模拟量输出端子12和13、14和15、16和17，最大输出范围±10V/2mA。其中12和13是实际电枢电流，输出0～10V，引至整流柜面板电流表；14和15是可选择输出端子，输出信号范围±10V，实际编程为给定速度（从K0240引出）输出0～10V，引至窑头中控室作远距离调速时的给定参考；16和17也是可选择输出端子，可编程为整流器内任意参数，输出信号范围±10V，实际编程为电枢电流（从K0109引出），输出0～25mV，引至电动机机旁操作箱电流表（距离约10m,原整流柜取自直流回路分流器25mV/2000A，实际使用中该信号有一定误差，用470Ω分压电位器校准），作现场监视用。
4)模拟测速机反馈输入端子103和104，输入电压范围8～270V。
5)109和110：进线接触器合闸信号，未使用。
6)YO：高压断路器合闸线圈；YR：高压断路器跳闸线圈。Su：升速按钮；Sd：降速按钮；S1：高压合闸按钮。
7)由于对实际输入电源电压的不确定，西门子6RA70系列整流装置出厂时无电源进线过电压保护，使用时需根据实际电源电压选择合适的阻容及压敏吸收保护回路作进线电源过电压保护。我厂实际采用了配熔断器的压敏电阻保护。
8)由于对实际输出电源电压和输出功率的不确定,西门子6RA70系列整流装置出厂时无输出速断保护。使用时需根据实际输出电压和功率选择合适的直流快速开关或快速熔断器作输出速断保护。我厂在运行中曾发生一次直流电动机绕组短路，由于未设计出线短路保护，引起整流器4个SCR快速熔断器熔断事故，在2001年新安装的窑中6RA7091－6D整流柜出线端已配了一只1200A的快速熔断器，拟对6R7093－4G也安装一只1200A的快速熔断器。
2 6R7093－4G与原整流柜的切换
1)为保证窑的运转可靠性，我们设计了用于6R7093－4G与原整流柜之间的切换柜，当任意一台整流柜发生故障时工程能够快速切换至另一台整流柜（实际总是以6R7093－4G整流柜运行，原整流柜为备用）。该工程控制比较复杂，共计有30多条外引控制线、6根6mm2励磁电源线、17根150mm2主电源线，如果这么多根线要从一台整流柜接到另一台整流柜，至少需要6h以上，我们设计利用两个LW5－15转换开关和四个HS双投隔离开关，分别作控制线和电源线的切换，实际使用时5min内就能完成切换。
2)为避免新盘再敷设电缆及安装指示灯、电流表和按钮，并保证窑头看火工操作的可靠性，所有控制线、电源线、按钮、电流表、指示灯都和原控制工程共用，用LW5－15转换开关转换，使两套整流柜之间互相隔离，当任意一台整流柜运行时，还可对另一台进行调试和维修。
切换柜投运以后，实际使用效果很好。
3 运行体会
各参数设定完毕，通过P051选择合适的电动机优化运行方式,优化运行电动机自动测量计算电枢和励磁回路以及电流调节器、速度调节器参数。在初始升速中，有时发生电动机加速过快，以最大电流运行，这时可将电动电位计给定值积分时间或斜坡函数发生器积分时间增大（不要从速度调节器及以后单元增大积分时间，这样容易造成给定值与反馈值差值处理时间延迟过长，工程调节变慢，引起故障F31动作），可获得平稳的起动或加速电流。该西门子6RA7093－4G直流装置控制简单，只使用5个开关量就实现了整流柜与高压断路器DC220V操作回路的启/停操作，由于使用了电动电位计调速，使调速变的简单可靠；6RA7093－4G内部故障功能能使进线断路器在故障状态不能及时分闸的情况下可闭锁直流装置内部数据和输出，由于高压断路器操作机构CD10－Ⅱ的跳闸机构有时不能可靠动作，该功能在实际使用中很重要。
改造完成后,工程运行可靠，窑台时产量和运转率大幅提高(见表1)。
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