鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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負壓風機廠家鍋爐風機噪聲的危害及其防治對策初探國外變頻器應用
目前在很多企業(yè)，受工業(yè)生產(chǎn)和供暖需求，鍋爐的安裝、使用非常普及。但很多鍋爐由于存在選址欠佳和風機性能不良等因素，鍋爐噪聲影響周圍居民安靜的工作、生活環(huán)境，損害人民身體健康，常常引發(fā)擾民事件，產(chǎn)生糾紛。經(jīng)統(tǒng)計，2004年我區(qū)因噪聲引發(fā)的信訪案件占環(huán)境信訪案件的30%。因此，鍋爐風機噪聲治理日益重要。
1、 環(huán)境噪聲污染的危害
噪聲對人體的影響和危害一般可分為勞動保護和環(huán)境保護兩方面，前面指危害人的身體健康，導致各種疾病的發(fā)生，后者指干擾環(huán)境安靜，影響人們正常的工作和生活。噪聲對人體健康危害主要表現(xiàn)在：損傷聽力，造成噪聲性耳聾；導致大腦皮層興奮和平衡失調(diào)，腦血管功能損害，導致神經(jīng)衰弱；損傷心血管工程，引發(fā)消化工程失調(diào)，影響內(nèi)分泌；干擾人們正常的生活、休息、語言交談和日常的工作學習，分散注意力，降低工作效率。
2、 噪聲治理的基本原理
形成噪聲污染主要是三個因素，即：聲源、傳播媒介和接收體。只有這三者同時存在，才能對聽者形成干擾。從這三方面入手，通過降低聲源、限制噪聲傳播、阻斷噪聲的接收等手段，來達到控制噪聲的目的，在具體的噪聲控制技術(shù)上，可采用吸聲、隔聲和消聲三種措施。
2.1吸聲
當聲波入射到物體表面時，部分聲能要被物體吸收轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，稱為吸聲。材料的吸聲性能用吸收系數(shù)來表示，吸聲系數(shù)越大，則表示材料的吸聲性能越好。材料的吸聲性能與材料的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和聲波的入射角度及聲波的頻率有關(guān)。多孔吸聲材料的吸聲機理是：材料內(nèi)部有無數(shù)細小的相互貫通的孔洞，當聲波入射到這些材料的表面，進而入射到這些細小的孔隙內(nèi)時，要引起孔隙內(nèi)的空氣運動，緊靠孔壁和纖維表面的空氣，因摩擦和粘滯運動阻力而不易運動，使聲能轉(zhuǎn)化為熱能而消耗掉。故性能良好的吸聲材料要多孔，孔與孔之間互相貫通，并且貫通的孔洞要與外界連通，使聲波能進入材料內(nèi)部。如對應1000赫茲聲波，10cm厚的超細玻璃棉的吸聲系數(shù)是0.87。
2.2隔聲
隔聲所采用的方法是將噪聲源封閉起來，使噪聲控制在一個小的空間內(nèi)，這種隔聲結(jié)構(gòu)稱為隔聲罩。在聲波遇到屏蔽物時，由于界面特性阻抗的改變，入射聲能的一部分被反射，一部分被吸收，一部分聲能透進屏蔽物繼續(xù)傳播。材料的隔聲性能可用透聲系數(shù)來表示。透聲系數(shù)越小，表示透進去的聲能越少，材料的隔聲性能越好。材料的隔聲性能與隔聲體的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和入射聲波的頻率有關(guān)。
2.3消聲
消聲是將多孔吸聲材料固定在氣流通道內(nèi)壁，或按一定方式固定在管道中，以達到削弱空氣動力性噪聲的目的，消聲量一般可達到10—50分貝。
3、 風機噪聲治理技術(shù)
鍋爐房的鼓風機和引風機噪聲一般在90分貝左右，因輸送的鍋爐煙氣溫度高達180℃，采用封閉隔聲會導致排熱不良，電機溫度過高，甚至燒毀電機。因此，在工藝上將風機降噪和節(jié)能兩方面結(jié)合起來。經(jīng)實踐，鍋爐風機節(jié)能降噪綜合治理方案為：對鍋爐房的工藝布置保持不變，將鼓風機、引風機分別置在隔聲室內(nèi)，用通風管將它們與主機相連接，在隔聲室頂上或墻面上開設(shè)進氣口，并安裝消聲器供機房進風使用。平面布置時將鼓風機靠近鍋爐房一側(cè)，進風口在上風側(cè)，電機置于氣流通道中間。鍋爐運行時，由于鼓風機在隔聲室內(nèi)產(chǎn)生負壓，大量的室外新鮮空氣就會自動進入隔聲室，首先和引風機電機進行熱交換，使之冷卻降溫，室內(nèi)溫度保持50℃左右。該方案中由于隔聲室和進風消聲器的降噪能力都比較大，降噪的效果容易實現(xiàn)。鼓風機將預熱的空氣送入鍋爐燃燒，回收利用能源，具有一定的經(jīng)濟效益。
為保證治理效果和鍋爐設(shè)備正常運行，在設(shè)計施工中，應根據(jù)具體要求，考慮噪聲的聲強、聲頻等因素，對隔聲、吸聲和通風排熱進行詳細設(shè)計，做好細部處理。對隔聲室的大小厚度，吸聲材料的種類、厚度進行計算。進風消聲器的消聲量一般選用25db（a）左右。盡量減少噪聲輻射面積，去掉不必要的金屬板面�？刂瓢迕娴恼駝�，在聲源與隔聲罩及基礎(chǔ)之間用軟性材料連接。鼓風機的連接管道和薄壁鋼板煙囪是噪聲治理的薄弱環(huán)節(jié)，在管壁外包扎5cm厚的玻璃纖維棉，用鋼絲扎緊后，再用2cm厚的鋼絲網(wǎng)水泥粉刷。將玻璃纖維棉固定在鋼板上，吸收隔聲室內(nèi)的混響噪聲。
4、 降噪和節(jié)能效果
4.1降噪效果
如果風機噪聲是90分貝，采用3mm鋼板的隔聲罩，其理論隔聲量是32分貝。隔聲罩內(nèi)襯10cm厚的玻璃棉，其吸聲系數(shù)是0.87，在進氣管安裝消聲器，則實際隔聲量為
tl=32+10 log20.87=30分貝
故風機噪聲治理后達到：t=90-30=60分貝
聲壓級和聲強是反映聲音的客觀物理量，人體對噪聲的主觀感受用響度表示：n=2(n-40)/10(宋)
治理前的風機響度為：n1=2(90-40)/10=32(宋)
治理前的風機響度為：n2=2(60-40)/10=4(宋)
故治理前后響度降低87.5%
節(jié)能效果
機房內(nèi)設(shè)備的排熱主要有三個方面：①引風機與管道壁面的對流排熱，②引風機與管道壁面的輻射排熱，③風機電機的排熱。根據(jù)通風工程原理，節(jié)能降噪工程還可以回收部分熱量。經(jīng)過實踐，采用鍋爐風機噪聲節(jié)能降噪治理技術(shù)，既降低了噪聲污染，保障了人民群眾的生活環(huán)境，又回收利用了能源，達到了經(jīng)濟、環(huán)境效益的統(tǒng)一。
當今變頻器產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展，變頻器產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模日趨壯大。交流變頻器自20世紀60年代左右問世，到20世紀80年代在主要工業(yè)化國家已廣泛使用，而從20世紀90年代以來，隨著人們節(jié)能環(huán)保意識的加強，變頻器的應用越來越普及。
變頻調(diào)速能夠應用在大部分的電機拖動場合，由于它能提供精確的速度控制，因此可以方便地控制機械傳動的上升、下降和變速運行。變頻應用可以大大地提高工藝的高效性(變速不依賴于機械部分)，同時可以比原來的定速運行電機更加節(jié)能。下面例舉使用變頻調(diào)速的10個理由，來說明變頻器應用在國外日趨普及的基本認識：
(1) 控制電機的啟動電流電機通過工頻直接啟動時，它將會產(chǎn)生7到8倍的電機額定電流。
這個電流值將大大增加電機繞組的電應力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機的壽命。而變頻調(diào)速則可以在零速零電壓啟動(當然可以適當加轉(zhuǎn)矩提升)。一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照V/F或矢量控制方式帶動負載進行工作。使用變頻調(diào)速能充分降低啟動電流，提高繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機的維護成本將進一步降低、電機的壽命則相應增加。
(2) 降低電力線路電壓波動。
在電機工頻啟動時，電流劇增的同時，電壓也會大幅度波動，電壓下降的幅度將取決于啟動電機的功率大小和配電網(wǎng)的容量。電壓下降將會導致同一供電網(wǎng)絡中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常，如PC機、傳感器、接近開關(guān)和接觸器等均會動作出錯。而采用變頻調(diào)速后，由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能最大程度上消除電壓下降。
(3) 啟動時需要的功率更低。
電機功率與電流和電壓的乘積成正比, 那么通過工頻直接啟動的電機消耗的功率將大大高于變頻啟動所需要的功率。在一些工況下其配電工程已經(jīng)達到了最高極限，其直接工頻啟動電機所產(chǎn)生的電涌就會對同網(wǎng)上的其他用戶產(chǎn)生嚴重的影響, 從而將受到電網(wǎng)運行商的警告, 甚至罰款。如果采用變頻器進行電機起停, 就不會產(chǎn)生類似的問題。
(4) 可控的加速功能。
變頻調(diào)速能在零速啟動并按照用戶的需要進行光滑地加速，而且其加速曲線也可以選擇(直線加速、S形加速或者自動加速)。而通過工頻啟動時對電機或相連的機械部分軸或齒輪都會產(chǎn)生劇烈的振動。這種振動將進一步加劇機械磨損和損耗，降低機械部件和電機的壽命。另外，變頻啟動還能應用在類似灌裝線上，以防止瓶子倒翻或損壞。
(5) 可調(diào)的運行速度。
運用變頻調(diào)速能優(yōu)化工藝過程，并能根據(jù)工藝過程迅速改變，還能通過遠控PLC或其他控制器來實現(xiàn)速度變化。
(6) 可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限。
通過變頻調(diào)速后，能夠設(shè)置相應的轉(zhuǎn)矩極限來保護機械不致?lián)p壞，從而保證工藝過程的連續(xù)性和產(chǎn)品的可靠性。目前的變頻技術(shù)使得不僅轉(zhuǎn)矩極限可調(diào)，甚至轉(zhuǎn)矩的控制精度都能達到3％～5％左右。在工頻狀態(tài)下，電機只能通過檢測電流值或熱保護來進行控制，而無法像在變頻控制一樣設(shè)置精確的轉(zhuǎn)矩值來動作。
(7) 受控的停止方式。
如同可控的加速一樣, 在變頻調(diào)速中, 停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以選擇(減速停車、自由停車、減速停車＋直流制動)，同樣它能減少對機械部件和電機的沖擊，從而使整個工程更加可靠，壽命也會相應增加。
(8) 節(jié)能
離心風機或水泵采用變頻器后都能大幅度地降低能耗，這在十幾年的工程經(jīng)驗中已經(jīng)得到體現(xiàn)。由于最終的能耗是與電機的轉(zhuǎn)速成立方比，所以采用變頻后投資回報就更快，廠家也樂意接受。
(9) 可逆運行控制
在變頻器控制中，要實現(xiàn)可逆運行控制無須額外的可逆控制裝置，只需要改變輸出電壓的相序即可，這樣就能降低維護成本和節(jié)省安裝空間。
(10) 減少機械傳動部件
由于目前矢量控制變頻器加上同步電機就能實現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)矩輸出, 從而節(jié)省齒輪箱等機械傳動部件, 最終構(gòu)成直接變頻傳動工程。從而就能降低成本和空間, 提高穩(wěn)定性。 變頻器產(chǎn)品的形式異彩紛呈2004年出現(xiàn)了OEM化變頻器升級換代、網(wǎng)絡變頻器的進一步增強、矩陣變頻器的成形等特點，使得不同形式、不同類別、不同功能的變頻器在市場中異彩紛呈。
3.1 OEM化變頻器升級換代
對于異步電機的控制方式而言，普通工頻啟動相對成本更省，而變頻器的花費則會更高、體積會更大，所以在很多自動化機械設(shè)備中，變頻器采用率并不是很高，機械商也不是很積極地安裝變頻器，盡管變頻器有這樣或那樣的好處。通用型變頻器經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，OEM化變頻器在2004年已經(jīng)取得了關(guān)鍵性突破，并進行升級換代。
SEW公司的OEM化產(chǎn)品Movitrac LT
以SEW為例，其在2004年10月墨爾本自動化展會上展出了其最新的OEM化產(chǎn)品Movitrac LT(如圖1)，是對原先的Movitrac的進一步升級，非常適合OEM配套使用在風機、水泵、機床工具和傳送帶上。由于采用最新先進工藝的功率模塊，其采用書架式的體積將更小。為了OEM商使用，其接線方式如同接觸器一般，安裝方式則更加簡單，運行調(diào)整則以基本的14個參數(shù)為前提。
該款變頻器具有更加強大的軟件功能(新增幫助卡)、更加安靜的噪音設(shè)計(開關(guān)頻率可達32kHz)、更加合理的排熱設(shè)計(接近冷盤功能)、更加友好的環(huán)保功能(內(nèi)置RFI濾波器)。
3.2 變頻器的網(wǎng)絡功能增強
數(shù)字化網(wǎng)絡功能在2005年變頻器國際展會上都是重頭戲，包括AB公司的PF系列變頻器，都提供了網(wǎng)絡接入方案，如最新的PowerFlex 4變頻器具有內(nèi)置的RS485通訊能力，可以用在多種網(wǎng)絡聯(lián)接中使用，同時PowerFlex 4變頻器可以通過裝DriveExplorerTM或DriveExecutiveTM軟件的微機進行編程和控制。
作為執(zhí)行機構(gòu)，變頻器的網(wǎng)絡化配置主要基于3個層面:設(shè)備層、控制層和信息層�？梢耘浣幼罨镜腞S232/RS485串行通訊協(xié)議、PROFIBUS等的現(xiàn)場總線協(xié)議以及INTERNET局域網(wǎng)協(xié)議。
在網(wǎng)絡化日益普及的今天，與普通的點對點硬線連接方式而言，通過高速通訊連接的變頻器工程可以最大程度上降低工程維護時間、提高生產(chǎn)效率、減少運行成本。目前安裝的現(xiàn)場總線模塊有Profibus DP、Interbus、DeviceNet、CAN Open和 Modbus Plus等。用戶可以有更大的自由根據(jù)生產(chǎn)過程來選擇PLC型號和品牌，并非常簡單地集成到現(xiàn)有地網(wǎng)絡中去。而且通過現(xiàn)場總線模塊，可以不考慮變頻器的型號，而以同一種編程語言和程序結(jié)構(gòu)來與不同功率段、不同型號地變頻器進行組構(gòu)，如功率、速度、轉(zhuǎn)矩、電流、設(shè)定值等。
3.3 矩陣變頻器的出現(xiàn)
大家都知道，由于矩陣式交-交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié), 能實現(xiàn)功率因數(shù)為l, 且能四象限運行，工程的功率密度大, 因此矩陣變頻器一直成為國際大公司的研發(fā)對象。
在2004年4月份的漢諾威國際展覽會上，安川展示了即將生產(chǎn)的矩陣變頻器的原型，并表示公司計劃在明年啟動銷售策略，同時已經(jīng)在日本市場上現(xiàn)場測試和運行了好幾臺矩陣變頻器。在安川矩陣變頻器中有9個開關(guān)，每一個都有2個IGBT雙向開關(guān)組成，能允許正向電壓和負相電壓通到電機上。IGBT數(shù)量的增加是導致矩陣變頻器造價昂貴的其中一個因素。
矩陣變頻器使用了三相電壓輸入來控制輸出電壓，這就不僅能吸收任何電流雜波，也能提供清潔的輸出電壓，也就是說“可以有效地進行輸入電源電流控制與輸出電壓控制”。
這也是矩陣變頻器吸引人們的一個重
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