強(qiáng)排式燃?xì)鉄崴鞲呖癸L(fēng)控制技術(shù)的研究

陳靜

【摘 要】本位設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于強(qiáng)制排氣式燃?xì)饪焖贌崴魃系母呖癸L(fēng)技術(shù)，通過(guò)直流電機(jī)排煙系統(tǒng)、電子式風(fēng)壓傳感器，配合控制器的算法邏輯，當(dāng)燃?xì)鉄崴魇褂眠^(guò)程中遇到外界倒灌風(fēng)時(shí)，通過(guò)以上傳感器和控制系統(tǒng)智能自動(dòng)控制調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使燃?xì)鉄崴鞅３州^好的燃燒工況，降低了CO的含量同時(shí)保證煙氣順暢排放，大大降低了有害廢氣可能對(duì)使用者帶來(lái)的傷害。

【關(guān)鍵詞】強(qiáng)排式；燃?xì)鉄崴?；高抗風(fēng)

燃?xì)鉄崴髯鳛橐环N快速提供熱水的產(chǎn)品，為使用者提供便捷的同時(shí)，也帶來(lái)了以下安全隱患：可燃?xì)怏w泄漏爆炸以及燃燒產(chǎn)物主要是一氧化碳中毒。

在我國(guó)的三北地區(qū)（東北、華北、西北）、沿海區(qū)域、高樓居住區(qū)的用戶，為多風(fēng)、風(fēng)速較大區(qū)域，全年平均風(fēng)速大于3m/s；而燃?xì)鉄崴髟谟酗L(fēng)狀態(tài)下運(yùn)行，受外界倒灌風(fēng)影響，燃燒產(chǎn)物無(wú)法順暢及時(shí)排出。經(jīng)調(diào)研，一部分燃?xì)鉄崴鳟a(chǎn)品會(huì)安裝于廚房，隨著時(shí)間推移，無(wú)法排除的煙氣中含有的一氧化碳（后文簡(jiǎn)稱CO）會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生巨大危害：CO濃度200ppm，成人置身其中2h會(huì)出現(xiàn)輕微的頭痛、頭暈、惡心癥狀；當(dāng)CO濃度達(dá)到800ppm，45min內(nèi)出現(xiàn)痙攣，2h昏迷；CO濃度高于1600ppm，20min出現(xiàn)痙攣，2h內(nèi)死亡，當(dāng)CO濃度達(dá)到3200ppm，30min即可致死。因此，家用燃?xì)鉄崴鲊?guó)標(biāo)也對(duì)產(chǎn)品在有風(fēng)狀態(tài)下的煙氣CO含量做了明確要求，要求不得超過(guò)600ppm【1】。

為此，我們?cè)O(shè)計(jì)的燃?xì)鉄崴鳎瑧?yīng)當(dāng)做到在外部存在高速倒灌風(fēng)時(shí)仍能順利排出燃燒煙氣，降低用戶的使用安全風(fēng)險(xiǎn)。

目前市場(chǎng)上主流的燃?xì)鉄崴鬟€是強(qiáng)制排氣式熱水器（下文簡(jiǎn)稱強(qiáng)排式燃?xì)鉄崴鳎?，它主要采用交流電機(jī)提供燃燒所需空氣，其轉(zhuǎn)速是恒定的，在外界高風(fēng)壓時(shí)，轉(zhuǎn)速無(wú)法提高，也無(wú)法為燃燒提供更多空氣，隨著外界風(fēng)壓增大，燃燒工況更為惡劣，產(chǎn)生更多對(duì)人體有害的不完全燃燒產(chǎn)物——CO。

針對(duì)此問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)一種智能型高抗風(fēng)的強(qiáng)排式燃?xì)鉄崴?，在外界風(fēng)壓過(guò)大時(shí)，降低熱水器燃燒產(chǎn)生的CO含量。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1結(jié)構(gòu)方案

為解決交流電機(jī)無(wú)法調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的問(wèn)題，排煙系統(tǒng)采用直流電機(jī)，在排煙系統(tǒng)的蝸殼上增加壓力取樣嘴，壓力取樣嘴的位置選取原則：該處初始?jí)毫χ担礋o(wú)風(fēng)狀態(tài)下取樣嘴壓力值）與比例閥控制電流值之間基本呈線性關(guān)系。通過(guò)風(fēng)壓軟管將取樣嘴與風(fēng)壓傳感器的測(cè)壓口連接，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排煙系統(tǒng)內(nèi)部壓力。風(fēng)壓傳感器讀取取樣嘴處的負(fù)壓值，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)提交主控制器處理。

風(fēng)壓傳感器內(nèi)部主要是由正/負(fù)測(cè)壓口、風(fēng)壓隔膜、磁環(huán)、感應(yīng)線圈、彈簧和振蕩轉(zhuǎn)換頻率電路組成。當(dāng)測(cè)壓口壓力變化時(shí)，正壓腔與負(fù)壓腔的壓力差將風(fēng)壓隔膜向下壓，并通過(guò)連桿帶動(dòng)磁環(huán)下移，隨著磁環(huán)位置不同，感應(yīng)線圈感應(yīng)的電感量也不一樣，這樣通過(guò)感應(yīng)線圈輸出口信號(hào)就可以得知磁環(huán)的位移量，再經(jīng)過(guò)振蕩電路將感應(yīng)線圈的電感信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，從而控制風(fēng)壓反饋值與控制器進(jìn)行啟動(dòng)和保護(hù)。

1.2控制方案

控制器增加智能高抗風(fēng)程序：包括風(fēng)壓傳感器的測(cè)壓口初始?jí)毫ψ詸z程序和壓力調(diào)節(jié)程序。初始?jí)毫ψ詸z程序，當(dāng)風(fēng)壓傳感器輸出頻率不在其正常工作范圍或不能輸出頻率數(shù)值，則認(rèn)為風(fēng)壓傳感器故障或者初始?jí)毫Ξ惓?，?bào)風(fēng)壓故障。壓力調(diào)節(jié)程序：風(fēng)機(jī)取樣嘴的壓力根據(jù)當(dāng)前的恒定電流計(jì)算出來(lái)，比例閥電流維持不變時(shí)，無(wú)論外界壓力如何變化，調(diào)整風(fēng)速來(lái)維持當(dāng)前壓力值恒定。

當(dāng)前恒定壓力=LO+（HO-LO）*（I-Imin）/（Imax-Imin）

LO：最小負(fù)荷最佳燃燒狀態(tài)時(shí)壓力初始值；

HO：最大負(fù)荷最佳燃燒狀態(tài)時(shí)壓力初始值；

I：當(dāng)前比例閥電流；

Imax：最大負(fù)荷時(shí)比例閥電流；Imin：最小負(fù)荷時(shí)比例閥電流；

1.3控制邏輯

對(duì)整機(jī)排煙系統(tǒng)壓力取樣嘴采集初始?jí)毫?shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)定增壓閾值，即到當(dāng)前壓力反饋值與當(dāng)前比例閥電流對(duì)應(yīng)的初始?jí)毫χ抵g的最大差值。當(dāng)檢測(cè)到的當(dāng)前壓力值的變化量沒(méi)有達(dá)到增壓閾值，則控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持壓力反饋值在當(dāng)前壓力值；若反饋的壓力變化值超出增壓閾值，則提高風(fēng)機(jī)電流將風(fēng)壓值調(diào)節(jié)至并維持在初始值+20，并檢測(cè)反饋風(fēng)壓值，若反饋值比維持值低，則繼續(xù)提高風(fēng)機(jī)電流，若反饋風(fēng)壓值大于維持值，且風(fēng)機(jī)電流值大于當(dāng)前比例閥電流值對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)電流初始值，則降低風(fēng)機(jī)電流值維持反饋風(fēng)壓值。

由于風(fēng)壓傳感器有一定的誤差，故負(fù)壓初始值與設(shè)定值允許誤差正負(fù)10Pa，為減少來(lái)回震蕩加減風(fēng)速，當(dāng)負(fù)壓開(kāi)始變化后，通過(guò)減少風(fēng)機(jī)電流和加大風(fēng)機(jī)電流來(lái)控制壓力傳感器輸出壓力在設(shè)定值±10Pa范圍以內(nèi)。

2 測(cè)試結(jié)果分析

2.1 100%負(fù)荷，堵塞時(shí)整機(jī)的狀態(tài)分析

由上圖表可以明確地看出在全負(fù)荷時(shí)堵塞時(shí)，CO濃度在100ppm以內(nèi)，經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)在風(fēng)壓達(dá)到280Pa之后，風(fēng)機(jī)功率趨于平穩(wěn)，即風(fēng)機(jī)風(fēng)速按慣性增加，壓力傳感器取樣嘴的壓力在168左右波動(dòng)，280Pa之后無(wú)法維持，逆向風(fēng)壓繼續(xù)增大時(shí)，風(fēng)機(jī)頻率不再增加，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率趨于平緩，取樣嘴處的負(fù)壓值無(wú)法維持恒定，逐漸減小。

2.2 50%負(fù)荷，堵塞時(shí)整機(jī)的狀態(tài)分析

負(fù)荷分段式的強(qiáng)排型燃?xì)鉄崴鳛楸苊獬霈F(xiàn)有溫度段覆蓋不全的情況，在半開(kāi)火和全開(kāi)火切換時(shí)會(huì)留有一段重合區(qū)間，因此在50%負(fù)荷測(cè)試時(shí)比例閥電流會(huì)有一定的波動(dòng)【2】，可能在Imax附件也可能在Imin附近，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率和風(fēng)機(jī)取樣嘴處的取樣壓力也隨之相應(yīng)改變，風(fēng)機(jī)功率在280Pa左右達(dá)到最大值，之后風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速依慣性增加，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率增加緩慢，風(fēng)機(jī)取樣嘴處的取樣壓力逐漸減少，在外界壓力為480Pa時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到極限，此時(shí)煙氣超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，實(shí)際做產(chǎn)品時(shí)可以設(shè)置風(fēng)壓過(guò)高報(bào)警值在煙氣超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)前。

2.3 最小負(fù)荷堵塞時(shí)整機(jī)的狀態(tài)分析

最小負(fù)荷時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率幾乎成線性增長(zhǎng)，風(fēng)機(jī)風(fēng)速?zèng)]有達(dá)到最大值，比例閥電流和風(fēng)機(jī)取樣嘴處的波動(dòng)范圍不大，幾乎恒定。

3 結(jié)論

燃?xì)鉄崴髦悄芨呖癸L(fēng)技術(shù)的研究主要是針對(duì)多風(fēng)地帶和高樓居住用戶，通過(guò)用風(fēng)壓傳感器監(jiān)測(cè)取樣嘴處壓力的變化情況，智能調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)速，使燃燒工況達(dá)到最佳，從而有效降低排放的CO含量。

目前各主流燃?xì)鉄崴髌放凭邢鄬?duì)成熟的技術(shù)，如恒電流技術(shù)、恒轉(zhuǎn)速技術(shù)或無(wú)極變頻調(diào)速技術(shù)【3】等。

本文通過(guò)在現(xiàn)有強(qiáng)排式燃?xì)鉄崴鳟a(chǎn)品上使用直流電機(jī)取代交流電機(jī)，增加電子式風(fēng)壓傳感器，用相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和控制方法，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一種智能高抗風(fēng)技術(shù)，解決了強(qiáng)排式燃?xì)鉄崴髟谕饨顼L(fēng)壓過(guò)高時(shí)排煙不暢及煙氣超標(biāo)的問(wèn)題，為用戶提供更為安全可靠的產(chǎn)品。

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（作者單位：廣東萬(wàn)家樂(lè)燃?xì)饩哂邢薰荆?/p>