直流风机在常规壁挂炉上的应用

汪为彪

【摘  要】提出一种将直流风机应用在常规壁挂炉上的应用方案。通过分体式直流风机的设计，解决风机电路板的耐温问题，采用精确的燃气—空气匹配控制，提高常规壁挂炉部分负荷时的热效率，降低壁挂炉的运行噪音，提升产品性能。

【关键词】直流风机;常规壁挂炉

1  引 言

常规壁挂炉主要使用交流恒速风机提供燃烧所需的空气，且风量是按照采暖炉最大负荷时所需风量设定的，因此额定负荷状态下的燃烧效率较高，但在部分负荷状态下，由于燃气量相对较小，风机风量较大，导致过剩空气系数较大，效率低下，以26kW常规壁挂炉为例，其最大负荷效率可达92%，最小负荷效率仅85%，，而用户在实际采暖过程中，采暖炉大部分工作时间都处于部分负荷状态，即低效率状态下燃烧。如何提高壁挂炉的小负荷的热效率，降低壁挂炉的运营成本，实现节能减排，成为众多厂家努力的方向。部分厂家推出使用交流调速风机的采暖炉，风量能随着供暖负荷的变化进行适当调节，部分负荷热效率较交流恒速风机略有提升，但由于受交流电机自身性能及风压开关的限制，部分负荷下效率提升有限，测试结果表明：同样26kW采暖炉最小负荷时效率可提升到88%，小负荷效率有所提升。因此针对采暖炉长时间工作在小负荷状态的特点，如何最大限度提升小负荷下的燃烧效率，具有重大意义。

2  直流风机的设计

常规壁挂炉的一般采用上抽风的结构，燃烧产生的高温烟气需直接与风机接触，经过风机叶轮排出，对风机的耐温要求较高，而一般直流风机由于其内置风机电路板，无法使用于高温环境中，因此需解决直流风机的风机控制板的耐温问题。

经过测试，最大负荷时烟气温度一般在130℃左右，风机电机周围的环境温度80℃左右，当风机后清扫完成后停止转动，此时电机周围环境温度可升高到100℃左右，普通的电子元器件无法长时间工作在如此高温环境下。通过不断的创新研究，设计出一款分体式直流风机，将风机电路板外置，安装在燃烧室外部，解决耐温问题，風机主体部分仅保留监测风机转速的霍尔传感器（采用耐高温器件），风机控制板与风机主体部分采用导线连接，分体式直流风机安装结构如图1所示：

3 风机特性分析

风机系统主要参数有全压pt、风量Q、风机转速n、烟道风阻等，其相互关系曲线如下图2所示：

图中曲线1、2、3分别代表直流风机在不同转速下的特性曲线，曲线1、2、3对应的转速n1、n2、n3，关系为n1

由图2可以看出，在烟道阻力一定的情况下，风机风量Q与风机转速成正比关系，通过调节风机转速的大小，即可调节风量的大小。假设在某一负荷时，风机在曲线1和4的交点a正常运行，此时风机转速为na，风量为Q1，当出现烟道堵塞时，即风阻由曲线4变成曲线5，如果采用转速闭环控制，转速不变，工作点将从a点转移到曲线1和5的交点，风机的输出风量降低，通过测试发现此时风机的工作电流减小;若保持风机的电流不变，风机的转速将会由na升高到nb，风机将会运行在曲线 2和曲线5的交点b，此时风机的转速为nb，输出风量为Q2，通过 转速变换的检测，可以判断出风机堵塞的情况。从a点到b点，风机的输出风量减小了△Q，若此时再对风机的电流进行一定补偿，使得风机的转速上升到nc，系统的风量将会增加△Q恢复到堵塞前的Q1，保证风机输出风量的恒定。

4、控制方案的设计

通过对直流风机特性曲线的分析，设计一种恒风量控制系统，结构框图如图3所示：

整个风机控制系统包括MCU、直流风机、风机控制电路、转速反馈电路、电流反馈电路，MCU根据当前负荷自动计算所需的空气量，输出PWM信号到风机控制电路，控制直流风机按照设定转速运转，提供所需的空气量，当负荷发生变化时，MCU及时调节输出PWM信号的占空比，调节风机转速，保证空气—燃气配比始终处在最佳状态。同时MCU的AD口通过转速反馈电路及电流反馈电路检测当前直流风机的转速信号和电流信号，在整机稳定运行在某一负荷时，若风机转速升高，电流减小，MCU判断出现烟道堵塞情况，自动调节输出PWM信号，提高风机转速，保证输出风量的恒定，当MCU检测到转速超过系统设定的异常判定值时，系统自动停机。

5、测试结果

为了验证直流风机的实际使用效果，分别选取26kW交流恒速风机产品和交流调速风机产品进行效率和噪音性能对比测试。

效率对比曲线如图4所示，最大负荷时，三种机型的效率差不多，都在90%以上，但最小负荷时，直流风机产品热效率较交流恒速风机高6%左右，较交流调速风机高3%左右，使用直流风机全负荷段效能都能保持在90%以上。

噪音对比曲线如图5所示，最大负荷时，三种风机噪音都在44～46dB左右，直流风机噪音略低，最小负荷时，直流风机可低至37.6dB，较交流恒速风机低7dB左右，较交流调速风机低4dB左右，极大的降低常规壁挂炉的运行噪音。

6、结论

通过试验测试结果可以看出，通过分体式直流风机的设计，将直流风机应用在常规壁挂炉产品上，精确的燃气—空气匹配控制，极大的提高了小负荷时的热效率，同时小负荷时，直流风机转速减小，降低了运行噪音，极大的提升了产品性能

（作者单位：广东万家乐燃气具有限公司）