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《發(fā)電與空調(diào)雜志》2014年第四期

1通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析

本文中飛機(jī)地面空調(diào)車的通風(fēng)系統(tǒng)包括了進(jìn)風(fēng)過濾器、風(fēng)箱、進(jìn)風(fēng)消聲器、羅茨鼓風(fēng)機(jī)、出風(fēng)消聲器、空調(diào)箱、出風(fēng)風(fēng)閥。其通風(fēng)處理過程如圖1：由空氣處理流程圖可以看出：空氣通過進(jìn)入過濾器到達(dá)風(fēng)箱，通過進(jìn)風(fēng)消聲器進(jìn)入羅茨鼓風(fēng)機(jī)加壓，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，然后通過出風(fēng)消聲器進(jìn)行降噪處理，進(jìn)入空調(diào)箱，最后從風(fēng)管送風(fēng)；對于整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)來說，對風(fēng)量和風(fēng)壓影響最重要的即為羅茨鼓風(fēng)機(jī)，可以說整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)就是在羅茨鼓風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上加長管道。由于本文研究的車載飛機(jī)空調(diào)是針對于某飛機(jī)機(jī)型而言，其送風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：可以單雙風(fēng)管送風(fēng)，雙風(fēng)管下送風(fēng)風(fēng)壓≥36kPa，風(fēng)量需達(dá)到2600kg/h，送風(fēng)溫度在10℃以下，單風(fēng)管下送風(fēng)風(fēng)壓≥36kPa，風(fēng)量需達(dá)到1800kg/h，送風(fēng)溫度在10℃以下；由于大風(fēng)壓和小風(fēng)量的要求，且要求恒流量供風(fēng)，而一般離心風(fēng)機(jī)是針對小風(fēng)壓大風(fēng)量，恒壓風(fēng)機(jī)，工作的主參數(shù)是風(fēng)壓，輸出的風(fēng)量隨管道和負(fù)載的變化而變化，風(fēng)壓變化不大，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，故采用羅茨鼓風(fēng)機(jī)容積式風(fēng)機(jī)，采取某品牌三葉式羅茨鼓風(fēng)機(jī)，其最大風(fēng)壓可達(dá)40kPa，如圖2所示。

2通風(fēng)系統(tǒng)的性能測試

將整機(jī)組放入實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行純通風(fēng)系統(tǒng)測試，設(shè)定環(huán)境干球溫度為20℃，濕球溫度為16℃，以便進(jìn)行溫升分析，其測試結(jié)果如下：（1）測試機(jī)組能達(dá)到的最大風(fēng)量由于該電機(jī)采用的是45kw電機(jī)，羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)主機(jī)最高風(fēng)壓為40kPa，最高頻率是60Hz，電機(jī)額定電流為85A，測得風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1800rpm，由表1可以看出該通風(fēng)系統(tǒng)可以達(dá)到的最大風(fēng)量為2610.5m3/h，而此時(shí)密度為1.02kg/m3，可以算出此時(shí)最大質(zhì)量流量為2662.7kg/h。（2）模擬實(shí)際工況雙風(fēng)管的測試模擬實(shí)際工況下，需同時(shí)滿足風(fēng)量達(dá)到2600kg/h，風(fēng)壓達(dá)到36kPa，考慮整個(gè)空調(diào)機(jī)組，假設(shè)機(jī)組出風(fēng)溫度為10℃，此時(shí)出風(fēng)空氣密度為1.2kg/m3，根據(jù)計(jì)算，出風(fēng)的體積流量需達(dá)到2167m3/h；關(guān)于風(fēng)壓，測試時(shí)選擇接近實(shí)際的35kPa、36kPa、38kPa；可以得出以下測試結(jié)果，見表2。由表2可以看出，在模擬實(shí)際雙風(fēng)管的工況下，將機(jī)組的頻率調(diào)至50Hz、轉(zhuǎn)速調(diào)至1500rpm之后，然后通過調(diào)節(jié)出風(fēng)管風(fēng)閥來調(diào)節(jié)出風(fēng)壓力使得風(fēng)壓分別達(dá)到35kPa、36kPa、38kPa，記錄數(shù)據(jù)，此時(shí)35kPa下風(fēng)量2168.3m3/h，36kPa下風(fēng)量2177.8m3/h，38kPa下風(fēng)量2174.3m3/h，不論風(fēng)量還是風(fēng)壓均可以滿足機(jī)組要求。（3）模擬實(shí)際工況單風(fēng)管的測試同理，模擬實(shí)際工況單風(fēng)管，需同時(shí)滿足風(fēng)量達(dá)到1800kg/h和風(fēng)壓達(dá)到36kPa，同樣假設(shè)機(jī)組出風(fēng)溫度為10℃，此時(shí)出風(fēng)空氣密度為1.2kg/m3，根據(jù)計(jì)算，出風(fēng)的體積流量需達(dá)到1500m3/h；風(fēng)壓同樣選擇接近實(shí)際的35kPa、36kPa、38kPa；可以得出以下測試結(jié)果，見表3。由上表可以看出，在模擬實(shí)際單風(fēng)管的工況下，調(diào)節(jié)出風(fēng)風(fēng)閥和頻率使得風(fēng)壓分別在35kPa、36kPa、38kPa，記錄此時(shí)出風(fēng)體積流量，35kPa下風(fēng)量1507.2m3/h，即質(zhì)量流量為1808.64kg/h，36kPa下風(fēng)量1501.6m3/h，即質(zhì)量流量為1801.9kg/h，38kPa下風(fēng)量1503.3m3/h，即質(zhì)量流量為1803.96kg/h，可見，在單風(fēng)管工況下風(fēng)量和風(fēng)壓是可以滿足機(jī)組要求的。

同時(shí)對比以上三個(gè)表格可以發(fā)現(xiàn)：1）出風(fēng)風(fēng)壓與風(fēng)量沒有明顯關(guān)系，由于整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)最關(guān)鍵部件是羅茨鼓風(fēng)機(jī)，測試整個(gè)機(jī)組的通風(fēng)系統(tǒng)可以認(rèn)為是測試加長進(jìn)出風(fēng)管道的羅茨鼓風(fēng)機(jī)，可見，鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)風(fēng)壓對出風(fēng)風(fēng)量的影響是微乎其微的，這主要是由于羅茨鼓風(fēng)機(jī)的工作原理所致，羅茨鼓風(fēng)機(jī)不同于離心風(fēng)機(jī)，其是容積式風(fēng)機(jī)，是靠葉輪轉(zhuǎn)動利用其與機(jī)殼之間的密閉性空間將空氣擠出去，對其風(fēng)量影響最大的是電機(jī)的轉(zhuǎn)速；2）由表中可以看出羅茨鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)溫度非常高，在模擬實(shí)際工況下出風(fēng)溫度平均溫升在40℃左右，這對于空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來一定的難度，而且可以看出，隨著出風(fēng)風(fēng)壓的增大出風(fēng)溫度也在升高；由于羅茨鼓風(fēng)機(jī)的排氣溫度與容積效率和工作壓力比有關(guān)，而高壓比時(shí)熱效率比較低，當(dāng)容積效率越小、工作壓力比越大時(shí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的溫升也就越高，而在較高的工作溫度下，不利于轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與機(jī)殼間的適當(dāng)間隙，還會降低其他零件的可靠性，因而需考慮降低其排氣溫度[4]。

3結(jié)語

（1）通過對機(jī)組的測試，驗(yàn)證了羅茨鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)風(fēng)壓對出風(fēng)風(fēng)量的影響是微乎其微的；羅茨鼓風(fēng)機(jī)出風(fēng)溫度隨著出風(fēng)風(fēng)壓的增大而升高；且羅茨鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)溫升比較高，該型號平均溫升可以達(dá)到40℃左右，相對于離心風(fēng)機(jī)高很多；同時(shí)數(shù)據(jù)可以說明該通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是可以滿足該飛機(jī)地面空調(diào)車通風(fēng)要求的。（2）通過測試發(fā)現(xiàn)，羅茨鼓風(fēng)機(jī)的溫升比較高，建議羅茨鼓風(fēng)機(jī)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中考慮降低其出風(fēng)溫度或者通過某種方式進(jìn)行回收再利用這些熱量，如采用逆流冷卻技術(shù)來降低其溫升。

作者：李云鵬歐陽惕林創(chuàng)輝張曉艷劉鑫龍單位：廣東申菱空調(diào)設(shè)備有限公司