焊接實(shí)訓(xùn)車間的變風(fēng)量控制淺析

馬淑芳 馬乳娜

摘要：焊接實(shí)訓(xùn)車間的通風(fēng)排煙措施關(guān)系著實(shí)訓(xùn)學(xué)生和教師的身心健康，本文針對(duì)焊接實(shí)訓(xùn)車間的特點(diǎn)和傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式的缺點(diǎn)，提出了一種基于變頻技術(shù)的變風(fēng)量通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和性能分析。

關(guān)鍵詞：焊接實(shí)訓(xùn)變頻調(diào)速變風(fēng)量

焊接實(shí)訓(xùn)車間的焊接電弧在高溫熔化焊條和焊件的同時(shí)，這些煙塵中含有大量的有毒氣體和粉塵。有毒氣體主要有HF、NO2、CO等，焊接煙塵主要包括Fe、Mn、Cu、Ni、Cr等重金屬的氧化物，這些氧化物多數(shù)為有害物質(zhì)，這些有害物質(zhì)長(zhǎng)期聚集在地面人體活動(dòng)的空間，不采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑫?huì)影響師生的身體健康。

1焊接實(shí)訓(xùn)車間的特點(diǎn)

（1）我院的焊接車間相對(duì)封閉，空氣流動(dòng)較小，不利于煙塵的稀釋和排出。

（2）焊接實(shí)訓(xùn)工位密度大，人員集中，常出現(xiàn)多臺(tái)焊機(jī)同時(shí)施焊的情況，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的焊接煙塵有毒氣體。

（3）焊接工位一般采用固定式，相鄰工位之間采用隔離板形成相對(duì)封閉的空間，這樣使各個(gè)工位互不影響，能有效防止弧光輻射、熔渣飛濺的危害，但不利于空氣的疏通，使區(qū)域內(nèi)焊接煙塵和有毒氣體聚集。

（4）培訓(xùn)人員數(shù)量不確定，焊機(jī)的使用數(shù)量變化較大。

（5）焊接的工件尺寸較小，常進(jìn)行板對(duì)焊接、中小直徑管對(duì)焊接、角焊縫的焊接操作，焊縫長(zhǎng)度一般在300mm以內(nèi)，基本不涉及大型工件，這對(duì)焊接煙塵和有毒氣體的排出是有利的。

2傳統(tǒng)的通風(fēng)電機(jī)控制

在現(xiàn)有的焊接工藝條件下，并不能從焊接工藝本身根本的消除焊接煙塵和有毒氣體。主要從通風(fēng)排氣上采取相應(yīng)措施，來(lái)避免焊接煙塵和有毒氣體對(duì)操作人員的危害。目前，廣泛采用一種定風(fēng)量排風(fēng)控制系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)一直運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速，每個(gè)抽風(fēng)口風(fēng)速和風(fēng)量達(dá)到最大狀態(tài)能取得良好的排風(fēng)效果，但存在如下弊端：過(guò)大的風(fēng)速產(chǎn)生尖銳的噪聲；影響室內(nèi)的溫度，冬天開展實(shí)訓(xùn)，師生感到很冷，不利于課堂教學(xué)；造成大量的電能浪費(fèi)。

也有的焊接培訓(xùn)車間采用簡(jiǎn)單變風(fēng)量調(diào)節(jié)方法，主要有間歇控制法和雙速風(fēng)機(jī)法，前者根據(jù)不同時(shí)段使用的焊機(jī)數(shù)量，來(lái)確定開機(jī)或關(guān)閉風(fēng)機(jī)。后者則是采用雙速風(fēng)機(jī)，當(dāng)使用較多數(shù)量的焊機(jī)時(shí)，開啟風(fēng)機(jī)的高速擋，反之開啟風(fēng)機(jī)的低速檔，但是這兩種控制方法都過(guò)于簡(jiǎn)單，不能很好的改善焊接實(shí)訓(xùn)車間的空氣品質(zhì)，也不能很好的節(jié)能。

3變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

由流體力學(xué)的知識(shí)可知，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，改變轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和軸功率也隨之改變。而根據(jù)電機(jī)學(xué)的知識(shí)可知，電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入頻率成正比，改變頻率就能改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到風(fēng)量調(diào)節(jié)的目的。

采用風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)的通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道與單風(fēng)道單風(fēng)機(jī)系統(tǒng)完全相同。焊接車間通風(fēng)的主要目的是排除和稀釋焊接過(guò)程產(chǎn)生的有害物質(zhì)，在這些有害物質(zhì)中，CO占據(jù)著很大的比例，如果把CO的濃度稀釋到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的濃度，其它污染物的濃度也就能滿足衛(wèi)生要求。因此，系統(tǒng)中采用CO傳感器，測(cè)得車間內(nèi)實(shí)時(shí)的CO濃度后，通過(guò)與設(shè)定值的比較，反饋給PLC，PLC發(fā)出指令，指示變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)行變頻調(diào)速，改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過(guò)不斷測(cè)量實(shí)際風(fēng)量與給定值的偏差，自動(dòng)調(diào)整，甚至消除偏差，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。完成后的風(fēng)量自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

風(fēng)量自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4系統(tǒng)性能分析

（1）實(shí)現(xiàn)電機(jī)的最佳運(yùn)行，提高系統(tǒng)的可靠性。

風(fēng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，電源頻率從0逐步增大到所需頻率，避免了風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)較大的啟動(dòng)電流，減小了風(fēng)機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，對(duì)于較大功率風(fēng)機(jī)，不需要再采取單獨(dú)的降壓?jiǎn)?dòng)措施。在停機(jī)過(guò)程中，電源頻率從實(shí)際運(yùn)行頻率逐步下降到0，風(fēng)機(jī)逐步降低轉(zhuǎn)速直至停機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)和軟停止，減小了設(shè)備的振動(dòng)、噪聲和磨損，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高系統(tǒng)的可靠性。

（2）節(jié)能效果顯著。

風(fēng)機(jī)設(shè)備采用變頻調(diào)速后，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減耗。例如，當(dāng)設(shè)定頻率為工頻的50%時(shí)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為原來(lái)的50%，風(fēng)機(jī)消耗功率僅為原來(lái)的12.5%，節(jié)能87.5%，節(jié)能效果顯著。

（3）控制方式靈活。

采用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，控制方式靈活。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速，也可實(shí)現(xiàn)人工控制；可以采用工頻，也可以切換成變頻。

5結(jié)束語(yǔ)

焊接車間的通風(fēng)量與焊機(jī)的使用數(shù)量有關(guān)，如果把通風(fēng)排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)成定風(fēng)量系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)風(fēng)機(jī)風(fēng)量不定不變，必然造成能源浪費(fèi)，且運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高，如皋把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成采用風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)的變風(fēng)量系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的總風(fēng)量仍按原設(shè)計(jì)風(fēng)量選取，運(yùn)行時(shí)根據(jù)CO濃度，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，改變排風(fēng)量這種設(shè)計(jì)方案滿足了通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，既可以顯著的節(jié)能，又提高了整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，大大減少了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，因此，該設(shè)計(jì)方案具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]張新. 有效控制焊接培訓(xùn)車間煙塵的措施[J]. 焊接技術(shù)， 2007（36）：62-65.

[2]劉衛(wèi)斌. 變頻調(diào)速在通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J]. 暖通空調(diào)， 2007（01）：120-122.

[3]鄭強(qiáng).地下車庫(kù)通風(fēng)變頻調(diào)節(jié)的原理與應(yīng)用[J]. 暖通空調(diào)， 2010（06）：53-54.

作者簡(jiǎn)介：馬淑芳（1978—），女，漢族，山東濰坊人，講師，碩士，研究方向：電力電子與電機(jī)控制技術(shù)。

項(xiàng)目名稱：青島濱海學(xué)院科技計(jì)劃項(xiàng)目

項(xiàng)目編號(hào)：2016K16