鋒速達通風降溫系統
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負壓風機_淺談防火閥、排煙閥在空調系統的工程質量離心風機氣動
高層及其它各類現代建筑大都設有通風、空調及防排煙系統，一旦發生火災，這些系統中的管道將成為火焰、煙氣蔓延的通道。為了阻止火勢通過風管蔓延擴大，在《建筑設計防火規范》GBJ16-87和《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-95中均明確規定了防火閥、排煙
閥的設置要求。
防火閥用在通風、空調系統的送、回風管路上，平時呈開啟狀態，當火災一旦發生，管道內氣體溫度達到70℃時即自行關閉，并在一定時間內能滿足耐火穩定性和耐火完整性要求，起隔煙阻火作用。排煙閥用在排煙系統管道上或排煙風機的吸入口處，平時呈關閉狀態，當火災發生時,通風除塵，通過火災報警信號手動或自動開啟閥門，根據系統功能配合排煙，當管道內煙氣溫度達到280℃時自動關閉，并能在一定時間內滿足耐火穩定性和耐火完整性要求，起隔煙阻火作用。
2、防火閥、排煙閥在通風、空調和防排煙系統中的重要作用
防火閥包括重力式防火閥、防火調節閥、防火風口、氣動防火閥、防煙防火閥、電子自控防煙防火閥等多種產品；排煙閥包括排煙防火閥、板式排煙口(頂棚用)、豎井用排煙口等產品。防火閥、排煙閥是通風、空調和防排煙系統中重要的組件，在系統中發揮的重要作用主要有以下三方面：
2.1、隔煙阻火作用
在送風系統中，送風機送出的風必須通過主干管分配到支管中；在排煙系統中，煙氣由支管到主干管后，進入排煙風機排出。當建筑物內發生火災時，在通風、空調系統中，為了防止火勢通過送風系統蔓延，當送風系統中氣體溫度達到70℃時，防火閥機構上熔斷器動作，閥門亦迅速關閥，切斷煙氣與火勢沿風管蔓延的通路。同樣，在排煙系統中，發生火災時，排煙閥開啟，進行排煙，為了截斷高溫煙氣在排煙管路中流動，防止火勢蔓延到另一防火分區，當排出的煙氣溫度達到280℃時，排煙防火閥、排煙口上熔斷器動作，閥門必須自動關閉，阻止排煙。由此可見，防火閥、排煙閥做到了該通則通，該斷則斷的隔煙阻火作用。
2.2、調節作用
在通風、空調系統管路設計中，雖經計算，但在實際工程的運行工況如果有變，則需要通過防火閥閥門對系統各部分的風量進行調節，進行系統調試，將閥門的開度固定下來，合理分配，以滿足設計要求。
2.3、啟動空載作用
通風空調和排煙系統中所有離心風機和消防專用排煙軸流風機，在安裝調試時，為了安全起見，使電機的啟動電流最小，一般是空載啟動，通過閥門臨時截斷管路來實現。
3、工程應用中質量要求
3.1、產品質量要求
目前防火、排煙系列產品生產廠家不少，我們消防監督、建審部門和設計部門應嚴格把關， 讓甲方選用“三證”齊全、合格的產品，即要有生產廠家的出廠合格證、公安消防機關的產品銷售許可證、國家防火建筑材料質量監督檢驗中心的產品檢驗報告。從國家級檢驗報告和產品技術參數中可反映出產品性能和質量，其依據是國標《防火閥試驗方法》GB15930-1995和《排煙防火閥試驗方法》GB15931-1995。其產品質量要求體現為5個方面：
3.1.1、溫感器動作性能試驗
對防火閥、排煙閥的感溫元件，分別經恒溫水浴、油浴的規定溫度，通過不動作與動作試驗，檢驗其是否能按要求的溫度準確地關閉。
3.1.2、關閉可靠性試驗
在試驗臺上關閉操作250次，試件應能從開啟位置靈活可靠地關閉，各零部件應無明顯磨損、變形以及影響其密封性能的損傷。以此來檢驗關閉的可靠性。
3.1.3、鹽霧試驗
將試件在鹽霧箱進行噴鹽霧試驗，試件應能從開啟位置可靠地關閉,PVC水簾廠家，以此檢驗閥門在實際工程中的抗腐蝕能力。
3.1.4、漏風量試驗
閥體前后在規定的壓差條件下，試件單位面積的漏風量不大于700Nm3/(h?m２)，以此來檢驗閥門關閉后的密閉性能。
3.1.5、耐火試驗
通過耐火試驗，根據在規定時間內的關閉能力和單位面積的漏風量兩項指標,浙江車間降溫，判定閥門的耐火能力。
另外從產品的技術參數要求其耐火極限為3h。
3.2、安裝質量要求
在日常防火檢查和工程驗收工作中，筆者發現因安裝施工質量問題造成防火排煙閥開啟不靈或有故障，排煙閥、排煙口、防火閥、防火風口復位困難等。這應引起施工方的重視，注意以下幾點安裝要求。
3.2.1、防火閥、排煙閥應嚴格按圖施工，單獨設支吊架，以避免風管在高溫下變形，影響閥門功能。
3.2.2、閥門在吊頂上或在風道內安裝時，應在吊頂板上或風道壁上設檢修入孔，一般入孔尺寸不小于450×450mm，在條件限制時，吊頂檢修孔也可減小至300×300mm。
3.2.3、防火閥與防火墻(或樓板)之間的風管應采用δ≥1.5mm的鋼板制作，最好再在風管管外用耐火材料保溫隔熱或不燃性材料保護，以保證防火墻的耐火性能。
3.2.4、在閥門的操作機械一側應有350mm的凈空間，以利于檢修。
4、防火、排煙閥在工程中存在的一些問題
本人在日常防火建審、工程檢查和驗收工作中，發現防火、排煙閥存在的一些問題有如下幾點，供同行參考。
4.1、消防控制室的送、回風管在其穿墻處未設防火閥。
在建審過程中，發現有些工程設計圖上消控室的送、回風管在其穿墻處無防火閥，這與《火災自動報警系統設計規范》GB50116-98中第6.2.2條不符。設防火閥的目的是為了保證消防控室的防火安全。
4.2、消防控制設備對防煙、排煙設施的控制、顯示功能不完善
根據規范GB50116-98中第6.3.9條的規定：火災報警確認后，必須停止有關部位的空調送風，關閉電動防火閥，并接收其反饋信號；同時啟動有關部位的防煙和排煙風機、排煙閥等，并接收其反饋信號。有的工程聯動控制中不能分區控制排煙閥、排煙口，有的不能接收其反饋信號，不能反映出閥件的啟閉狀況。
4.3、管網氣體滅火系統無氣動防火閥。
GB50116-98中第6.3.4.3條要求：“在延時階段，應自動關閉防火門、窗，停止通風空調系統，關閉有關部位防火閥�！边@要求在管網氣體滅火系統中，必須安裝氣動防火閥，與消防控制設備聯動。在個別工程中無此功能。
4.4、送風與排煙合用風道時無遠程控制
有些建筑地下室、停車場采用送風與排煙合用風道時，我們發現送風機和排煙機前的截止閥只能現場手動，不能實現控制室的遠程控制，平時，送風機工作，其前端的截止閥呈開啟狀況，一旦發生火災時，需人到現場去關閉風機前的截止閥，這很不實際，直接影響排煙系統。因此，建議其截止閥增加遠程控制功能。
5、系統聯動調試及維護管理。
防火閥、排煙閥在實際工程中不是獨立的防煙阻火產品，而是在整個消防聯動控制系統中有其獨特的聯動邏輯關系。因此，為了保證其在消防系統中發揮作用，在系統驗收前，按聯動要求，必須全面進行調試，使通風、空調及防排煙系統達到規范要求。驗收后應有專人進行有計劃的日常維護管理，以保障閥體處于正常的狀況，在防煙阻火作用中發揮其功能。
離心風機的噪聲以氣動噪聲為主，在性質上可以分為離散噪聲與寬帶噪聲。其氣動噪聲主要由氣體與葉輪葉片以及蝸殼的相互作用產生，并通過進、出氣通道加以傳播。蝸殼內部的三維非穩定流場以及殼體的特殊形狀使得對其開展研究變得困難。近年來，國內外專家如： Lowson 、 Wan-Ho Jeon 等都針對離心風機噪聲做了很多研究，在發聲機理和聲源傳播、數值模擬、測試技術等方面都取得了不少突破，但仍有很多需要進一步改進和完善之處。本文綜合了近年來國內外大量文獻的理論計算和試驗研究方法，同時提出了新的建議。
2 理論計算方法
2.1 點源模型
對于風機而言，點源模型是一種十分有用的技術。這種近似的準則是，所要研究的最高頻率的波長 λ 應該遠大于聲源的物理尺寸Ｌ。為滿足這個準則要求，對發射較高頻率噪聲的葉片，在應用點源模型時，可將每個相關面積或相關體積視為一個小尺寸的孤立聲源，將風機葉片用沿著葉片展長分布的孤立點源的總和來模擬。目前有人研究了自由聲場旋轉點聲源的聲學特性；Lowson 通過波動方程推導出了運動點源產生的聲場公式，該公式適合于葉片上的每個微元體，然后對葉片上的所有微元求積分就可以求出葉片運動產生的聲場。但擬定葉片微元的點源尺寸是一個難題，而且一般來說風機葉片都不是直葉片，甚至在空間有很大扭曲，用點源模型進行模擬容易產生較大誤差。另外，上述研究針對的是自由聲場，而離心風機必須考慮蝸殼的影響。
2.2 蝸舌的尖劈模擬
靜止平板尾緣紊流邊界層聲發射的理論計算公式早已得出，但用于葉輪機械噪聲還需進一步改進。陸桂林考慮了葉片旋轉對聲發射的影響，并結合有關試驗資料，引入葉片幾何參數的組合關系式，推導出了一個有 個葉片的離心風機葉輪葉片尾緣紊流邊界層聲發射計算公式。這些都是在無蝸殼假定下噪聲計算公式的推導。為了模擬有蝸殼存在的情況，Wan-Ho Jeon 在葉輪附近放置一個尖劈模擬蝸舌，以它來作為產生離散噪聲的聲源,如圖1所示。 通過此模型計算出流場，然后用非定常的伯努利方程計算出作用在葉片微元上所受的力， 最后利用 Lowson 導出的任意運動點源的聲場公式計算聲壓：運用該模型進行風機噪聲的數值模擬可以得到很多有價值的數值計算結果，改變其中一些參數，如葉片數，葉輪旋轉速度和葉輪與尖劈之間的間隙等來重新進行計算，并加以比較可以分析葉片通過頻率噪聲的影響因素，對離心風機的降噪有指導意義，尤其是對分析離散噪聲的成因及其降噪方法有著比較重要的作用。但是它只能模擬風機的基頻噪聲，且仍沒有考慮完整蝸殼的存在。
2.3 基于寬頻噪聲的模擬
寬頻噪聲也稱作渦流噪聲，它主要取決于對應的流場。至今尚未看到與離心風機蝸殼內部完整流場所對應的聲場解，所以渦流噪聲很多都還是實驗研究或者理論上的定性分析。
可以利用加速度傳感器得到蝸殼表面的振動速度分布，然后通過公式計算出蝸殼表面的聲壓，或者可以通過風機進口或出口的聲壓計算進出口輻射的聲功率，然后得到總的合成聲功率。可以看出，該計算方法可以計算蝸殼振動引起的噪聲輻射，也可以計算通過進出口管道向外傳遞的噪聲。但是在測量進出口的聲壓時，由于氣流的影響，使測量受到較大的干擾，因此測定的聲壓不一定是真實值；另外，由于蝸殼表面各點振動極不均勻，不僅是垂直于表面振動，甚至隨時間變化。測量時需要測量大量點的振動速度，工作量大，而且可靠性不高，因此該方法的應用也有局限性。
2.5 蝸殼聲電類比模型
很早人們就提出了聲電類比方法并計算出了離心風機的聲共振頻率，并用高階模態分析方法分析了幾個具有比亥姆霍茲共振頻率更高的譜峰，用試驗手段繪出了蝸殼內規范化的聲壓分布。后來黃其柏又在此基礎上提出了蝸殼基頻共振引起的噪聲增量數學模型，最后推導出了在共振頻率處遠場某點總噪聲聲壓級增值為:
利用此式可以對遠場某點總噪聲聲壓級增值進行預測和優化。國內一些實驗已經證實了蝸殼基頻共振噪聲在小流量工況下的重要性。
2.6 聲學相似定律
由國際標準化組織推薦的一系列確定噪聲功率的標準，同樣也適用于風機。試驗各種不同型式和尺寸的風機需要大量試驗設備和時間，而且費用昂貴。因此將相似定律應用于風機氣動噪聲，能大大降低成本。從而可以根據一種尺寸風機的試驗資料，對尺寸不同而因次相似的風機系列進行聲功率的計算。Weidemann對風機噪聲作了無因次分析，且得到了無因次參數關系式：
因此，換算因次相似的風機噪聲頻譜時，可用上面兩個公式的任何一個，但是對于同一系列而尺寸不同的風機，常數α,β和函數F,G或F,G應分別對應相等。
聲學相似定律的應用也是需要預先知道某因次相似風機的實驗資料才能進行聲輻射計算，開展聲學設計，它也不是單純從理論上直接解決離心風機噪聲問題。
3 試驗研究方法
3.1 進出口管道試驗
由于缺乏準確的理論數據，因此很多試驗還是基于理論上的定性分析進行試驗，一般都采取帶有消聲器的進氣或出氣管道在進、出口進行噪聲測量，再對試驗結果進行頻譜分析以判斷噪聲源和傳播途徑。在試驗過程中通常都會先分別考慮軸向、徑向進口間隙、蝸殼的擴張角和擴張長度以及蝸舌與葉輪間隙、蝸舌傾斜角、蝸舌半徑和葉輪類型、葉片數目等參數，分別分析這些參數對離心風機噪聲的影響 , 但是這樣進行分析和試驗的工作量太大，而且忽略了各個參數之間的相互影響 。
3.2 離心風機機殼的聲學優化
機殼的型線對于離心風機氣動噪聲而言是極其重要的，如何得到優良的機殼型線是很多人都關注的問題。在目前的大多數研究中，僅是通過修改機殼蝸舌區域來降低基頻強度。 Hille-brand 等改變整個蝸舌形狀來找尋關于產生噪聲的最優設計。作為一種試驗工具， Rechenberg 采用了植物與動物的生物進化原理提出了一種試驗程序。采用了P1到P10這10 個變量（在各種角向位置時蝸舌壁面離轉子軸的距離）來描述蝸舌。通過變量P1到P10的隨機變動產生一組 9 個后代量，9個后代量的最優者形成故的“上代”，從這個“上代”通過變量的隨機變化再次繁殖出第2代，依次下去，便得到最佳型線。但是該試驗程序只考慮到了蝸殼自身參數的影響，而忽略了葉輪的結構參數。
3.3 離心風機結構的優化試驗方法
大量的試驗是在保證其他參數不變的前提下，只改變某一個參數進行試驗得出其優化結構參數，從而忽略了各個參數之間的相關性，因此利用優化試驗方法：正交回歸試驗設計方法、D —最優回歸設計方法等就很有必要了。一些文獻中已通過不同實例計算出了風機聲壓級與一系列參數之間的回歸函數關系式，并采用了優化方法進行了計算。其基本思想是在選擇離心風機結構參數時，考慮到各個參數之間的相關性，在實際應用中利用優化回歸方法，通過試驗得到一系列數據進行目標函數（噪聲值）的非線性回歸，得到一個非線性方程后進行優化設計。例如可將聲壓級SPL針對 8 個參數進行 3 次回歸設計得出其關系式:
然后采用逐步回歸分析法逐個引入變量，進行因子篩選。每引入一個新的變量都對前面的變量進行顯著性檢驗，保留其中對SPL影響顯著的變量，剔除對SPL影響不顯著的變量，從而可以得到一個最優回歸方程，該方程中包含所有對SPL影響顯著的變量。這種優化手段用較少的試驗就可以得出比較滿意的結果，但是它不能夠得到各個噪聲源對接受者的貢獻。
3.4 相干分析技術
為了彌補上述缺陷，相干分析技術也隨 著計算機的發展而 開展了。在噪聲源的識別中，經常遇到的情況是所感受到的噪聲系來自多個噪聲源，通過相干分析，就可以知道每個聲源各自對接受者的影響，這一技術已在國內應用。國內外一些文獻已利用相干分析技術分析了離心風機噪聲的噪聲源特性及其產生機理。其基本理論是基于將噪聲傳遞系統視為一個多輸入、單輸出的系統，系統中各個輸入源之間互不相干，如圖 3 所示。
3.5 計算機指導試驗
由于試驗設備繁重，工作量大，處理數據繁瑣，因此利用電腦監控試驗和試驗數據的采集和處理是必不可少的，現在可以用微機進行數字化動靜態測試分析。
虛擬儀器（簡稱VI）和卡泰儀器（簡稱 CATAI）技術發展相當迅速，虛擬儀器被稱為是振動、噪聲動力學控制技術的革命。 DSP(大世普) 軟件虛擬儀器庫具有國際先進水平的大容量數據采集與信號處理軟件系統，其功能強大 , 用途廣泛，可用于進行振動、沖擊、噪聲、信號和信息處理、計算機輔助測試 (CAT) 、模態分析、結構動力學修改、故障診斷與樁基檢測、環境振動與噪聲測試等諸多分析測試工作。只是到目前為止，虛擬儀器在風機行業中應用還很少，如果能廣泛應用，將會使離心風機的試驗測試、數據采集與分析進入一個全新的階段。
４ 討論
(1)對于離心風機氣動噪聲而言，數值模擬及其計算方法還不成熟，不能得出計算離心風機氣動噪聲的理論公式，有的即使得到了聲壓與各參數之間聯系，還需要借助試驗來確定具體關系式， 顯然這些方法只限于對已有風機進行計算，而不能在對新風機進行氣動設計 的 同時進行聲學設計。 因此考慮蝸殼的離心風機的噪聲模擬及計算是需要解決的問題。因此，我們的建議是：可以把離心風機蝸殼簡化成一個具有硬邊界的理想殼體模型，如圖4所示。并暫時忽略進出口軟邊界的影響，推導出殼體內的格林函數，而后將此格林函數推廣到考慮進出口軟邊界的情況，然后利用該函數對離心風機內部由旋轉葉輪產生的氣動聲場進行時 域求解便可以得到理論解方程。在計算出離心風機內部的三維非穩定流場之后，利用該模型和理論解方程就可求出與流場相對應的氣動聲場，這樣就可以彌補其他計算模擬方法的不足，正在進行這方面的理論和計算工作 ， 同時也為同行們進行離心風機氣動噪聲計算提供參考。目前，已經得到了忽略進出口軟邊界的蝸殼體內的格林函數：
但是由于忽略了蝸殼進出口軟邊界的影響，這個公式與實際情況還有較大差距，因此還有必要對此進行深入研究，以得到有進出口軟邊界時蝸殼內部的格林函數并進行時域求解。
(2) 隨著計算機的飛速發展，噪聲試驗測試技術發展比較迅速，一些先進的試驗手段已經應用于風機上，但還是不夠；在其他行業，虛擬儀器的使用和仿真試驗已大大減少了人力、物力，使得很多難以進行的試驗變得容易開展，建議應使這些先進的試驗手段應盡快應用于風機氣動噪聲行業并不斷開發拓展其應用范圍。
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