王耕，任國(guó)釗

（國(guó)家廣電總局726臺(tái)，云南 宣威 655400）

0 引言

全固態(tài)廣播發(fā)射機(jī)具有集成智能化程度高、穩(wěn)定性佳、效率高、指標(biāo)好等優(yōu)點(diǎn)，近年在廣播電臺(tái)廣泛使用。但是，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，自然環(huán)境遭到不同程度的破壞，使得全固態(tài)廣播發(fā)射機(jī)的運(yùn)行環(huán)境受到了極大的挑戰(zhàn)。如何有效地改善全固態(tài)廣播發(fā)射機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，使之穩(wěn)定而可靠地運(yùn)行，是每一位技術(shù)維護(hù)工作者應(yīng)考慮和解決的課題。通過對(duì)美國(guó)HARRIS公司生產(chǎn)的DX系列風(fēng)冷式全固態(tài)廣播發(fā)射機(jī)降溫除塵的工程實(shí)踐和取得的效果，提出解決惡劣環(huán)境下大功率廣播發(fā)射機(jī)的降溫除塵措施以供同行參考。

1 全固態(tài)廣播發(fā)射機(jī)的特性及環(huán)境要求

1.1 風(fēng)冷式全固態(tài)廣播發(fā)射機(jī)的特性

a）集成化程度高

全固態(tài)廣播發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)了積木化設(shè)計(jì)，把主整、調(diào)制器和射頻功放三合為一，取消了傳統(tǒng)的高電平音頻功放，直接用數(shù)字化音頻信號(hào)控制射頻功率放大器末級(jí)來實(shí)現(xiàn)高電平調(diào)幅[1]。它的射頻系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)中的絕大多數(shù)電路都實(shí)現(xiàn)了晶體管化，發(fā)射機(jī)工作于低電壓等級(jí)條件下，具有集成智能化程度高、穩(wěn)定性好、效率高和指標(biāo)好等優(yōu)點(diǎn)。

b）具有完善的技術(shù)保護(hù)措施

全固態(tài)廣播發(fā)射機(jī)具有十分嚴(yán)密的保護(hù)電路。如發(fā)射機(jī)溫度、吹風(fēng)量等參數(shù)達(dá)不到要求時(shí)，保護(hù)電路就會(huì)啟動(dòng)，并采取降功率甚至關(guān)機(jī)的方式來實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)。

2.2 大功率全固態(tài)廣播發(fā)射機(jī)的運(yùn)行環(huán)境要求

a）環(huán)境溫度的要求

由于發(fā)射機(jī)主體電路的晶體管化，晶體管電路的溫度特性就不可忽略。隨著溫度的升高，晶體管器件的靜態(tài)工作點(diǎn)改變，特性參數(shù)漂移，發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)和參數(shù)也會(huì)隨之變化，并極易觸發(fā)溫度保護(hù)電路的閾值，造成發(fā)射機(jī)故障[2]。由于發(fā)射機(jī)采用了強(qiáng)制風(fēng)冷方式，發(fā)射機(jī)的冷卻效果對(duì)機(jī)房環(huán)境溫度具有了極大的依賴性。這就要求發(fā)射機(jī)具有良好的冷卻效果和適宜的工作環(huán)境溫度。一旦環(huán)境溫度升高，發(fā)射機(jī)內(nèi)外溫差有限，強(qiáng)制風(fēng)冷的效率和作用就將大大降低，發(fā)射機(jī)內(nèi)部溫度將不斷地升高。長(zhǎng)時(shí)間工作于較高的溫度狀態(tài)下，勢(shì)必會(huì)造成器件老化，壽命縮短，發(fā)射機(jī)穩(wěn)定性變差。

b）環(huán)境潔凈度的要求

強(qiáng)制風(fēng)冷是通過風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)而將外界低溫空氣送入發(fā)射機(jī)來實(shí)現(xiàn)冷卻的，這樣就對(duì)發(fā)射機(jī)外圍的環(huán)境空氣質(zhì)量提出了較高的要求。如環(huán)境空氣質(zhì)量較差，冷卻風(fēng)機(jī)就會(huì)把攜帶大量粉塵甚至含有金屬粉末的受污染空氣直接送入發(fā)射機(jī)內(nèi)部，對(duì)集成電路等器件造成極大的粉塵污染。粉塵附著在器件上，就會(huì)影響這些器件的正常工作和散熱。如粉塵中攜帶的金屬粉末附著在器件的引腳上，就將會(huì)降低器件的絕緣強(qiáng)度等級(jí)，導(dǎo)致器件被擊穿。而且，粉塵污染大大增加了對(duì)發(fā)射機(jī)的維護(hù)量。

c）環(huán)境濕度的要求

集成電路器件大多工作于低電壓等級(jí)，對(duì)干擾較為敏感，靜電放電的破壞不容忽視。當(dāng)環(huán)境濕度低于40%時(shí)，靜電放電頻繁，放電能量就會(huì)導(dǎo)致大量器件的損壞或者降低工作性能。因此，除了做好防靜電措施外，保持合理的環(huán)境濕度也是提高發(fā)射機(jī)穩(wěn)定性的要求之一。

因此，在做好日常維護(hù)的基礎(chǔ)上，有必要采取相應(yīng)的通風(fēng)降溫除塵措施，以改善運(yùn)行環(huán)境，提高發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定性。

2 通風(fēng)除塵原理

2.1 慣性除塵機(jī)理

含塵氣流在運(yùn)動(dòng)過程中遇到物體的阻擋時(shí)，氣流會(huì)改變方向進(jìn)行繞流，細(xì)小的塵粒會(huì)隨著氣流一起流動(dòng)。粗大的塵粒具有較大的慣性，會(huì)脫離流線，保持自身的慣性運(yùn)動(dòng)，這樣塵粒就和物體發(fā)生了碰撞，從氣流中分離出來，這種現(xiàn)象被稱為慣性碰撞。常用的過濾式除塵器和濕式除塵器都是這個(gè)機(jī)理。如圖1所示。

圖1 慣性分離機(jī)理

按照除塵機(jī)理的不同，常用的除塵器有機(jī)械式除塵器、過濾式除塵器、濕式除塵器和電除塵器等。

a）袋式除塵器的工作原理

袋式除塵器是一種干式、高效、過濾式除塵器，它利用棉、毛、人造纖維等加工的濾料進(jìn)行過濾，濾料本身的網(wǎng)孔較大，一般為20～50 μm。因此新濾袋的除塵效率是不高的，對(duì)1 μm的塵粒只能達(dá)到40%左右。含塵氣體通過濾袋，把粉塵截留在濾袋的表面上，凈化后的氣體經(jīng)排氣管排出。含塵氣體通過濾料時(shí)，隨著它們深入濾料的內(nèi)部，使纖維間的孔隙逐漸減小，最終形成一種附著在濾料表面的粉塵初層。如圖2所示。

袋式除塵器的過濾作用主要是靠這個(gè)初層以及逐漸堆積起來的粉塵層進(jìn)行的，即使對(duì)很微細(xì)的粉塵也能獲得較高的濾塵效率。隨著粉塵在初層的基礎(chǔ)上不斷積聚，使其透氣性變壞，除塵器的阻力增加，濾塵效率也隨著增大；但阻力過大會(huì)導(dǎo)致除塵效率下降或損壞濾袋。因此袋式除塵器運(yùn)行一段時(shí)間后要及時(shí)清灰 （不破壞初層），以免效率下降。袋式除塵器的特點(diǎn)是除塵效率高、性能穩(wěn)定、投資少、對(duì)濾料要求不高、維修量小和濾袋使用壽命長(zhǎng)。

圖2 濾料的過濾效果

b）濕式除塵器的工作原理

濕式除塵器也被叫做洗滌式除塵器，它主要通過含塵氣體與水滴或水膜的接觸，依靠塵粒與水或水滴的碰撞凝聚，使塵粒從氣體中分離出來。當(dāng)氣體與水滴有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于水滴的環(huán)繞氣膜作用，當(dāng)氣體接近水滴時(shí)，氣體流線將繞過水滴而改變流向，運(yùn)動(dòng)軌跡由直線變?yōu)榍€，而粒徑大和密度大的塵粒則力圖保持原來的流線而與水滴相撞，塵粒與水滴相碰接觸后凝聚為大顆粒，并被水流帶走。濕式除塵器既能起到除塵的作用還能起到對(duì)氣體降溫、加濕的效果，它具有投資少、構(gòu)造簡(jiǎn)單、凈化效率高的特點(diǎn)。

2.2 通風(fēng)降溫原理

a）全面通風(fēng)

又叫稀釋通風(fēng)，是對(duì)整個(gè)房間進(jìn)行通風(fēng)換氣，其基本原理就是用清潔、低溫的空氣來稀釋室內(nèi)含有有害物的空氣或者高溫氣體，并不斷把室內(nèi)的有害空氣排出室外，使室內(nèi)保持合理的溫度。

b）全面通風(fēng)的空氣質(zhì)量平衡

通風(fēng)除塵過程中必須有送風(fēng)和排風(fēng)過程。通風(fēng)房間的熱氣平衡即房間的進(jìn)風(fēng)量和排風(fēng)量相等、房間的得熱和失熱相等。

空氣質(zhì)量平衡即在通風(fēng)房間內(nèi)，無論采用哪種通風(fēng)方式，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入房間的空氣質(zhì)量應(yīng)該與同一時(shí)間內(nèi)排出的空氣質(zhì)量保持相等，以機(jī)房大廳為例，如圖3所示?？諝赓|(zhì)量平衡數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式 （1）中：Gzj——自然進(jìn)風(fēng)量，kg/s；

Gjj——機(jī)械進(jìn)風(fēng)量，kg/s；

Gzp——自然排風(fēng)量，kg/s；

Gjp——機(jī)械排風(fēng)量，kg/s。

圖3 發(fā)射機(jī)房空氣質(zhì)量平衡簡(jiǎn)圖

對(duì)于通風(fēng)房間 （不考慮自然通風(fēng)），當(dāng)機(jī)械進(jìn)風(fēng)量等于機(jī)械排風(fēng)量時(shí)：

則室內(nèi)壓力等于室外大氣壓力，即空間內(nèi)外壓力差為零。如果機(jī)械進(jìn)風(fēng)量大于機(jī)械排風(fēng)量時(shí)，即：

則室內(nèi)壓力升高，處于正壓狀態(tài)；反之，室內(nèi)壓力降低，處于負(fù)壓狀態(tài)。這是因?yàn)?，一般通風(fēng)房間并不嚴(yán)密，當(dāng)房間處于正壓狀態(tài)時(shí)，室內(nèi)的部分空氣將通過房間內(nèi)不嚴(yán)密的縫隙或窗戶、門洞滲透到室外，形成無組織的排風(fēng)；相反，房間處于負(fù)壓狀態(tài)時(shí)，形成無組織的進(jìn)風(fēng)。為了防止外界受污染的空氣通過無組織進(jìn)風(fēng)進(jìn)入清潔度要求較高的房間，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使房間保持正壓狀態(tài)。一般正壓應(yīng)保持在5～10 Pa 為宜[3]。

3 大功率廣播發(fā)射機(jī)的降溫除塵實(shí)踐

下面以某DX-600風(fēng)冷式全固態(tài)廣播發(fā)射機(jī)的機(jī)房為例，論述如何進(jìn)行大功率廣播發(fā)射機(jī)的降溫除塵實(shí)踐。

發(fā)射機(jī)房原設(shè)計(jì)使用自然進(jìn)風(fēng)方式，兩部發(fā)射機(jī)的吹風(fēng)量總和為90000 m3/h，使用的4臺(tái)排風(fēng)機(jī)排風(fēng)總量為240000 m3/h，并輔助以5臺(tái)柜式空調(diào)進(jìn)行冷卻。夏季高溫干燥季節(jié)，單靠排風(fēng)機(jī)及柜式空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)房大廳與外界空氣對(duì)流有限，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)排出，發(fā)射機(jī)房及發(fā)射機(jī)內(nèi)部的溫度較高。例如，夏季氣溫為25℃時(shí)，機(jī)房環(huán)境溫度達(dá)30℃以上，發(fā)射機(jī)內(nèi)部的局部溫度可達(dá)40℃以上。為了盡量降低發(fā)射機(jī)房的溫度，需開啟全部排風(fēng)機(jī)以保持足夠的對(duì)流效率。在這種狀態(tài)下，自然進(jìn)風(fēng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，機(jī)房?jī)?nèi)外壓力差巨大，發(fā)射機(jī)房處于重度負(fù)壓狀態(tài)，大量的無組織進(jìn)風(fēng)通過門、窗、縫隙進(jìn)入發(fā)射機(jī)房，而這些部位缺乏有效的除塵措施，大量攜帶粉塵的受污染空氣進(jìn)入到發(fā)射機(jī)房，在強(qiáng)制風(fēng)冷的作用下進(jìn)入發(fā)射機(jī)，對(duì)發(fā)射機(jī)造成了嚴(yán)重的污染。

為了降低發(fā)射機(jī)工作的環(huán)境溫度，改變機(jī)房大廳的負(fù)壓狀態(tài)，增加發(fā)射機(jī)房的清潔度，提高發(fā)射機(jī)穩(wěn)定性，根據(jù)相關(guān)的通風(fēng)降溫及除塵機(jī)理，結(jié)合發(fā)射機(jī)房設(shè)備特點(diǎn)，實(shí)施了通風(fēng)降溫除塵工程。

3.1 通風(fēng)降溫工程

對(duì)強(qiáng)制風(fēng)冷式發(fā)射機(jī)的降溫實(shí)際上就是對(duì)發(fā)射機(jī)工作環(huán)境的降溫。環(huán)境溫度降低后，冷卻風(fēng)機(jī)的出風(fēng)溫度也會(huì)相應(yīng)地降低，與發(fā)射機(jī)內(nèi)部器件的溫差增大，就達(dá)到了熱交換的目的，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的降溫。

a） 送風(fēng)

發(fā)射機(jī)房外增加兩臺(tái)送風(fēng)量為50000 m3/h的空氣處理機(jī)組，空氣處理機(jī)組采用大功率離心風(fēng)機(jī)，利用原有的通風(fēng)間實(shí)施機(jī)械送風(fēng)。這樣，總最大進(jìn)風(fēng)量Gj為：

從而可以滿足兩部發(fā)射機(jī)總共90000 m3/h的吹風(fēng)量。

從節(jié)能和控制的便利性角度出發(fā)，對(duì)離心送風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻控制，可以根據(jù)機(jī)房環(huán)境溫度和實(shí)際需求，隨時(shí)調(diào)整空氣處理機(jī)組的進(jìn)風(fēng)量，滿足送風(fēng)要求。

b）排風(fēng)

不改變?cè)械呐棚L(fēng)機(jī)及排風(fēng)管道，對(duì)4臺(tái)排風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻控制，可結(jié)合環(huán)境條件和進(jìn)風(fēng)狀況，適時(shí)改變排風(fēng)機(jī)排風(fēng)量，使機(jī)房在保持合理溫度的同時(shí)處于正壓狀態(tài)。

為了更有利于發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的熱氣流的排除，在發(fā)射機(jī)上方增加排風(fēng)罩，使發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的熱氣流直接通過排風(fēng)罩由排風(fēng)機(jī)排出室外，減少熱氣流參與機(jī)房大廳再循環(huán)的幾率，提高降溫效果。

3.2 除塵工程

由于污染物全部來源于室外環(huán)境，而房間內(nèi)部本身不產(chǎn)生污染物，因此，送風(fēng)端增加過濾除塵設(shè)備即可達(dá)到所需要的除塵效果。

為達(dá)到理想的除塵效果，在空氣處理機(jī)組進(jìn)風(fēng)端采用多級(jí)組合除塵模式。第一級(jí)采用濾塵效率較高、投資少、維護(hù)便利和使用壽命長(zhǎng)的袋式初效過濾器，對(duì)粒徑較大的塵粒進(jìn)行濾除；第二級(jí)仍然采用袋式除塵器，選取孔隙較小的織物作為濾料，對(duì)細(xì)微的粉塵進(jìn)行濾除，實(shí)現(xiàn)中效除塵；第三級(jí)采用水洗風(fēng)除塵，水洗風(fēng)除塵實(shí)質(zhì)就是濕式除塵器，含污染物的空氣經(jīng)過水膜過濾，達(dá)到除塵目的的同時(shí)起到對(duì)空氣降溫加濕的作用。初、中效過濾后的空氣通過水膜過濾成為具有一定濕度的冷卻新風(fēng)，在通風(fēng)間內(nèi)通過液滴分離后送風(fēng)至機(jī)房大廳供發(fā)射機(jī)冷卻循環(huán)使用。水洗風(fēng)除塵可根據(jù)需要隨時(shí)開啟或者關(guān)閉，冬季低溫季節(jié)，初、中效過濾后的空氣質(zhì)量和溫度能滿足要求，可將水洗風(fēng)關(guān)閉。干燥高溫季節(jié)，開啟水洗風(fēng)，降低氣體溫度的同時(shí)增加機(jī)房大廳的相對(duì)濕度，減小靜電的危害。

除了使用除塵器外，為了減少外界污染物的滲透，在空氣處理機(jī)組進(jìn)風(fēng)口及排風(fēng)機(jī)出風(fēng)口增加高密閉性調(diào)節(jié)閥，在通風(fēng)冷卻系統(tǒng)關(guān)閉后，密閉調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，阻止外界被污染的空氣通過進(jìn)出風(fēng)通道進(jìn)入發(fā)射機(jī)房，避免對(duì)發(fā)射機(jī)造成再次污染。如圖4所示。

圖4 發(fā)射機(jī)房通風(fēng)降溫除塵系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

4 工程效果及待改進(jìn)的部分

4.1 工程效果分析

通過發(fā)射機(jī)的運(yùn)行和維護(hù)工作中的探索，通風(fēng)除塵系統(tǒng)可采用如下運(yùn)行模式：春夏季高溫干燥季節(jié)，開啟全部送風(fēng)系統(tǒng)及排風(fēng)系統(tǒng)，通過變頻調(diào)節(jié)控制進(jìn)出風(fēng)量，保證降溫效果的同時(shí)使機(jī)房處于正壓狀態(tài)。秋冬低溫季節(jié)，結(jié)合環(huán)境溫濕度和污染狀況，減少送排風(fēng)量或者停用水洗風(fēng)除塵。冬季環(huán)境溫度低于10℃時(shí)，關(guān)閉送風(fēng)系統(tǒng)，適度開啟排風(fēng)設(shè)備，使機(jī)房處于輕度負(fù)壓狀態(tài)，室外冷空氣進(jìn)入機(jī)房大廳參與循環(huán)，對(duì)發(fā)射機(jī)房進(jìn)行降溫。

4.1.1 通風(fēng)除塵效果

工程實(shí)施后，利用變頻器合理調(diào)節(jié)通風(fēng)除塵系統(tǒng)送排風(fēng)機(jī)工作頻率，發(fā)射機(jī)房大廳負(fù)壓狀況得到根本改善，進(jìn)入機(jī)房大廳的粉塵量減少了70%，發(fā)射機(jī)穩(wěn)定性得到明顯的提高，運(yùn)行環(huán)境改善的同時(shí)減少了維護(hù)人員的工作量。發(fā)射機(jī)房大廳溫度和機(jī)箱溫度明顯降低，干燥季節(jié)濕度條件得到改善，發(fā)射機(jī)系統(tǒng)及其附屬設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，有效解決了因環(huán)境溫度較高而導(dǎo)致的發(fā)射機(jī)溫度保護(hù)故障。工程實(shí)施前后環(huán)境溫度變化見表1（發(fā)射機(jī)工作1小時(shí)后測(cè)量）。

表1 改造前后發(fā)射機(jī)房環(huán)境溫度變化 ℃

另外，改造前干燥季節(jié)大廳濕度為20%-30%，改造后最干燥季節(jié)大廳濕度可保持在55%～65%。

4.1.2 節(jié)能降噪效果

a）節(jié)能效果

工程實(shí)施前功耗：使用5臺(tái)柜式室內(nèi)空調(diào)及4臺(tái)排風(fēng)機(jī)，每臺(tái)空調(diào)的額定功率為4.45 kW，每臺(tái)排風(fēng)機(jī)的額定功率為3 kW。消耗功率P1為：

工程實(shí)施后功耗： 5臺(tái)柜式空調(diào)停用，4臺(tái)排風(fēng)機(jī)全部變頻為30 Hz運(yùn)行，此時(shí)單相電流為3.8 A，功率因素按0.8計(jì)算；則每臺(tái)排風(fēng)機(jī)功率P排為：

4臺(tái)排風(fēng)機(jī)總功率P總排為：

2臺(tái)空氣處理機(jī)組送風(fēng)機(jī)變頻為35 Hz運(yùn)行，此時(shí)單相電流為18 A，功率因素按0.8計(jì)算。則每臺(tái)空氣處理機(jī)組風(fēng)機(jī)功率P送為：

2臺(tái)空氣處理機(jī)組總功率P送為：

整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)總功率P2為：

工程實(shí)施前后節(jié)能比為：

由計(jì)算可見，節(jié)能效率達(dá)20%以上。

b）降噪效果

經(jīng)測(cè)試，改造前機(jī)房大廳噪聲達(dá)85 dB， 改造后噪聲降低為72 dB，噪聲明顯地降低。

4.2 待改進(jìn)的部分

通過工程實(shí)踐，發(fā)射機(jī)運(yùn)行環(huán)境大為改善。然而，尚存譬如整個(gè)通排風(fēng)系統(tǒng)的開啟、關(guān)閉以及環(huán)境溫濕度的調(diào)節(jié)控制仍然需要人力操作的改進(jìn)之處。通過論證，可以實(shí)現(xiàn)按照發(fā)射機(jī)運(yùn)行時(shí)間開啟或關(guān)閉該系統(tǒng)，并根據(jù)機(jī)房大廳溫濕度、機(jī)箱溫度以及正負(fù)壓狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整送排風(fēng)機(jī)工作頻率以及水洗風(fēng)系統(tǒng)，使機(jī)房大廳保持合理的溫濕度狀態(tài)，減少對(duì)人的依賴。

5 結(jié)束語

隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，影響廣播發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的因素日趨復(fù)雜。作為廣播電視技術(shù)維護(hù)工作者，除了做好日常維護(hù)工作之外，還應(yīng)全面分析影響大功率廣播發(fā)射機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性的因素，從技術(shù)革新入手為設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行提供保障。

[1] 張學(xué)田，李英華，尤鞏圻，等.廣播電視技術(shù)技術(shù)手冊(cè)第6分冊(cè)發(fā)射技術(shù) [M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2000.

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[3] 唐中華.通風(fēng)除塵與凈化 [M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.