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层流罩、风机过滤单元(FFU)的选型要点

2013-07-19 15:12:17    上一篇[返回首页]    [打印]    [返回上页]     下一篇

FFU设计和选型的要点:

    FFU的主要参数:

    尺寸(mm),面风速(m/s),机外余压(Pa),噪音(dBA),功耗(W),振动(mm/s),寿命(hours)等。 FFU的选型要点:

    ◆尺寸-目前,国内、外常用的模数有1200X600mm(4英尺X2英尺)、1200X900mm(4英尺X 3英尺)、1200X 1200mm(4英尺X4英尺)、其厚度多在300-400mm。

    ◆材质-根据使用环境及成本选择,目前常用镀铝锌材质,能满足洁净室的环境需求(防腐蚀)且成本低;

    ◆风量或风速-根据换气量及尺寸换算出面风速,一般范围在0.3~0.45m/s;

    ◆静压-根据过滤器规格及风道的结构阻力。FFU的机外余压都是足以克服循环通道上的阻力。当高效过滤器为初阻力,且保证FFU送风断面风速为0.35m/s时,不同FFU的机外余压均在100Pa左右,有的高达130Pa。

    ◆滤网-应不同制程需求,常用到H13,H14,U15和U16甚至U17的高效过滤器(欧规),有时应生产工艺的需求会要求采用低硼的材料,以进口品居多。

    ◆马达-AC(交流电)和DC(直流电)两种。一般来讲Class 1000~100,000的洁净室常用AC FFU,而洁净度较高区域则用DC FFU。就是因为高等级洁净室对于温湿度要求更为严格,采有DC FFU就能应用软件控制,精确度较高。对于FFU的控制系统在下面另阐述。

    ◆振动-一般是符合德规G2.5标准,因为微振动的控制对于生产工艺非常重要。

    ◆噪音-一般设定为54dB(A)@1.5m,即距高效过滤器下表面1.5m处噪音值小于54dB(A)。 FFU的声压级噪声大多在57dB(A)~59dB(A)之间。比较好的品牌其噪声在54dB(A)。

    ◆绝缘等级-一般为Class E,B或F。

    ◆轴承寿命-一般为L10≧40,000hours,即10%的轴承损坏的最大使用时间不小于40,000hours。

    ◆能效比-耗电量与风量的比值,级效比值越低越节能。六、目前常见问题及分析

    ◆FFU的噪音,FFU在洁净室内的噪音往往超出设计师的预测。要洁净室的噪音达到要求必须选择高效过滤器噪音达到要求的FFU,但是很多供应商所给的噪音参数是在无响室内测得,或是在较低的风量与总静压下测得,且测试数量为一台。在多台FFU同时运行后测得噪音常会大于设计预估值。衡量噪音的两个技术指标为声压级与声功率。声压级单位为dB,与声源、环境、测量距离有关。声功率单位为W,仅与声源有关。在相同总静压下,风量越高,噪音越大; 在相同风量下,总静压越高,噪音越高。其实我们在设计时可以通过声功率计算出在某种环境下的声压。计算公式:吸声量SPL=PWL+10Lg(N)+10Lg(4/R),SPL-混响区域声压级(dB),PWL-单台FFU产生的声功率级(dB),N-洁净室FFU的总数,R-各种材料的吸声系数与面积乘积的总和。

    实例计算:比较6m(L) 6m(W) 3m(H)的洁净室在不同的FFU满布率和不同的盲板材料情况下的噪音情况,单台FFU的PWL=60dB(吸声系数:盲板=0.1;高效过滤器=1;墙=0.1;NRC0.85盲板=0.85,普通盲板=0.1)。高效过滤器结果比较表1 结论:利用吸声系数较大的材料对噪音降低有比较好的效果,但在100%的FFU满布区域噪音则很难下降。

    ◆存在谐波问题:谐波会引起系统电流值升高;会使控制系统出现故障,通讯系统受到干扰,使无尘室无法控制;会使电缆、感应马达、变压器温度升高,减少使用寿命。对于AC电机谐波值一般要求小于12%,DC电机的谐波值较小,一般常在FFU配电盘考虑增加诣波高效过滤器的方式减少谐波的危害。

    ◆FFU电机选择问题:采用三相交流电源电机容易发生缺相,烧毁电机的情况。采用单相交流电源电机又会存在体积大,负载不平衡现象。采用直流电机存在造价高,运行维护成本高的情况。

    ◆FFU到现场安装时发现放不下去,问题在于T-Bar本身厚度或高度。所以采购FFU的尺寸并不能做为现场施工的尺寸,应在施工前通知制造商提供样品确认能否安装再下单生产。否则如此多数量的FFU重新加工那是不现实的,相应费用是个庞大的数字。

    ◆维修不方便:维修更换高效过滤器时无足够操作空间,可能是FFU上方大管径管路离FFU很近,这种情况在施工时需注意套图避让。一般不建议过滤器由无尘室内更换,比如对于FFU满布率100%区域,天板下方均为价格昂贵之生产机台,根本不可能由室内更换因为没有空间可以让人员架梯操作。七、FFU控制方式现状目前FFU电机根据电源种类可分为交流电机和直流电机。

    交流电机又有单相和三相之分,供电电压大致有110V、220V、270V、380V、480五种。交流电动机同直流电动机相比较,具有结构简单、体积小、制造方便、运行可靠、价格低廉、使用寿命长等一系列的优点,缺点是调速性能不好。其控制方式主要分为多档开关控制,调压控制,变频控制等。直流电机存在结构复杂,制造及运行维护成本及使用寿命短等缺点,优点是容易控制,调速性能好。下面对常用的一些控制方式做一简单分析与比较:

    群组控制
    AC FFU的控制系统常以PLC系统架构实现组群控制,可实现远程控制风机启停并能监测各群组的运行状况。一般在一千级,一万级和十万级洁净室常能看到这样的系统。在FFU交流调速控制方式中,又主要分为三种控制方式:多档开关调速控制、调压调速控制方式和变频调速控制方式。
    1). 所谓多档开关控制就是通过直接改变电动机定子线圈匝数来调整电动机的转速。控制器由一个调速开关和一个电源开关组成。由于控制元件为FFU自带,分布在洁净室吊顶内的各个位置,工作人员必须在现场通过拨挡开关来调节FFU转速,控制起来极不方便,而且FFU的风速可调范围有限,仅限于几档。采用多档开关控制方式优点是控制简单、成本低,但存在许多缺陷:比如:能耗大、不能平滑调速等。

    2).所谓调压控制方式,就是通过直接改变电动机定子电压的大小来调整电动机的转速。调压方式的缺点是:调速时的效率较低,能耗大,低速时,电机发热严重、调速范围较窄等。但是,调压方式对于FFU风机负载来说,其缺陷不是很明显,并且在目前的情况下还有一些优点:调速方案成熟,调速系统稳;操作简便,控制系统造价低;由于FFU风机负载很轻,在低速时,电机发热不是很严重。
    3).所谓变频控制方式就是通过改变电源频率的方式来调整电动机的转速,高效过滤器同时,按一定比例调整电动机的输入电压。变频控制方式具有优异的性能,调速范围大,平滑性较高,调速效率高等。变频一般采用较先进的SPWM控制方式,并采用单片机生成SPWM波形。

    SPWM变频方式同其它变频方式相比具有以下特点:结构简单,控制方便;输入功率因数高;系统动态响应快;输出谐波少。在目前的情况下,与调压方式相比,变频方式也有一些缺点,这主要体现在以下两个方面:变频控制系统造价比较高;使用寿命不如调压方式长。
    计算机控制方式一般采用直流电机,与前面两种方式相比,计算机控制方式具有以下先进的功能:       1). 采用集散型控制方式,能够很方便的实现FFU的集中监测和控制。
    2). 可方便的实现FFU的单台、多台及分区控制。
    3). 智能化控制系统具有节能功能。
    4). 可采用可选的遥控方式进行监测和控制。
    5). 控制系统预留通信接口,可与上位机或网络进行通讯,从而实现远程通信和管理功能。
    控制直流电机的突出优点在于:容易控制、调速范围较宽。但该控制方式也有缺陷:整套系统造价昂贵且后期维护费用高。


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