風(fēng)機(jī)軸功率計(jì)算講解

1、核心出品必屬精品免費(fèi)下載第四節(jié)通風(fēng)機(jī)的實(shí)際特性曲線一、通風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)表示通風(fēng)機(jī)性能的主要參數(shù)是風(fēng)壓 H、風(fēng)量Q風(fēng)機(jī)軸功率N 效率和轉(zhuǎn)速n等。（一）風(fēng)機(jī)（實(shí)際）流量Q風(fēng)機(jī)的實(shí)際流量一般是指實(shí)際時(shí)間內(nèi)通過風(fēng)機(jī)入口空氣的體 積，亦稱體積流量（無特殊說明時(shí)均指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），單位為； n丄一或蘆.r。（二）風(fēng)機(jī)（實(shí)際）全壓H與靜壓H通風(fēng)機(jī)的全壓H是通風(fēng)機(jī)對(duì)空氣作功，消耗于每1m3空氣的 能量（Nm/n3或Pa）,其值為風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流的全壓與入口風(fēng)流全壓 之差。在忽略自然風(fēng)壓時(shí)，H用以克服通風(fēng)管網(wǎng)阻力hR和風(fēng)機(jī)出口動(dòng) 能損失hv,即Ht =hR+hv,44 1克服管網(wǎng)通風(fēng)阻力的風(fēng)壓稱為通風(fēng)機(jī)的靜壓Hs,

2、 PaHs二hR二RQ4-4-2此H=Hs+hv443（三）通風(fēng)機(jī)的功率通風(fēng)機(jī)的輸出功率（又稱空氣功率）以全壓計(jì)算時(shí)稱全壓功率N，用下式計(jì)算：N二HQX10-34 5 4用風(fēng)機(jī)靜壓計(jì)算輸出功率，稱為靜壓功率即Ns=HQX 1034-4-5因此，風(fēng)機(jī)的軸功率，即通風(fēng)機(jī)的輸入功率N （kW孫 1000 ,4 56v- - hsq或4-4-7式中 t、s分別為風(fēng)機(jī)折全壓和靜壓效率。設(shè)電動(dòng)機(jī)的效率為m,傳動(dòng)效率為tr時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入功率為N則4-4-81000# 幾掌握礦井主要通風(fēng)機(jī)與通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)之間關(guān)系，對(duì)于礦井通 風(fēng)的科學(xué)管理至關(guān)重要。為了指示主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以及通風(fēng)系統(tǒng)的狀況，在風(fēng)硐中靠近 風(fēng)機(jī)入

3、口、風(fēng)流穩(wěn)定斷面上安裝測(cè)靜壓探頭，通過膠管與風(fēng)機(jī)房中水 柱計(jì)或壓差計(jì)（儀）相連接，測(cè)得所在斷面上風(fēng)流的相對(duì)靜壓h。在離心式通風(fēng)機(jī)測(cè)壓探頭應(yīng)安裝在立閘門的外側(cè)。水柱計(jì)或壓差計(jì)的示值與通風(fēng)機(jī)壓力和礦井阻力之間存在什么關(guān)系？它對(duì)于通風(fēng)管理有什么實(shí)際意義？下面就此進(jìn)行討論。1、抽出式通風(fēng)1）水柱（壓差）計(jì)示值與礦井通風(fēng)阻力和風(fēng)機(jī)靜壓之間關(guān)系 如圖441 ,水柱計(jì)示值為4斷面相對(duì)靜壓h4, h4 （負(fù)壓） = P4-P04（P4為4斷面絕對(duì)壓力，P04為與4斷面同標(biāo)高的大氣壓力）。圖 44 1沿風(fēng)流方向，對(duì)1、4兩斷面列伯努力方程hR14=（P 1+hv1+ p m12 gZ12）- （P 4 + hv

4、4+ p m34gZ34）式中hR14 1至4斷面通風(fēng)阻力，Pa ;P1、P4 分別為1、4斷面壓力，Pa;hv1、hv4 分別為1、4斷面動(dòng)壓，Pa;Z12、Z34 分別為12、34段咼差，m;p m12、p m34分別為12、34段空氣柱空氣密度平 均值，kg/m 3;因風(fēng)流入口斷面全壓Pti等于大氣壓力P01 ,即Pi+hvi=Pti=Poi,又因1與4斷面同標(biāo)高，故1斷面的同標(biāo)高大氣壓Poi 與4斷面外 大氣壓Po4相等。又 p m12gZl2 p m34gZ34 = Hl故 上式可寫為hR14 = Po4-P 4-h v4 + HIhR14 = |h 4|-h v4 + HN|h 4

5、|=h R14 + hv4-H N4-4-9根據(jù)通風(fēng)機(jī)靜壓與礦井阻力之間的關(guān)系可得Hs+Hn =|h 4| 4-4-hv4 = h t 410式4-4-9和式4410，反映了風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)測(cè)值 h4與礦 井通風(fēng)系統(tǒng)阻力、通風(fēng)機(jī)靜壓及自然風(fēng)壓之間的關(guān)系。通常hv4數(shù)值不大，某一段時(shí)間內(nèi)變化較小，HN隨季節(jié)變化，一般礦井，其值不大， 因此，|h4|基本上反映了礦井通風(fēng)阻力大小和通風(fēng)機(jī)靜壓大小。如果礦井的主要進(jìn)回風(fēng)道發(fā)生冒頂堵塞， 則水柱計(jì)讀數(shù)增大；如果控制通 風(fēng)系統(tǒng)的主要風(fēng)門開啟。風(fēng)流短路，貝S水柱計(jì)讀數(shù)減小，因此，它是 通風(fēng)管理的重要監(jiān)測(cè)手段。2 ）風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)示值與全壓 H之間關(guān)系。與上述類似地

6、對(duì)4、5斷面（擴(kuò)散器出口）列伯努力方程，便可得水柱計(jì)示值與全壓之間關(guān)系H = | h4| hv4 + hRd+hv5即| h4| =Ht +hv4-h Rd-h v54 4 11式中hRd擴(kuò)散器阻力，Pa ;hv5擴(kuò)散器出口動(dòng)壓，Pa;根據(jù)式4 4 11可得Ht=hRi2+ h Rd +h v4H +HN=hR14 +hRd+hv54 4 122、壓入式通風(fēng)的系統(tǒng)如圖4-4-2，對(duì)1、2兩斷面列伯努力方程得：h R12=(P 1 +h v1+ p m1gZJ-(P 2 + h v2+ p m2gZ2)因風(fēng)井出口風(fēng)流靜壓等于大氣壓，即P2=P02 ； 1、2斷面同標(biāo)高，其同標(biāo)高的大氣壓相等，即P

7、01-P02,故P1-P2 =P1-P 01 =h 1又p m1gZ1- p m2gZ2=hl故上式可寫為h R12=h 1 +hv1 -h v2+Hn所以風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)值h1=hR12 + h v2-h V1-H N又Ht =Pt 1 -P11 =Pt 1-P o=P1+hv1-P o=h 1+hv1H +HN=hR12 + hv24 4 13由式4412和式4413可見，無論何種通風(fēng)方式，通風(fēng)動(dòng)力都是克服風(fēng)道的阻力和出口動(dòng)能損失，不過抽出式通風(fēng)的動(dòng)能損失在擴(kuò)散器出口，而壓入式通風(fēng)時(shí)出口動(dòng)能損失在出風(fēng)井口，兩者數(shù)值上可能不等，但物理意義相同。圖 4 4 2三、通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線當(dāng)風(fēng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)

8、速、在風(fēng)阻R的管網(wǎng)上工作時(shí)、可測(cè)算出一 組工作參數(shù)風(fēng)壓H、風(fēng)量Q、功率N、和效率 n,這就是該風(fēng)機(jī)在管 網(wǎng)風(fēng)阻為R時(shí)的工況點(diǎn)。改變管網(wǎng)的風(fēng)阻，便可得到另一組相應(yīng)的工 作參數(shù)，通過多次改變管網(wǎng)風(fēng)阻，可得到一系列工況參數(shù)。將這些參數(shù)對(duì)應(yīng)描繪在以Q為橫坐標(biāo)，以H、N和n為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系上， 并用光滑曲線分別把同名參數(shù)點(diǎn)連結(jié)起來， 即得HQ、NQ和n Q曲線，這組曲線稱為通風(fēng)機(jī)在該轉(zhuǎn)速條件下的個(gè)體特性曲線 。有 時(shí)為了使用方便，僅采用風(fēng)機(jī)靜壓特性曲線（H sQ ）。為了減少風(fēng)機(jī)的出口動(dòng)壓損失，抽出式通風(fēng)時(shí)主要通機(jī)的出 口均外接擴(kuò)散器。通常把外接擴(kuò)散器看作通風(fēng)機(jī)的組成部分，總稱之為通風(fēng)機(jī)裝置。通風(fēng)機(jī)

9、裝置的全壓H t為擴(kuò)散器出口與風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流的全壓之差，與風(fēng)機(jī)的全壓H t之關(guān)系為4414式中hd擴(kuò)散器阻力。通風(fēng)機(jī)裝置靜壓H sd因擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格不同而有變化，嚴(yán)格地說汕胡-他+褊）4-4-15式中 h vd擴(kuò)散器出口動(dòng)壓。比較式4 4 10與式4 4 15可見，只有當(dāng)hd+hvdHs,即通風(fēng)機(jī)裝置阻力與其出口動(dòng)能損失之和小于通風(fēng)機(jī) 出口動(dòng)能損失時(shí)，通風(fēng)機(jī)裝置的靜壓才會(huì)因加擴(kuò)散器而有所提高，即擴(kuò)散器起到回收動(dòng)能的作用。圖4 4 3表示了 H t、Htd、H s和H sd之間的相互關(guān)系，由 圖可見，安裝了設(shè)計(jì)合理的擴(kuò)散器之后，雖然增加了擴(kuò)散器阻力，使 H tdQ曲線低于H tQ曲線，但由

10、于hd+hvKhv,故H sdQ曲線高于 HsQ曲線（工況點(diǎn)由A變至A）。若 hd+hvdhv,則說明了擴(kuò)散器 設(shè)計(jì)不合理。圖 4-4-3H t、H td、H s和H sd之間的相互關(guān)系圖安裝擴(kuò)散器后回收的動(dòng)壓相對(duì)于風(fēng)機(jī)全壓來說很小，所以通 常并不把通風(fēng)機(jī)特性和通風(fēng)機(jī)裝置特性嚴(yán)加區(qū)別。通風(fēng)機(jī)廠提供的特性曲線往往是根據(jù)模型試驗(yàn)資料換算繪制 的，一般是未考慮外接擴(kuò)散器。而且有的廠方提供全壓特性曲線，有 的提供靜壓特性曲線，讀者應(yīng)能根據(jù)具體條件掌握它們的換算關(guān)系。圖4 4 4和圖4 4 5分別為軸流式和離心式通風(fēng)機(jī)的個(gè) 體特性曲線示例。軸流式通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在。而且同一臺(tái) 通

11、風(fēng)機(jī)的駝峰區(qū)隨葉片裝置角度的增大而增大。 駝峰點(diǎn)D以右的特性 曲線為單調(diào)下降區(qū)段，是穩(wěn)定工作段；點(diǎn)D以左是不穩(wěn)定工作段，風(fēng) 機(jī)在該段工作，有時(shí)會(huì)引起風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓和電動(dòng)機(jī)功率的急劇波動(dòng)， 甚至機(jī)體發(fā)生震動(dòng)，發(fā)出不正常噪音，產(chǎn)生所謂喘振（或飛動(dòng)）現(xiàn)象， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞風(fēng)機(jī)。離心式通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線駝峰不明顯，且隨葉片后 傾角度增大逐漸減小，其風(fēng)壓曲線工作段較軸流式通風(fēng)機(jī)平緩； 當(dāng)管 網(wǎng)風(fēng)阻作相同量的變化時(shí)，其風(fēng)量變化比軸流式通風(fēng)機(jī)要大。離心式通風(fēng)機(jī)的軸功率N又隨Q增加而增大，只有在接近風(fēng) 流短路時(shí)功率才略有下降。因而，為了保證安全啟動(dòng)，避免因啟動(dòng)負(fù) 荷過大而燒壞電機(jī)，離心式通風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)應(yīng)將風(fēng)硐中的閘

12、門全閉，待其達(dá)到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開。當(dāng)供風(fēng)量超過需風(fēng)量過大 時(shí)，常常利用閘門加阻來減少工作風(fēng)量，以節(jié)省電能。軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片裝置角不太大時(shí)，在穩(wěn)定工作段內(nèi)，功率N隨Q增加而減小。所以軸流式通風(fēng)機(jī)應(yīng)在風(fēng)阻最小時(shí)啟動(dòng)，以減 少啟動(dòng)負(fù)荷。圖5-4-4軸流式個(gè)體特性曲線圖5-4-5 離心式通風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線在產(chǎn)品樣本中，大、中型礦井軸流式通風(fēng)機(jī)給出的大多是靜 壓特性曲線；而離心式通風(fēng)機(jī)大多是全壓特性曲線。對(duì)于葉片安裝角度可調(diào)的軸流式通風(fēng)機(jī)的特性曲線，通常以 圖4 7-2的形式給出，HQ曲線只畫出最大風(fēng)壓點(diǎn)右邊單調(diào)下降 部分，且把不同安裝角度的特性曲線畫在同一坐標(biāo)上，效率曲線是以等效率曲線的形

13、式給出。四、無因次系數(shù)與類型特性曲線目前風(fēng)機(jī)種類較多，同一系列的產(chǎn)品有許多不同的葉輪直徑， 同一直徑的產(chǎn)品又有不同的轉(zhuǎn)速。如果僅僅用個(gè)體特性曲線表示各種 通風(fēng)機(jī)性能，就顯得過于復(fù)雜。還有，在設(shè)計(jì)大型風(fēng)機(jī)時(shí)，首先必須進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)。那么模型和實(shí)物之間應(yīng)保持什么關(guān)系？如何把模型的 性能參數(shù)換算成實(shí)物的性能參數(shù)？ 這些問題都要進(jìn)行討論。（一）無因次系數(shù)1. 通風(fēng)機(jī)的相似條件兩個(gè)通風(fēng)機(jī)相似是指氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)流動(dòng)過程相似，或者說它們之間在任一對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同名物理量之比保持常數(shù)， 這些常數(shù)叫相似常 數(shù)或比例系數(shù)。同一系列風(fēng)機(jī)在相應(yīng)工況點(diǎn)的流動(dòng)是彼此相似的，幾 何相似是風(fēng)機(jī)相似的必要條件，動(dòng)力相似則是相似風(fēng)機(jī)的充要

14、條件，ulbP滿足動(dòng)力相似的條件是雷諾數(shù)R e （二】）和歐拉數(shù)Eu=（廠廠）分別 相等。同系列風(fēng)機(jī)在相似的工況點(diǎn)符合動(dòng)力相似的充要條件。2、無因次系數(shù)無因次系數(shù)主要有：（1）壓力系數(shù)二同系列風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù)?？捎孟率奖硎荆赫?-4-16或4417式中 和一叫全壓系數(shù)和靜壓系數(shù)?！繛閴毫ο禂?shù)，u為圓周速度。（2）流量系數(shù)/由幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似可以推得二常數(shù)4418式中 D、u、一分別表示兩臺(tái)相似風(fēng)機(jī)的葉論外緣直徑、 圓周速度，同系列風(fēng)機(jī)的流量系數(shù)相等。（3）功率系數(shù)J 風(fēng)機(jī)軸功率計(jì)算公式 川匚中的H和Q分別用式4-4-17和式4-4-18代入得4-4-1同系列風(fēng)機(jī)在相

15、似工況點(diǎn)的效率相等，功率系數(shù):為常數(shù)。八F、廠三個(gè)參數(shù)都不含有因次，因此叫無因次系數(shù)。（二）類型特性曲線才、F、廠和n可用相似風(fēng)機(jī)的模型試驗(yàn)獲得，根據(jù)風(fēng)機(jī)模 型的幾何尺寸、實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)時(shí)所得的工況參數(shù)Q H N和n。利用式4-4-17、4-4-18和4-4-19計(jì)算出該系列風(fēng)機(jī)的 、二、丁和n。然后以/為橫坐標(biāo)，以1、和n為縱坐標(biāo)，繪出匚-/、丁 - /和n 八曲線，此曲線即為該系列風(fēng)機(jī)的類型特性曲線， 亦叫通風(fēng)機(jī)的無 因次特性曲線和抽象特性曲線。圖4-4-6和力圖4-4-7分別為4-72-11和G4-73-11型離心式通風(fēng)機(jī)的類型曲線，2K60型類型風(fēng)機(jī)的類型曲線如圖4-7-2 （a）、（

16、b）所示?？筛鶕?jù)類型曲線和風(fēng)機(jī)直徑、轉(zhuǎn)速換算得到個(gè)體特性曲線。需要指出的是，對(duì)于同一系列風(fēng)機(jī)，當(dāng) 幾何尺寸（D）相差較大時(shí)，在加工和制造過程中很難保證流道表面 相對(duì)粗糙度、葉片厚度以及機(jī)殼間隙等參數(shù)完全相似，為了避免因尺寸相差較大而造成誤差，所以有些風(fēng)機(jī)（4-72-11系列）的類型曲線 有多條，可按不同直徑尺寸而選用。圖 446圖 44 7五、比例定律與通用特性曲線1、比例定律由式4-4-17、4-4-18和4-4-19可見，同類型風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)的無因次系數(shù)和n是相等的。它們的壓力 H流量Q 和功率N與其轉(zhuǎn)速n尺寸D和空氣密度p成一定比例關(guān)系，這種比 例關(guān)系叫比例定律。將轉(zhuǎn)速 u=n Dn/

17、60代入式4-4-17、4-4-18和 4-4-19 得e=0.041 osN =1127 龍喬對(duì)于1、2兩個(gè)相似風(fēng)機(jī)而言，J 、匕 山,所以其壓力、風(fēng)量和功率之間關(guān)系為：_ 0.00274_ p0,00274 必先耳 P4-4-20Cl024-4-21西_ 1如掰匹_魚但J他靄 1127/?aZ)a3 p2 I。1%4-4-22各種情況下相似風(fēng)機(jī)的換算公式如表 441所示。由比例定律知，同類型同直徑風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，其相似工 況點(diǎn)在等風(fēng)阻曲線上變化。表4-4 1兩臺(tái)相似風(fēng)機(jī)H、Q和N的換算冷1 科26 = 6_ =6 = 6期乎鬥2Pi =Pa1疋S&J -代P =宀壓力換算%-3丿&丿叮2

18、1丁2丿2hl2風(fēng)量換算61J02 1、3一竺21 = 02Qi i2血2Q_QiA4丿功率換算M A 瓦一石匚1.縮 A/ 、 巴kW23J效率換n 1= n 2例題某礦使用主要通風(fēng)機(jī)為4-72-11 M 20B離心式通風(fēng)機(jī)，其特性曲線如圖4-4-7所示，圖上給出 三種不同轉(zhuǎn)速n的H-Q曲線，四條等效率 曲線。轉(zhuǎn)速為ni=630r/min,風(fēng)機(jī)工作風(fēng)阻2 8R=0.0547X 9.81=0.53657N . s/m ,工況點(diǎn) 為 M (Q=58m(s,H t=1805Pa),后來，風(fēng)阻變 為R =0.7932 N. s2/m8，礦風(fēng)量減小不能滿 足生產(chǎn)要求，擬采用調(diào)整轉(zhuǎn)速方法保持風(fēng)量 Q=58 nVs，求轉(zhuǎn)速調(diào)至多少？解 因管網(wǎng)風(fēng)阻已變，故應(yīng)先將新風(fēng)阻R =0.7932 N. s2/m8 的曲線繪制在圖中，得其與n1=630r/min曲線的交點(diǎn)為M,其風(fēng)量 Q=51.5 m3