通風機的實際特性曲線

1、第四節(jié) 通風機的實際特性曲線一、通風機的工作參數(shù)表示通風機性能的主要參數(shù)是風壓H、風量Q、風機軸功率N、效率h和轉(zhuǎn)速n等。(一)風機(實際)流量Q風機的實際流量一般是指實際時間內(nèi)通過風機入口空氣的體積，亦稱體積流量（無特殊說明時均指在標準狀態(tài)下），單位為, 或。(二）風機(實際)全壓Hf與靜壓Hs通風機的全壓Ht是通風機對空氣作功，消耗于每1m3空氣的能量（Nm/m3或Pa），其值為風機出口風流的全壓與入口風流全壓之差。在忽略自然風壓時，Ht用以克服通風管網(wǎng)阻力hR和風機出口動能損失hv，即Ht=hR+hV, 441克服管網(wǎng)通風阻力的風壓稱為通風機的靜壓HS，PaHS=hR=RQ2 4-4-2

2、因Ht=HS+hV 4-4-3(三)通風機的功率通風機的輸出功率（又稱空氣功率）以全壓計算時稱全壓功率Nt，用下式計算：Nt=HtQ10-3 4-5-4用風機靜壓計算輸出功率，稱為靜壓功率NS，即:NS=HSQ103 4-4-5因此，風機的軸功率，即通風機的輸入功率N（kW）, 4-5-6或 4-4-7式中:ht,hS分別為風機折全壓和靜壓效率。設電動機的效率為hm,傳動效率為htr時，電動機的輸入功率為Nm,則4-4-8二、通風系統(tǒng)主要參數(shù)關(guān)系和風機房水柱計（壓差計）示值含義掌握礦井主要通風機與通風系統(tǒng)參數(shù)之間關(guān)系，對于礦井通風的科學管理至關(guān)重要。為了指示主要通風機運轉(zhuǎn)以及通風系統(tǒng)的狀況，在

3、風硐中靠近風機入口、風流穩(wěn)定斷面上安裝測靜壓探頭，通過膠管與風機房中水柱計或壓差計（儀）相連接，測得所在斷面上風流的相對靜壓h。在離心式通風機測壓探頭應安裝在立閘門的外側(cè)。水柱計或壓差計的示值與通風機壓力和礦井阻力之間存在什么關(guān)系？它對于通風管理有什么實際意義？下面就此進行討論。1、抽出式通風1）水柱（壓差）計示值與礦井通風阻力和風機靜壓之間關(guān)系如圖4-4-1，水柱計示值為4斷面相對靜壓h4，h4（負壓）=P4-P04(P4為4斷面絕對壓力，P04為與4斷面同標高的大氣壓力）。沿風流方向，對1、4兩斷面列伯努力方程:hR14=(P1+hv1+m12 gZ12)- (P4+hv4+m34 gZ3

4、4)式中:hR141至4斷面通風阻力，Pa ;P1、P4分別為1、4斷面壓力，Pa；圖4-4-1 hv1、hv4分別為1、4斷面動壓，Pa；Z12、Z34分別為12、34段高差，m；m12、m34分別為12、34段空氣柱空氣密度平均值，kg/m3；因風流入口斷面全壓Pt1等于大氣壓力P01，即P1+hv1=Pt1=P01，又因1與4斷面同標高，故1斷面的同標高大氣壓P01與4斷面外大氣壓P04相等。又:m12gZ12m34gZ34=HN故上式可寫為hR14=P04-P4-hv4+HNhR14=|h4|-hv4+HN即:|h4|=hR14+hv4-HN4-4-9根據(jù)通風機靜壓與礦井阻力之間的關(guān)系

5、可得HS+HN=|h4|-hv4=ht44-4-10式4-4-9和式4410，反映了風機房水柱計測值h4與礦井通風系統(tǒng)阻力、通風機靜壓及自然風壓之間的關(guān)系。通常hv4數(shù)值不大，某一段時間內(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阻力大小和通風機靜壓大小。如果礦井的主要進回風道發(fā)生冒頂堵塞，則水柱計讀數(shù)增大；如果控制通風系統(tǒng)的主要風門開啟。風流短路，則水柱計讀數(shù)減小，因此，它是通風管理的重要監(jiān)測手段。2）風機房水柱計示值與全壓Ht之間關(guān)系。與上述類似地對4、5斷面(擴散器出口）列伯努力方程，便可得水柱計示值與全壓之間關(guān)系Ht =|h4|hv4+hRd+hv

6、5即|h4|=Ht+hv4-hRd-hv54-4-11式中 hRd擴散器阻力，Pa ;hv5擴散器出口動壓，Pa；根據(jù)式4-4-11可得圖4-4-2Ht=hR12+ hRd+hv4Ht+HN=hR14+ hRd+hv5 4-4-122、壓入式通風的系統(tǒng) 如圖4-4-2，對1、2兩斷面列伯努力方程得：hR12=(P1+hv1+m1gZ1)-(P2+hv2+m2gZ2)因風井出口風流靜壓等于大氣壓，即P2=P02；1、2斷面同標高，其同標高的大氣壓相等，即P01-P02，故P1-P2=P1-P01=h1又m1gZ1-m2gZ2=HN故上式可寫為hR12=h1+hV1-hv2+HN所以風機房水柱計值

7、:h1=hR12+hv2-hV1-HN又Ht=Pt1-Pt1=Pt1-P0=P1+hv1-P0=h1+hv1Ht+HN=hR12+hv2 4-4-13由式4-4-12和式4-4-13可見，無論何種通風方式，通風動力都是克服風道的阻力和出口動能損失，不過抽出式通風的動能損失在擴散器出口，而壓入式通風時出口動能損失在出風井口，兩者數(shù)值上可能不等，但物理意義相同。三、通風機的個體特性曲線當風機以某一轉(zhuǎn)速、在風阻的管網(wǎng)上工作時、可測算出一組工作參數(shù)風壓、風量、功率、和效率，這就是該風機在管網(wǎng)風阻為時的工況點。改變管網(wǎng)的風阻，便可得到另一組相應的工作參數(shù)，通過多次改變管網(wǎng)風阻，可得到一系列工況參數(shù)。將這

8、些參數(shù)對應描繪在以為橫坐標，以、和為縱坐標的直角坐標系上，并用光滑曲線分別把同名參數(shù)點連結(jié)起來，即得、和曲線，這組曲線稱為通風機在該轉(zhuǎn)速條件下的個體特性曲線。有時為了使用方便，僅采用風機靜壓特性曲線(S)。為了減少風機的出口動壓損失，抽出式通風時主要通機的出口均外接擴散器。通常把外接擴散器看作通風機的組成部分，總稱之為通風機裝置。通風機裝置的全壓t為擴散器出口與風機入口風流的全壓之差，與風機的全壓t之關(guān)系為4-4-14式中:hd擴散器阻力。通風機裝置靜壓sd因擴散器的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格不同而有變化，嚴格地說圖 4-4-3 t、td、s和sd之間的相互關(guān)系圖4-4-15式中:hVd擴散器出口動壓。比

9、較式410與式415可見，只有當hd+hVds，即通風機裝置阻力與其出口動能損失之和小于通風機出口動能損失時，通風機裝置的靜壓才會因加擴散器而有所提高，即擴散器起到回收動能的作用。圖443表示了t、td、s和sd之間的相互關(guān)系，由圖可見，安裝了設計合理的擴散器之后，雖然增加了擴散器阻力，使td曲線低于t曲線，但由于hd+hVdhV，則說明了擴散器設計不合理。安裝擴散器后回收的動壓相對于風機全壓來說很小，所以通常并不把通風機特性和通風機裝置特性嚴加區(qū)別。通風機廠提供的特性曲線往往是根據(jù)模型試驗資料換算繪制的，一般是未考慮外接擴散器。而且有的廠方提供全壓特性曲線，有的提供靜壓特性曲線，讀者應能根據(jù)

10、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機的個體特性曲線示例。圖4-4-4軸流式個體特性曲線 圖4-4-5離心式通風機個體特性曲線軸流式通風機的風壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在。而且同一臺通風機的駝峰區(qū)隨葉片裝置角度的增大而增大。駝峰點以右的特性曲線為單調(diào)下降區(qū)段，是穩(wěn)定工作段；點以左是不穩(wěn)定工作段，風機在該段工作，有時會引起風機風量、風壓和電動機功率的急劇波動，甚至機體發(fā)生震動，發(fā)出不正常噪音，產(chǎn)生所謂喘振（或飛動）現(xiàn)象，嚴重時會破壞風機。離心式通風機風壓曲線駝峰不明顯，且隨葉片后傾角度增大逐漸減小，其風壓曲線工作段較軸流式通風機平緩；當管網(wǎng)風阻作相同

11、量的變化時，其風量變化比軸流式通風機要大。離心式通風機的軸功率又隨增加而增大，只有在接近風流短路時功率才略有下降。因而，為了保證安全啟動，避免因啟動負荷過大而燒壞電機，離心式通風機在啟動時應將風硐中的閘門全閉，待其達到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開。當供風量超過需風量過大時，常常利用閘門加阻來減少工作風量，以節(jié)省電能。軸流式通風機的葉片裝置角不太大時，在穩(wěn)定工作段內(nèi)，功率N隨Q增加而減小。所以軸流式通風機應在風阻最小時啟動，以減少啟動負荷。在產(chǎn)品樣本中，大、中型礦井軸流式通風機給出的大多是靜壓特性曲線；而離心式通風機大多是全壓特性曲線。對于葉片安裝角度可調(diào)的軸流式通風機的特性曲線，通常以圖472的

12、形式給出，曲線只畫出最大風壓點右邊單調(diào)下降部分，且把不同安裝角度的特性曲線畫在同一坐標上，效率曲線是以等效率曲線的形式給出。四、無因次系數(shù)與類型特性曲線目前風機種類較多，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。如果僅僅用個體特性曲線表示各種通風機性能，就顯得過于復雜。還有，在設計大型風機時，首先必須進行模型實驗。那么模型和實物之間應保持什么關(guān)系？如何把模型的性能參數(shù)換算成實物的性能參數(shù)？這些問題都要進行討論。（一） 無因次系數(shù)通風機的相似條件兩個通風機相似是指氣體在風機內(nèi)流動過程相似，或者說它們之間在任一對應點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

13、一系列風機在相應工況點的流動是彼此相似的，幾何相似是風機相似的必要條件，動力相似則是相似風機的充要條件，滿足動力相似的條件是雷諾數(shù)e（=）和歐拉數(shù)Eu=（）分別相等。同系列風機在相似的工況點符合動力相似的充要條件。2、無因次系數(shù)無因次系數(shù)主要有：（1）壓力系數(shù) 同系列風機在相似工況點的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù)?？捎孟率奖硎荆海?4-4-16或 4-4-17式中 和叫全壓系數(shù)和靜壓系數(shù)。為壓力系數(shù)，u為圓周速度。（2）流量系數(shù)由幾何相似和運動相似可以推得 4-4-18式中D、u、分別表示兩臺相似風機的葉論外緣直徑、圓周速度，同系列風機的流量系數(shù)相等。（3）功率系數(shù)風機軸功率計算公式中的H和Q分別

14、用式4-4-17和式4-4-18代入得 4-4-19同系列風機在相似工況點的效率相等，功率系數(shù)為常數(shù)。、三個參數(shù)都不含有因次，因此叫無因次系數(shù)。（二）類型特性曲線、和可用相似風機的模型試驗獲得，根據(jù)風機模型的幾何尺寸、實驗條件及實驗時所得的工況參數(shù)Q、H、N和。利用式4-4-17、4-4-18和4-4-19計算出該系列風機的、和。然后以為橫坐標，以、和為縱坐標，繪出-、-和-曲線，此曲線即為該系列風機的類型特性曲線，亦叫通風機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型離心式通風機的類型曲線，2K60型類型風機的類型曲線如圖4-7-2（a

15、)、(b)所示?？筛鶕?jù)類型曲線和風機直徑、轉(zhuǎn)速換算得到個體特性曲線。需要指出的是，對于同一系列風機，當幾何尺寸（D）相差較大時，在加工和制造過程中很難保證流道表面相對粗糙度、葉片厚度以及機殼間隙等參數(shù)完全相似，為了避免因尺寸相差較大而造成誤差，所以有些風機（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447 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，同類型風機在相似工況點的無因次系數(shù)、和是相等的。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=Dn/60代入

16、式4-4-17、4-4-18和4-4-19得 對于1、2兩個相似風機而言，、，所以其壓力、風量和功率之間關(guān)系為： 4-4-20 4-4-21 4-4-22各種情況下相似風機的換算公式如表441所示。 由比例定律知，同類型同直徑風機的轉(zhuǎn)速變化時，其相似工況點在等風阻曲線上變化。 表4-41 兩臺相似風機H、Q、和N的換算壓力換算風量換算功率換算效率換算1=2 例題 某礦使用主要通風機為4-72-1120B離心式通風機，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Ht-Q曲線，四條等效率曲線。轉(zhuǎn)速為n1=630r/min,風機工作風阻R=0.05479.81=0.53657Ns2/m8，工況點為M0（Q=58m3/s,Ht=1805Pa)，后來，風阻變?yōu)镽=0.7932 Ns2/m8，礦風量減小不能滿足生產(chǎn)要求，擬采用調(diào)整轉(zhuǎn)速方法保持風量Q=58 m3/s，求轉(zhuǎn)速調(diào)至多少？ 解 因管網(wǎng)風阻已變，故應先將新風阻R=0.7932 Ns2/m8的曲線繪制在圖中，得其與n1=630r/min曲線的交點為M1，其風量Q1=51.5 m3/s。在此風阻下風量增至Q2=58 m3/s的轉(zhuǎn)