(完整版)風機基本知識

1、第四章 風機本章風機是指通風機而言。由于通風機的工作壓力較低，其全壓不大于1500mm2O因此可以忽略氣體的壓縮性。這樣，在通風機的理論分析和特性研究中，氣體運動可以按不可壓縮流動處理。這一近似使得通風機與水泵在基本原理、部件結(jié)構(gòu)、參數(shù)描述、性能變化 和工況調(diào)節(jié)等方面有很多的相同之處，在水泵的各相關(guān)內(nèi)容中已作了論述。但是，由于流體物性的差異，使通風機和水泵在實際應(yīng)用的某些方面有所不同，形成了通風機的一些特點。第一節(jié) 風機的分類與構(gòu)造一、風機分類1、按風機工作原理分類按風機作用原理的不同，有葉片式風機與容機式風機兩種類型。 葉片式是通過葉輪旋轉(zhuǎn) 將能量傳遞給氣體；容積式是通過工作室容積周期性改變

2、將能量傳遞給氣體。兩種類型風機又分別具有不同型式。(離心式風機葉片式風機Y 軸流式風機 二混流式風機P往復式風機 容積式風機- 回轉(zhuǎn)式風機 2、按風機工作壓力(全壓)大小分類(1)風扇 標準狀態(tài)下，風機額定壓力范圍為p 98Pa(10 mmH>)。此風機無機殼，又稱自由風扇，常用于建筑物的通風換氣。(2)通風機設(shè)計條件下，風機額定壓力范圍為 98Pa p 14710Pa(1500 mm2O)。一般風機均指通風機而言，也是本章所論述的風機。通風機是應(yīng)用最為廣泛的風機?？諝馕廴局卫?、通風、空調(diào)等工程大多采用此類風機。(3)鼓風機工作壓力范圍為14710Pa p 196120Pa。壓力較高，是

3、污水處理曝氣工藝中常用的設(shè)備。(4)壓縮機 工作壓力范圍為 p 196120Pa,或氣體壓縮比大于 3.5的風機，如常 用的空氣壓縮機。二、通風機分類通風機通常也按工作壓力進行分類。低壓風機 p 980Pa(100 mmHO)離心式風機通風機I軸流式風機三、離心式風機主要部件中壓風機 980Pa p 2942Pa(300 mmHO) 高壓風機 2942Pa p 14710Pa(1500 mmHQ低壓風機 p 490Pa(50 mmh2Q高壓風機 490Pa p 4900Pa(500 mmHQ離心風機的主要部件與離心泵類似。下面僅結(jié)合風機本身的特點進行論述。1. 葉輪葉輪是離心泵風機傳遞能量的主

4、要部件，它由前盤、后盤、葉片及輪轂等成。葉片有后彎式、徑向式和前彎式（見離心泵葉片形狀，圖216）,后彎式葉片形狀又分為機翼型、直板型和彎板型。葉輪前盤的形式有平直前盤、錐形前盤和弧形前盤三種，如圖41所示。（a）平直前盤（b）錐形前盤（c）弧形前盤圖4-1 前盤形式2 .集流器將氣體引入葉輪的方式有兩種，一種是從大氣直接吸氣，稱為自由進氣；另一種是用吸風管或進氣箱進氣。不管哪一種進氣方式，都需要在葉輪前裝置進口集流器。集流器的作用是保證氣流能均勻地分布在葉輪入口斷面，達到進口所要求的速度值，并在氣流損失最小的情況下進入葉輪。 集流器形式有圓柱形，圓錐形，弧形，錐柱形和錐弧形等， 如圖4-2所

5、示?；⌒?，錐弧形性能好，被大型風機所采用以提高風機效率，高效風機基本上都采用錐弧形集流器。（a）圓柱形（b）圓錐形 （c） 弧形 （d） 錐柱形 （e） 錐弧形 圖4-2 集流器形式3 .渦殼渦殼作用是匯集葉輪出口氣流并引向風機出口，與此同時將氣流的一部分動能轉(zhuǎn)化為壓能。渦殼外形以對數(shù)螺旋線或阿基米德螺旋線最佳，具有最高效率。渦殼軸面為矩形，并且 寬度不變。渦殼出口處氣流速度仍然很大， 為了有效利用氣流的能量， 在渦殼出口裝擴壓器， 由于 渦殼出口氣流受慣性作用向葉輪旋轉(zhuǎn)方向偏斜，因此擴壓器一般作成沿偏斜方向擴大，其擴散角通常為6。8。，如圖4-3所示。離心風機渦殼出口部位有舌狀結(jié)構(gòu)，一般稱為

6、渦舌（圖 4-3）。渦舌可以防止氣體在機 殼內(nèi)循環(huán)流動。一般有渦舌的風機效率，壓力均高于無舌的風機。9圖4-4 進氣箱圖4-3 渦殼4 .進氣箱氣流進入集流器有三種方式。一種是自由進氣；足夠長的軸向吸風管長度；再一種是進氣箱進氣，在集流器前裝設(shè)進氣箱進氣，以取代彎管進氣，可以改善進風的氣流狀況。進風箱見圖所示。進氣箱的形狀和尺寸將影響風機的性能， 其形狀和尺寸有一定要求。（1）進氣箱的過流斷面應(yīng)是逐漸收縮的， 進風口齊平，防止出現(xiàn)臺階而產(chǎn)生渦流（見圖另一種是吸風管進氣，該方式要求保證當吸風管在進口前需設(shè)彎管變向時，要求4-4為了使進氣箱給風機提供良好的進氣條件， 對使氣流被加速后進入集流器。進

7、氣箱底部應(yīng)與4-4）。（2）進氣箱進口斷面面積 Ain與葉輪進口斷面面積 Ao之比不能太小，太小會使風機壓力和效率顯著下降，一般Ain/Ao< 1.5 ；最好應(yīng)為An/Ao=1.252.0 （見圖4-4）。（3）進風箱與風機出風口的相對位置以90。為最佳，即進氣箱與出風口呈正交，而當兩者平彳T呈180。時，氣流狀況最差。5 . 入口導葉在離心式風機葉輪前的進口附近，設(shè)置一組可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角的導葉（靜導葉），以進行風機運行的流量調(diào)節(jié)。 這種導葉稱為入口導葉或入口導流器，或前導葉。常見的入口導葉有軸向?qū)Я髌骱秃喴讓Я髌鲀煞N，如圖4-5所示。入口導葉調(diào)節(jié)方式在離心風機中有廣泛的應(yīng)用。圖4-5 離心式

8、風機的入口導流器（a）軸向?qū)Я髌鹘Y(jié)構(gòu)示意圖（b）簡易導流器結(jié)構(gòu)示意圖1入口導葉2葉輪進口風筒 3 入口導葉轉(zhuǎn)軸 4 導葉操作機構(gòu)四、離心風機結(jié)構(gòu)型式離心風機一般采用單級單吸或單級雙吸葉輪，且機組呈臥式布置。圖4-6所示為4-13.2（工程單位制為 4-73） 11NM6D型高效風機。該風機為后彎式機翼型葉片，其最高效率可達93%風量為1700068000m/h ,風壓為6007000Pa,葉輪前盤采用弧形。風機進風口前裝有導流器，可進行入口導流器調(diào)節(jié)。根據(jù)風機使用條件的要求不同，離心風機的出風口方向，規(guī)定了 “左”或“右”的回轉(zhuǎn)方向，每一回轉(zhuǎn)方向分別有 8種不同出風口位置， 如圖4-7所示。另

9、可補充15。、30。、60。、 75、105、120角度。圖 4-6 4-13.2(4-73) 11 用 16D型風機1機殼2進風調(diào)節(jié)門3葉輪4軸5進風口 6軸承箱7地腳螺栓8聯(lián)軸器螺栓及螺母13銘牌14電動機9、10地腳螺釘11 墊圈12圖4-7 出風口位置五、軸流式風機軸流式風機與軸流式水泵結(jié)構(gòu)基本相同。有主 軸、葉輪、集流器、導葉、機殼、動葉調(diào)節(jié)裝置、 進氣箱和擴壓器等主要部件。軸流風機結(jié)構(gòu)型式見 圖4-8所示。圖4-8 軸流式（通）風機結(jié)構(gòu)示意圖（兩級葉輪）1進氣箱2 葉輪3主軸承4動葉調(diào)節(jié)裝置5擴壓器6軸7電動機由于軸流式風機（包括軸流式泵）具有較大的輪轂，故可以在輪轂內(nèi)裝設(shè)動葉調(diào)節(jié)

10、機構(gòu)。動葉調(diào)節(jié)機構(gòu)有液壓式調(diào)節(jié)和機械式調(diào)節(jié)兩種類型。該機構(gòu)可以調(diào)節(jié)葉輪葉片的安裝角，進行風機運行工況調(diào)節(jié)。目前，國內(nèi)外大型軸流風機與軸流泵都已實現(xiàn)了動葉可調(diào)。導葉是軸流式風機的重要部件，它可調(diào)整氣流通過葉輪前或葉輪后的流動方向，使氣流圖4-9 軸流泵與風機的基本型式(a)單個葉輪機(b) 單個葉輪后設(shè)置導葉 (c)單個葉輪前設(shè)置導葉(d)單個葉輪前、后均設(shè)置導葉以最小的損失獲得最大的能量；對于葉輪后的導葉，還有將旋轉(zhuǎn)運動的動能轉(zhuǎn)換為壓能的作用。導葉設(shè)置如圖4-9所示。葉輪后設(shè)置導葉稱后導葉。后導葉設(shè)置在軸流風機和軸流泵中普遍采用。葉輪前設(shè)置導葉稱為前導葉。目前，中、小型軸流風機常采用前導葉裝置

11、。在葉輪前后均設(shè)置導葉是以上兩種型式的綜合，可轉(zhuǎn)動的前導葉還可進行工況調(diào)節(jié)。這種型式雖然工作效果好，但結(jié)構(gòu)復雜，僅適用于軸流風機。第二節(jié)離心風機性能曲線離心風機性能曲線，即壓力p、效率、功率N與流量Q的關(guān)系曲線，與離心泵性能曲線的理論定性分析和實測性能曲線的討論是完全類似的。但是，由于流體的物理性質(zhì)的差異，使得在實際應(yīng)用中，離心風機的性能曲線與水泵有所不同。如離心風機的靜壓、靜壓效率曲線，離心風機的無量綱性能曲線，都在風機中有重要的應(yīng)用。一、風機的全壓與靜壓性能曲線1、風機的全壓、靜壓和動壓水泵揚程計算式是根據(jù)水泵進出口的能量關(guān)系，對單位重量液體所獲得的能量建立的 關(guān)系式，即22H =(Z2

12、-Z 1) + p2p1 + vv1 m m)22對于水泵，(Z2-Z1) +v2gg 2gRp1。故在應(yīng)用中，水泵的揚程即全壓等于靜壓, g也就是水泵單位重量液體獲得的總能量可用壓能表示。建立風機進出口的能量關(guān)系式，同氣體的位能 g (Z 2 -Z 1)可以忽略，得到單位容積氣體所獲能量的表達式，即，一2、， 一2、p P2 Pi （ Pst2 V2 ） - （ Psti Vi ） （N/ m2）（4-1）即風機全壓p等于風機出口全壓 p2與進口全壓Pi之差。風機進出口全壓分別等于各自的靜壓Pst、Psb與動壓一V12、一 v22之和。式（1）適用于風機進出口不直接通大氣（即配置 22有吸風

13、管和壓風管）的情況下，風機性能試驗的全壓計算公式。該系統(tǒng)稱為風機的進出口聯(lián)合實驗裝置，是風機性能試驗所采用的三種不同實驗裝置之一。風機的全壓 P是由靜壓Pst和動壓Pd兩部分組成。離心風機全壓值上限僅為1500mm（14710Pa）,而出口流速可達 30m/s左右；且流量 Q （即出口流速v2）越大，全壓 P就越小。因此，風機出口動壓不能忽略， 即全壓不等于靜壓。 例如，當送風管路動壓全部損失（即出口損失）的情況下，管路只能依靠靜壓工作。為此，離心風機引入了全壓、靜壓和動壓的 概念。風機的動壓定義為風機出口動壓，即12PdPd22 V2 （N/ m2）（42）風機的靜壓定義為風壓的全壓減去出口

14、動壓，即1212PstPPd2 P 2V2 Pst2Pst12 V1（N/ m2）（43）風機的全壓等于風機的靜壓與動壓之和，即PPstPd2 （N/ m2）（44）以上定義的風機全壓 P ,靜壓Pst和動壓Pd2 ,不但都有明確的物理意義；而且也是進行風機性能試驗，表示風機性能參數(shù)的依據(jù)。2 、風機的性能曲線從上述各風壓的概念出發(fā)，按照性能曲線的一般表示方法，風機應(yīng)具有5條性能曲線。（1）全壓與流量關(guān)系曲線（P Q曲線）；（2）靜壓與流量關(guān)系曲線（Pst Q曲線）；（3）軸功率與流量關(guān)系曲線 （N Q曲線）；（4）全壓效率與流量關(guān)系曲線（ Q曲線）；（5）靜壓效率與流量關(guān)系曲線（st Q曲線

15、）。5條性能曲線中，Pst Q曲線與st Q曲線是有別于水泵的兩條性能曲線。全壓效率計算方法同水泵，即PQ=Nu / N （45）1000N式中：P全壓（N/itf）； Q一流量（m/s ）; N 一軸功率（KW/。靜壓效率 st定義為風機的靜壓有效功率與風機的軸功率之比，即stNuJNPstQ1000N(4 6)離心風機性能曲線如圖 410所示。圖410典型后向葉輪離心通風機的性能曲線圖411 5-48型離心通風機的無量綱性能曲線二、風機無量綱性能曲線1.風機的無量綱性能系數(shù)根據(jù)泵與風機的相似定律，與某一風機保持工況相似的任一風機（其性能參數(shù)均以下標“m表示），在效率相等（ m）的條件下，相

16、似三定律可分別表示為Q 3 nQmn m2p 2 n p mnm m3N 5 n N mnm m(4-7)(4-8)(4-9)注意到，以葉輪外徑表示的幾何比尺D2.，葉輪出口牽連速度 U2D2mD2n , 一，引入葉輪 60圓盤面積A2D-。分別對上面43個定律的表達式進行無量綱化，并考慮到、u2、和4的關(guān)系，得到風機的無量綱性能系數(shù)。（1）流量系數(shù)Q由流量相似定律表達式（4-7）有Q3D2 nQm3nD2m nm兩端同除 后寫為4 60QQm 2 2D 2D2nD2mD2mnm460460U2mA2 m最后可得流量系數(shù)，這是一個與流量有關(guān)的無量綱數(shù)，即(4-10)式（4-10）表明，工況相似

17、的風機，其流量系數(shù)應(yīng)該相等，且是一個常量。流量系數(shù)大，則 風機流量也大。（2）壓力系數(shù)p由壓力相似定律表達式（4-8）有PPm-r 22- 22D2 nm D2m nm2兩端同除后寫為60p pm 2D2nDzmnm八m 八6060最后可得壓力系數(shù)，這是一個與壓力有關(guān)的無量綱數(shù)，即(4-11)P 3 4U2mU2m式（4-11）表明，工況相似的風機，其壓力系數(shù)應(yīng)該相等，且是一個常量。壓力系數(shù)大，則 風機的壓力也高。壓力系數(shù)也是風機型號編制的依據(jù)之一。（3）功率系數(shù) N由功率相似定律表達式（4-9）有NNm_ 5 3_53D2 n m D2m nm3兩端同除 - 后寫為460NNm2323D2D

18、2nD2m D2m，mT60 m 460-最后可得功率系數(shù)，這是一個與功率有關(guān)的無量綱數(shù)，即NU2 A2Nmmu2m A2m(4-24.310式（4-12）表明，工況相似的風機，其功率系數(shù)應(yīng)該相等，且是一個常量。功率系數(shù)大，則 風機的功率也大。（4）效率效率本身就是一個無量綱數(shù)，根據(jù)上述關(guān)系有p Q-2-(4-13)pQ u2 u2 A2pQNNNU2 A2 即效率就是無量綱的效率系數(shù)。2.風機的無量綱性能曲線因此凡是相似的風機，不論其尺寸K,它們的無量綱參數(shù)都相等。對當采用無量綱系數(shù)表示時，該系列無量綱性能參數(shù) Q、p、N也是相似特征數(shù)，的大小，轉(zhuǎn)速的高低和流體密度的大小，在對應(yīng)的工況點 于

19、一系列的相似風機， 每臺風機都具有各自的性能曲線。所有對應(yīng)工況點將重合為一個無量綱工況點，該系列所有對應(yīng)性能曲線將重合為一條無量綱性能曲線。因此，對于系列相似風機的性能，可用一組無量綱性能曲線表示。圖4-11是5-48型風機的無量綱性能曲線。該曲線表示該型號中，幾何相似，但大小與 轉(zhuǎn)速都不相同的一系列風機（即不同的機號）的無量綱性能曲線。目前，國產(chǎn)離心風機的產(chǎn)品樣本， 都采用了無量綱性能曲線表示某一型號系列相似風機（不同機號）的共性。無量綱性能曲線不僅是為了減少風機性能圖的數(shù)量以簡化表示，而且還便于對不同特性的各種系列風機進行比較和選型。無量綱性能參數(shù)與無量綱性能曲線，在理論上也適用與水泵，但

20、是由于水泵的種類繁多，水泵本身還存在汽蝕問題，因此水泵不采用無量綱性能曲線。三、風機性能參數(shù)計算1 .風機性能參數(shù)與無量綱性能參數(shù)無量綱參數(shù)都是幾個性能參數(shù)的無量綱組合，同一無量綱參數(shù)可以由這些性能參數(shù)的不同組合而成。因此，相似系列風機的對應(yīng)工況點雖然具有同一無量綱參數(shù)，但是，這些點的 性能參數(shù)并不相同。利用無量綱性能曲線選擇風機和對風機性能參數(shù)的校核，都需根據(jù)無量綱參數(shù)和風機轉(zhuǎn)速 n,葉輪直徑D2,計算風機的風量，全壓和功率。仍然采用無量綱參數(shù)Q、p、N的表達式，并考慮葉輪圓盤面積A2和葉輪出口牽連速度必的關(guān)系，可得風量、全壓和功率的計算式。Qu2A2Q3nD2 一-Q(m3/s)(4-14

21、)2 U2 P22n D2365(N/ m2)(4-15)3u2 A2N100035JnN8870000(kw)(4-16)2 .非標準狀態(tài)與標準狀態(tài)的性能參數(shù)變換風機性能參數(shù)風壓是指在標準狀態(tài)下的全壓。標準狀態(tài)是壓力p20 101.3 KPa,溫度t 20 C,相對濕度50%的大氣狀態(tài)。一般風機的進氣不是標準狀態(tài)，而是任一非標準狀態(tài)，兩種狀態(tài)下的空氣物性參數(shù)不同。空氣密度的變化將使標準狀態(tài)下的風機全壓也隨之變化，在非標準狀態(tài)下應(yīng)用風機性能曲線時，必須進行參數(shù)變換。相似定律表明，當一臺風機進氣狀態(tài)變化時，其相似條件滿足1即口2 D2m、n nm、m此時相似三定律為(4-17)2 1 Qmp m

22、若標準進氣狀態(tài)的風機全壓為p20 ,空氣密度為20 ；非標準狀態(tài)下的空氣密度為，風機全壓為p ,則全壓關(guān)系有P ，、P2020-(N/itf)(4-18)般風機的進氣狀態(tài)就是當?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程p RT有20p20 TPa T20(4-19)26式中pa, T是風機在使用條件 (即當?shù)卮髿鉅顟B(tài)) 下的當?shù)卮髿鈮?，空氣密度和濕度。將?4-19)代入式(4-18)可得(4-20)p20 T 101325 273 tp20p 丁 p (N/itf)pa T20pa293利用此式，可將使用條件pa,T下的風機全壓p,變換為標準進氣狀態(tài)p20,T20下的風機全壓p20。第三節(jié)風機比轉(zhuǎn)數(shù)

23、風機比轉(zhuǎn)數(shù)在風機的選型中有重要作用，特別是對于種類繁多的離心風機無量綱性能曲線的選型更為方便。風機比轉(zhuǎn)數(shù)的概念同水泵比轉(zhuǎn)數(shù)，比轉(zhuǎn)數(shù)在應(yīng)用中的意義也相同。風機比轉(zhuǎn)數(shù)的計算公式為ns34P20(4-21)式中：n 一轉(zhuǎn)速（rpm）; Q一流量（/s）; p20標準狀態(tài)下的風機全壓 （mmH2o）。目前，風機型號編制中的比轉(zhuǎn)數(shù)，就是按式（4-21）和規(guī)定單位計算的結(jié)果。風機比轉(zhuǎn)數(shù)%是對單個葉輪而言的，對于多級（級數(shù)為i ）風機和雙吸風機，其比轉(zhuǎn)數(shù)分別為i級風機雙吸風機ns(4-22)(4-23)比轉(zhuǎn)數(shù)也是風機的基本性能參數(shù)之一。前面對于性能參數(shù)的有關(guān)討論也同樣適用于比轉(zhuǎn) 數(shù)。另外，比轉(zhuǎn)數(shù) 的大小還與

24、計算采用的單位有關(guān)，以下就這些問題分別進行討論。（1）非標準狀態(tài)工作的比轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)的風壓p20是標準狀態(tài)進氣時的全壓。當為非標準狀態(tài)進氣時，應(yīng)按式（4-18）n Q0.87234(4-24)P計算風機在實際工作狀態(tài)下的比轉(zhuǎn)數(shù)，即n . Q ns3 41.2衛(wèi)式中的標準狀態(tài)空氣密度0 1.2Kg/m3。4-21）計算的風機比轉(zhuǎn)數(shù)的值與各物理量（2）風機比轉(zhuǎn)數(shù)與單位制比轉(zhuǎn)數(shù)是一個有量綱的性能參數(shù)，所以按式（的單位有關(guān)，當轉(zhuǎn)速 n的單位（rpm）和流量的單位（Q3/s）保持不變時，比轉(zhuǎn)數(shù)ns的值僅與全壓P20的單位有關(guān)。我國風機型號編制中的ns值，就是P20采用工程單位制的結(jié)果，其單位是kgf/m2

25、或mmH2o。當P20采用國際單位制時，名值也隨之改變。風機全壓p20采用國際單位制時應(yīng)為N/itf注意到1 kgf/m 2=9.8 N/itf=9.8mmH 20,則比轉(zhuǎn)數(shù)變?yōu)閚、Qn Q(4-25)5.54倍。如4-73型普通通風n ： 5 54 -ns3 4.3 4p20P209.807即采用工程單位制的比轉(zhuǎn)數(shù)比采用國際單位制的比轉(zhuǎn)數(shù)大機，比轉(zhuǎn)數(shù)73是采用工程單位制計算的取值結(jié)果，當p20采用國際單位制時，比轉(zhuǎn)數(shù)變?yōu)?3.21 ,按風機型號編制方法應(yīng)為4-13型風機。（3）無量綱性能參數(shù)與比轉(zhuǎn)數(shù)利用風機的無量綱性能曲線時，若能直接采用無量綱性能參數(shù)計算比轉(zhuǎn)數(shù)將是很方便的。為此，應(yīng)將比轉(zhuǎn)數(shù)

26、公式，即式（4-21）中的參數(shù)用無量綱性能參數(shù)表示。則有仍采用式（4-14）和式（4-15）中的基本關(guān)系，并注意到葉輪u2D2n60A2D； 4以上關(guān)系代入式標準狀態(tài)下,60u2 dZu2A2Qp202、20U2 p20 °(4-21)中,3 4 P2060u2D；U2Q23 420U2 p2030L 3 42034p2001.2 Kg/m3,則上式可寫為(4-26)Q ns 14.8-4P20當風機全壓采用國際單位制（N/itf）時，比轉(zhuǎn)數(shù)還應(yīng)滿足式（4-25）的關(guān)系，則有(4-27)Q ns 82_34 p20即利用風機的無量綱性能參數(shù)計算比轉(zhuǎn)數(shù)時, 采用工程單位制的ns值比國際

27、單位制大82倍。如4-73型風機在設(shè)計工況max 93%下的無量綱性能參數(shù) Q =0.230、p =0.437 ,則按式 （4-27）計算的比轉(zhuǎn)數(shù)ns=73.2o第四節(jié)風機工況調(diào)節(jié)及運行一.風機裝置工況與求解水泵裝置工況的方法相同，圖解風機裝置工況仍然是目前普遍采用的方法。風機PQ性能曲線表示風機給單位容積氣體提供的能量與流量的關(guān)系；管路PQ性能曲線表示管道系統(tǒng)單位容積氣體流動所需要的能量與流量的關(guān)系，這是兩條曲線的不同概念。 但是,對風機裝置來說，兩條曲線又相互聯(lián)系、相互制約，裝置工況即是風機與管路的質(zhì)量平衡結(jié) 果；也是風機與管路的能量平衡結(jié)果。1、風機裝置的管路性能曲線風機管路系統(tǒng)是指風機

28、裝置中除風機以外的全部管路及附件、吸入裝置、排出裝置的總和。風機管路性能曲線是指單位容積氣體從吸入空間經(jīng)管路及附件送至壓出空間所需要的總 能量Pc （即全壓）與管路系統(tǒng)輸送流量 Q的關(guān)系曲線。一般吸入空間及壓出空間均為大氣，且氣體位能通常忽略，則管路性能曲線的數(shù)學表達式為 2.PcSpQ （N/nf）（4-28）式子中Sp是管路系統(tǒng)的綜合阻力系數(shù)（kg/m2 ）。 Sp決定于管路系統(tǒng)的阻力特性，根據(jù)管路系統(tǒng)的設(shè)置情況和阻力計算確定。式子（4-28）表示的管路性能曲線在pcQ坐標系中是一條通過原點的二次拋物線。圖 4-12全壓p表示風機提供的總能量，但是用于克服 管路系統(tǒng)阻力的損失能量只能是全壓

29、中靜壓能量。 因此，風機裝置工況的確定，有時需要用風機的靜壓與流量關(guān)系（Pst Q ）曲線來確定相應(yīng)的裝置工況。此時，風機裝置將出現(xiàn)全壓工況點N和靜壓工況點 M，如圖4-12所示，這是意義不同的 兩個工況點。2、無量綱管路性能曲線離心風機的性能曲線通常采用無量綱性能曲線 表示（見圖4-11）,所以求解裝置工況需要采用與之 相應(yīng)的無量綱管路性能曲線。為此，需對管路性能 曲線的方程式無量綱化，利用無量綱性能曲線同樣可圖解風機裝置工況。對式（4-28）進行無量綱化，有Pc2U2SpU2A2 _q_ 22 ( A )u2u2A2A2Sp 二(U2 A2)2式中U2為葉輪出口牽連速度,A2為葉輪圓盤面積

30、,為氣體密度。顯而易見,pc2 U2同風機的壓力系數(shù)p,-pc2同風機的流量系數(shù)Q,若U2C Al一 士I 一Sp 項用 表不，則上式可寫為2Pc(4-29)式中一也是一個無量綱系數(shù)，若采用基本量綱進行量綱分析，其量綱為SpML34-7LL7 M其有與風機相同的無量綱系數(shù)萬c、式（4-29）就是管路無量綱性能曲線的數(shù)學表達式,Q和管路無量綱系數(shù)一。可以看出，式（4-29）表示的管路無量綱性能曲線，在 五 Q坐標系中仍然是一條通過原點的二次拋物線。利用無量綱性能曲線同樣可以圖解風機裝置工況，圖解所得無量綱性能參數(shù)同樣可以轉(zhuǎn)換為實際性能參數(shù)。二、風機工況調(diào)節(jié)與水泵工況調(diào)節(jié)相類似，風機工況調(diào)節(jié)也可分

31、為非變速調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)兩種方式。在非變速調(diào)節(jié)中，又分為節(jié)流調(diào)節(jié)、分流調(diào)節(jié)、離心風機的前導葉輪調(diào)節(jié)，軸流風機的動葉調(diào)節(jié) 等不同方法。1 .風機入口節(jié)流調(diào)節(jié)利用風機進口前設(shè)置的節(jié)流裝置來調(diào)節(jié)流量的方法，稱為入口節(jié)流調(diào)節(jié)。因為節(jié)流增加 了管路阻力，所以也改變了管路性能曲線。同時，由于入口節(jié)流裝置一般安裝在風機進口前 部位，節(jié)流時其斷面速度非均勻分布，直接影響到葉輪進口的正常速度分布，因此也改變了風機的性能曲線。節(jié)流調(diào)節(jié)后的裝置工況， 則由變化后的兩條性能曲線決定，如圖4-13圖 4-13所示。風機裝置原工況點為M，流量Qm ;采用節(jié)流調(diào)節(jié)后流量減小為 QA ,其工況點為A ,調(diào)節(jié)損失能量 H 1。若

32、采用出口節(jié)流調(diào)節(jié)，則工況點應(yīng)為A，,能量損失為 H 2。由于 H1< H 2,所以入口節(jié)流調(diào)節(jié)適用于小型風機的調(diào)節(jié)。入口節(jié)流調(diào)節(jié)除了改變?nèi)~輪進的速度分布之外， 同時還降低了葉輪進口部位的壓力，對于水泵增加 了汽蝕的危險性，因此水泵不采用這種調(diào)節(jié)方法。2 .風機入口導流器調(diào)節(jié)入口導流器調(diào)節(jié)是離心風機采用的一種主要調(diào)節(jié)方法，入口導流器及設(shè)置仍見圖（4-5）所示。通常把導流器及進氣箱都作為離心風機的一個組成部分，利用改變?nèi)肟谌~輪的安裝角,來改變風機的性能曲線并改變風機裝置工況，達到風機流量調(diào)節(jié)的目的。入口導流器調(diào)節(jié)的工作原理表明，當入口導葉的安裝角=00時，入口導葉對葉輪進口氣流基本上無作用，

33、仍保持徑向流入狀態(tài)（即C1u 0）。當>0時，入口導葉將使氣流的進口絕對速度產(chǎn)生圓周切向分量（即Ciu 0）,不再保持徑向流入狀態(tài)。入口導葉對進口氣流的這種作用稱為“預旋”O(jiān)由葉片式泵與風機的基本方程式p(u2C2uu1C1u )可知，當 =0時，pu2c2u；當 >0時，p(u2c2u UlCiu),即預旋將使全壓減小， 導致風機P Q 曲線變陡。由裝置工況分析可知，入口導流器調(diào)節(jié)的經(jīng)濟性要好于出口節(jié)流調(diào)節(jié)。當離心風機的調(diào)節(jié)流量較小時，采用入口導流器調(diào)節(jié)的經(jīng)濟性與變速調(diào)節(jié)的經(jīng)濟性相當。同時，入口導流器構(gòu)造簡單尺寸小，投資低；調(diào)節(jié)運行可靠、方便，維修簡單。因此入口導流器調(diào)節(jié)方法在離

34、心風機中有廣泛的應(yīng)用。與入口節(jié)流調(diào)節(jié)的分析相同，水泵很少采用入口導葉調(diào)節(jié)這種方式。只有在泵裝置具有足夠的有效汽蝕余量，以致采用入口導流器調(diào)節(jié)不會產(chǎn)生汽蝕時，離心水泵和軸流泵還是可以考慮采用這種調(diào)節(jié)方式的，因其經(jīng)濟性仍然是高于節(jié)流調(diào)節(jié)的。3、風機(泵)的分流調(diào)節(jié)風機的分流調(diào)節(jié)就是把風機輸出的部分流量通過分流管回流到吸入容器或引入管路，并且在分流管裝有閥門以調(diào)節(jié)分流流量的大小來調(diào)節(jié)風機裝置的流量，這就是分流調(diào)節(jié)，如圖4-14 (a)所示。風機裝置分流調(diào)節(jié)的圖解工況如圖4-14 (b)所示。與水泵不對稱并聯(lián)圖解工況相同，采用折引方法求解分流調(diào)節(jié)工況是可行的。首先，將公共管段AB 視為風機的組成部分，

35、在風機的P Q 曲線上每一點的壓力P 減去對應(yīng)流量下的AB 段損失壓力S Q 2， 可得到折p AB引風機性能曲線p Q 。然后，作折引到管路性能曲線，即無公共管段AB ，而由 Bc 與BD 管段直接并聯(lián)的管路曲線。風機輸出段Bc 的 pc1 Q 曲線是指分流管閥門全關(guān)時的管路性能曲線；分流段BD 的 pc2 Q 曲線是指分流管閥門全開的管路性能曲線。根據(jù)并聯(lián)管路工作原理，對pc1 Q 曲線與pc2 Q 曲線進行等壓力下的流量疊加，得到折引管路性能曲線pc Q。曲線p Q與曲線pc Q的交點M,即為裝置分流調(diào)節(jié)的工況點。根據(jù)折引原理，風機的工況點為 M。從M '點作水平線分別交 pc1

36、 Q 曲線和pc2 Q曲線于Ci點和C2點，其對應(yīng)的流量 Qc1就是風機輸出的實際流量，Qc2就是調(diào)節(jié)的分流流量。根據(jù)并聯(lián)工作原理，風機流量Q Qc1 Qc2 。當分流管閥門全關(guān)時，其裝置工況點為' 一 . - ' . '.一 .一 一 - .N ,風機工況點為 No顯然，從N點到M點的各工況點，代表了分流管閥門從全關(guān)到全開時的全部分流調(diào)節(jié)工況。軸流式風機采用分流調(diào)節(jié)方式要優(yōu)于節(jié)流調(diào)節(jié)，其經(jīng)濟性要好些。離心式風機采用分流調(diào)節(jié)方式其經(jīng)濟性要低于節(jié)流調(diào)節(jié)方式。風機分流調(diào)節(jié)原理也適用于并聯(lián)管路送風裝置的工況確定。由圖4-14 (a)可見，分流管 BD 實際就是與管段BC 并聯(lián)

37、的另一條管路。分流調(diào)節(jié)也適用于泵裝置的工況調(diào)節(jié)。因為泵不能采用入口節(jié)流調(diào)節(jié)或入口導葉調(diào)節(jié)，所以采用節(jié)流調(diào)節(jié)比風機更為適宜。三、風機的非穩(wěn)定工況運行風機正常工作時呈現(xiàn)的是穩(wěn)定工況；當風機選型不當或風機使用欠妥時，某些風機就會產(chǎn)生非穩(wěn)定工況，風機的非穩(wěn)定運行將影響甚至破壞其正常工作。與軸流泵相同，軸流風機也具有駝峰形性能曲線， 其最大特點就是存在著運行的不穩(wěn)定工作區(qū)，風機一旦進入該區(qū)工作，就會產(chǎn)生不同形式的非穩(wěn)定工況，并表現(xiàn)出明顯的非正常工作的征兆。1、葉柵的旋轉(zhuǎn)脫流軸流風機葉輪均采用了翼型葉片，氣體與翼型之間的相對運動就是翼型繞流。在翼型繞流特性分析中，定義相對運動方向與翼弦線（即翼型前后緣曲率

38、中心之連線）的夾角為沖角（或攻角），如圖4-15所示，沖角大小是影響機翼型繞流特性的最重要的因素。當沖角為零 時，葉片產(chǎn)生較大的升力和較小的摩擦阻力。當沖角增大時，葉片背水面尾部流動產(chǎn)生分離，外力有所增加而阻力（主要是形體阻力）的增加更大，葉片升阻比減小。當沖角增大到某一 臨界值后，流動分離點前移，分離區(qū)擴大，致使升力明顯下降而阻力急劇增大。這種繞流現(xiàn) 象稱為脫流（或失速）。對于依靠外力工作的軸流風機，脫流是產(chǎn)生非穩(wěn)定工況的一個重要 原因。rti寄沔幫無脫流fh）小沖用尾部脫流人沖物產(chǎn)手脫的圖 4-15圖 4-16軸流風機葉輪是由繞輪轂的若干個翼型組成的葉柵，圖4-16所示為展開后的平面葉柵，

39、葉片之間為氣流通道，如圖中標示的1、2、3。氣流在通過旋轉(zhuǎn)葉柵時也會產(chǎn)生脫流現(xiàn)象，但這種脫流總是在某一個葉片首先發(fā)生，并在該葉片背水面流道， 如圖中的流道2的后部因渦流發(fā)生流動阻塞。2流道因阻塞減小的流量將向相鄰的1、3流道分流，并與原有的流動匯合使1、3流道的流量增大。由于匯流改變了1、3流道的流動狀況，也改變了1、3流道的進口流動方向。 流道2向流道1的分流方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，將使葉片沖角減小而抑止了脫流的發(fā)生； 與此相反流道2向流道3的分流方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，將使葉片沖角增大而誘發(fā)了脫流的產(chǎn)生。這樣，流道1就保持了正常的流動狀況，而流道3因脫流而是非正常的流動狀況。與前面的分析

40、完全相同，當流道3因脫流而發(fā)生流動阻塞時，也將 影響到2、4流道的流動，抑止了 2流道的脫流卻誘發(fā)了 4流道的脫流。因為葉輪是旋轉(zhuǎn)的， 所以此過程是順序反復進行的。因此在旋轉(zhuǎn)葉輪中，葉片脫流將沿著葉輪旋轉(zhuǎn)的反方向，周期性而持續(xù)地依次傳遞；這種脫流現(xiàn)象稱為旋轉(zhuǎn)脫流。旋轉(zhuǎn)脫流逆葉輪旋轉(zhuǎn)方向的角速度小于葉輪旋轉(zhuǎn)角速度（約為轉(zhuǎn)速的30%-80%）,脫流對葉片仍有很高的作用頻率。同時，脫流前后作用于葉片的壓力大小也有一定的變化幅度。 因此，旋轉(zhuǎn)脫流除了影響風機正常工作，使其性能下降之外；還由于葉片受到一種高頻率，有一定變幅的交變力作用，而使葉片產(chǎn)生疲勞損壞； 當這一交變力頻率等于或接近葉片的固有頻率時，

41、葉片將產(chǎn)生共振甚至使葉片斷裂。為防止軸流風機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)脫流，應(yīng)在風機選型和運行中確保風機工況點不進入風機的不穩(wěn)定工作區(qū)。2.風機的喘振風機駝峰形性能曲線如圖 4-17所示。根據(jù)圖解離心泵裝置工況的能量平衡關(guān)系可知，圖中K點為臨界點，K點右側(cè)為風機穩(wěn)定工作區(qū)，左側(cè)為不穩(wěn)定工作區(qū)。 現(xiàn)對具有大容量管路系統(tǒng)的風機裝置，并且風機在不穩(wěn) 定運行的工作狀況進行討論。駝峰形曲線和大容量管路是風機發(fā)生喘振的必要件。 仍見圖4-17,裝置原工況點 A為穩(wěn)定工況?，F(xiàn)在需要流量減小至Q Qk,則工況點沿上升曲線 AK達到K點，該段變化保持穩(wěn)定工況。至 K點后沿下降曲線 KD 變化，該段為不穩(wěn)定工作區(qū)，使風機工作點即刻

42、降至D點，Q 0, p Pd。與此同時，管路性能也沿曲線AK變化，壓力上升至 Pk ,由于管路容量大，其壓力變化滯后于風機工作不穩(wěn)定變化，所以管路壓力保持pk不變。在風機無流量輸出，并且管路壓力pk大于風機壓力圖 4-17Pd的條件下，風機出現(xiàn)正轉(zhuǎn)倒流現(xiàn)象，風機跳至 C點工作。由于管路流量輸出使其壓力下降，倒流流量也隨之減小，風機Q P性能變化沿CD線進行。在D點，管路壓力與風機壓力 pD相等，倒流流量也等于零，風機即無流量的輸出也無流量的輸入，但風機仍然在持續(xù)運行，故風機工作點又由D點跳到E點。但是，由于外界所需風量仍保持 Q Qk,所以上述過程將按 E-K-C-D-E的順序周期性地反復進行

43、。以上討論也是對喘振機理的分析。當具有大容量管路系統(tǒng)的風機處于不穩(wěn)定工作區(qū)運行時，可能會出現(xiàn)流量壓力的大幅度波動，引起裝置的劇烈振動，并伴隨有強烈的噪音，這種現(xiàn)象稱為喘振。喘振將使風機性能 惡化，裝置不能保持正常的運行工況，當喘振頻率與設(shè)備自振頻率相重合時，產(chǎn)生的共振會使裝置破壞。為了防止喘振的發(fā)生，大容量管路系統(tǒng)的風機應(yīng)盡量避免采用駝峰形性能曲線；在任何條件下，裝置輸出的流量應(yīng)充分地大于臨界流量Qk ,決不允許出現(xiàn) Q Qk ；采用適當?shù)恼{(diào)節(jié)方法擴大風機的穩(wěn)定工作區(qū)；控制管路容積等措施都是有效的。3、風機并聯(lián)工作的“搶風”現(xiàn)象當風機并聯(lián)工作也存在不穩(wěn)定區(qū)時，將會影響風機并聯(lián)的正常工況，產(chǎn)生流

44、量分配的偏離，即“搶風”現(xiàn)象。兩臺具有駝峰形曲線的風機并聯(lián)工作。假定為同型號風機，性能曲線為（p Q）,用并聯(lián)性能曲線的方法作出并聯(lián)性能曲線（p Q）,由于存在不同段曲線并聯(lián)的可能，因此在（p Q） 中出現(xiàn)了一個形狀的不穩(wěn)定工作區(qū)。風機性能曲線及并聯(lián)性能曲線如圖 4-18所示。當并聯(lián)運行工況點為 A時，相應(yīng)每臺風機 均在A1點工作，風機為穩(wěn)定運行。若并聯(lián)風機 在不穩(wěn)定的區(qū)內(nèi)運行，管路性能曲線與風機并聯(lián)性能曲線有兩個交點，即B點和C點。當在B點運行時，相應(yīng)每臺風機均在Bi點工作，風機仍為穩(wěn)定運行。當因各種因素不能維持在圖 4-18B點運行時，工況點將下移到C點這時相應(yīng)每臺風機的工況點分別在Ci點

45、和C2點。流量大的這臺風機在穩(wěn)定區(qū)的 Ci點工作,而流量小的風機的工作在不穩(wěn)定區(qū)的C2點，由于一臺風機在不穩(wěn)定區(qū)工作，因此C點并聯(lián)工況僅為暫時的平衡狀態(tài)，隨時有被破壞的可能。這種不穩(wěn)定的并聯(lián)工況，不僅產(chǎn)生較大的流量偏離，一臺風機流量很小甚至出現(xiàn)倒流；同型號風機的不穩(wěn)定并聯(lián)工況，還客觀導致風機工作點的相互倒換，即兩風機大小流量互變。 以上過程的反復進行， 使風機不能正常并聯(lián)運行，這是風機“搶風”現(xiàn)象機理的分析?！皳岋L”現(xiàn)象不僅影響了并聯(lián)裝置的正常工作，而且還可能引起裝置的振動，電機的空載或過載等不良后果。因此，應(yīng)盡量避免并聯(lián)風機的不穩(wěn)定運行。如低負荷工作時應(yīng)采用單臺風機運行；也可采取適當?shù)恼{(diào)節(jié)方

46、法等措施來防止“搶風”現(xiàn)象的發(fā)生。水泵并聯(lián)運行也存在著類似的“搶水”現(xiàn)象，除了上述的危害之外，還可能引起泵的汽 蝕，具有更大的危害性。第五節(jié)風機選型方法及步驟一、離心通風機型號表示方法離心通風機的全稱包括名稱、型號、機號、傳動方式、旋轉(zhuǎn)方向和出風口位置等六部分，一般包括用途代號、壓力系數(shù)表示、比轉(zhuǎn)數(shù)表示、機號等基本內(nèi)容。用途代號以用途名稱漢 語拼音字母首字表示，如“ G”和“Y”分別代表鍋爐送風和鍋爐引風機；如“ T”代表通用 離心通風機，一般可省略不寫。壓力系數(shù)表示是風機全壓系數(shù)萬乘以10并四舍五入取整得到的數(shù)字。比轉(zhuǎn)數(shù)表示是風機比轉(zhuǎn)數(shù)ns四舍五入取整得到的數(shù)字。機號為葉輪外徑的分米（dm）

47、數(shù)。如Y42-2 73 Nq28<F型風機，Y表示是一臺鍋爐引風機；4-2 73為風機最高效率點（即風機設(shè)計工況點）的壓力系數(shù)為0.4,比轉(zhuǎn)數(shù)為73,葉輪為雙吸式；No28g表示葉輪外徑D2=28.5dm（2850mm） ; F為雙支承聯(lián)軸器傳動。又如4-68 No 12.5D型風機，無拼音頭表示是一臺通風的通風機；4-68為風機最高效率點的壓力系數(shù)為0.4。比轉(zhuǎn)數(shù)為 68;Nq12.5表示葉輪外徑 Dz=12.5dm； D為懸臂支承聯(lián)軸器傳動。國家推廣的一般非專用高效節(jié)能風機，其主要產(chǎn)品如表4-1所示。二、風機選型方法在風機應(yīng)用中，除了滿足對其流量、風壓的要求之外，還應(yīng)考慮對風機高效運

48、行的要求， 這是合理選擇風機的一個重要因素。風機性能是風機合理選型的依據(jù)，風機性能的表示方法不同，風機選型的方法也不同。（1）利用風機性能表選擇風機這種方法與利用水泵性能表選擇水泵相同， 置工況。此方法也只適用于單一工況風機的選擇, 調(diào)節(jié)問題。雖然簡單方便，但是不能準確地確定風機裝難以對選擇進行比較分析，不能解決工況（2）利用風機性能曲線選擇風機這一方法與利用水泵性能曲線選擇水泵一樣，是一種最基本也比較簡單的方法。此方法便于工況調(diào)節(jié)的分析和調(diào)節(jié)參數(shù)的確定。利用性能曲線的比選性較差。（3）利用風機無量綱性能曲線選擇風機風機無量綱性能曲線是表示各種型式，不同機號的系列風機的無量綱性能參數(shù)。為了縮小

49、選擇的范圍，先選定風機的轉(zhuǎn)速n （在可能條件下盡量選擇較高的轉(zhuǎn)速，但鍋爐引風機，排塵風機應(yīng)考慮高轉(zhuǎn)速的磨損問題）。由風機選擇參數(shù)和式（）或式（）計算風機 的比轉(zhuǎn)數(shù)ns。再由ns值查找離心風機的無量綱曲線，找出與計算比轉(zhuǎn)數(shù)最為接近并且本身 效率又較高的風機作為選定的風機型式。選定風機型式后，由相應(yīng)的無量綱性能曲線上查出最高效率點（即風機設(shè)計工況點）的流量系數(shù) Q和壓力系數(shù)6。然后根據(jù)這兩個無量綱參數(shù)的定義式（4-10）和式（4-11）,可以確定風機葉輪外徑，也可根據(jù)式（4-14）和式（4-15）分別寫出D2的計算式，即D2,Q24.32 Q3 n Q(4-30)D2,p19.1 ： pn 20

50、p由以上兩式求出的葉輪外徑應(yīng)相等或近似相等（查（4-31）p Q圖的誤差所致）。最后按照計算的葉輪外徑 D2,選擇最接近的風機機號（即風機葉輪外徑）。并根據(jù)所選擇的風機型號，進行風機工作參數(shù)（即風機選擇參數(shù)）的校核。fI JfCb竊守?c:0I守圖 4-19i 號，牙 .11rg曲最H嗎2烏魯文逢一三f由垢-條堵AX一所LW仁若二四出原心一圖5署工長甘匚由爐舄口蛔毓何趾的題考出W武z-EIxcTq舊（4）利用風機的性能選擇曲線選擇風機這是風機選擇中最常用的一種方法。選擇曲線是把同一相似系列，不同葉輪外徑D2的每一臺風機的全壓 p,功率N ,轉(zhuǎn)速n與流量的關(guān)系，在 p Q對數(shù)坐標圖上所標繪的一系

51、列線族，如圖418所示為413型風機性能選擇曲線。 選擇曲線圖中包含有 D2,n和N的三組等值線族和一系列高效工作區(qū)的p Q線族。由于采用對數(shù)坐標，三組等值線族均為各自平行的直線，并規(guī)定高效區(qū)是效率達最高效率90%以上的工作區(qū)范圍。等D2線通過的性能曲線族，表示同一機號，不同轉(zhuǎn)速下的風機性能曲線。對任意一條性能曲線來說，其上各點的葉輪直徑D2,轉(zhuǎn)速n都是相同的，且等于最高效率點（設(shè)計工況點）的D2值和n值。等D2線與等n線在性能曲線上的交點就是風機設(shè)計工況點。等 N線一般并不通過性能曲線的設(shè)計工況點，且性能曲線上各點的功率都不相等。根據(jù)風機的選擇參數(shù)（p,Q ）,在選擇曲線圖上可找出相應(yīng)的工況點，若該點位于性能曲線上