對旋軸流風(fēng)機(jī)的研究與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述(李添輝)

1、對旋軸流風(fēng)機(jī)的研究與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述學(xué) 生：李添輝指導(dǎo)老師：黃繼賢（廈門理工學(xué)院機(jī)械工程系，廈門 361024）【摘 要】：我國是煤礦大國，經(jīng)常存在不同程度大小的瓦斯爆炸。因此對風(fēng)機(jī)的研究具有重要的意義。我國風(fēng)機(jī)種類繁多，普遍存在著高噪聲，低效率，容易產(chǎn)生爆炸。本文獻(xiàn)綜述主要介紹風(fēng)機(jī)的種類、應(yīng)用和對旋風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)、及其系統(tǒng)，以及電機(jī)類型，同時(shí)也介紹了目前存在的問題。【關(guān)鍵詞】：風(fēng)機(jī)的種類、對旋風(fēng)機(jī)、噪聲、效率、電機(jī)一、風(fēng)機(jī)的分類1 風(fēng)機(jī)是我國對氣體壓縮和氣體輸送機(jī)械的習(xí)慣簡稱。通常所說的風(fēng)機(jī)包括通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)以及羅茨鼓風(fēng)機(jī)，但是不包括活塞壓縮機(jī)等容積式鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)。按氣流運(yùn)動(dòng)方向的風(fēng)機(jī)分類

2、按照氣流運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行風(fēng)機(jī)分類的有：1離心風(fēng)機(jī)   氣流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的葉片通道，在離心力作用下氣體被壓縮并沿著半徑方向流動(dòng)。2軸流風(fēng)機(jī)   氣流軸向進(jìn)入風(fēng)機(jī)葉輪后，在旋轉(zhuǎn)葉片的流道中沿著軸線方向流動(dòng)的風(fēng)機(jī)。相對于離心風(fēng)機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)具有流量大、體積小、壓頭低的特點(diǎn)，用于有灰塵和腐蝕性氣體場合時(shí)需注意。3斜流式（混流式）風(fēng)機(jī)   在風(fēng)機(jī)的葉輪中，氣流的方向處于軸流式之間，近似沿錐流動(dòng)，故可稱為斜流式（混流式）風(fēng)機(jī)。   這種風(fēng)機(jī)的壓力系數(shù)比軸流式風(fēng)機(jī)高，而流量系數(shù)比離心式風(fēng)機(jī)高。按照壓力

3、來進(jìn)行風(fēng)機(jī)分類的有：1低壓離心風(fēng)機(jī)   風(fēng)機(jī)進(jìn)口為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，風(fēng)機(jī)全壓PtF1kPa的離心風(fēng)機(jī)。2中壓離心風(fēng)機(jī)   風(fēng)機(jī)進(jìn)口為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，風(fēng)機(jī)全壓為1kPaPtF3kPa的離心風(fēng)機(jī)。3高壓離心風(fēng)機(jī)   風(fēng)機(jī)進(jìn)口為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，風(fēng)機(jī)全壓為3kPaPtF15kPa的離心風(fēng)機(jī)。4低壓軸流風(fēng)機(jī)   風(fēng)機(jī)進(jìn)口為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，風(fēng)機(jī)全壓為PtF0.5kPa的軸流風(fēng)機(jī)。5高壓軸流風(fēng)機(jī)   風(fēng)機(jī)進(jìn)口為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，風(fēng)機(jī)全壓為0.5kPaPtF15kPa的軸流風(fēng)

4、機(jī)。按比例大小的風(fēng)機(jī)分類 比轉(zhuǎn)速是指要達(dá)到單位流量和壓力所需的轉(zhuǎn)速，按比例大小風(fēng)機(jī)分類有：1低比轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)（ns=1130）2中比轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)（ns=3060）3高比轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)（ns=6081）按用途風(fēng)機(jī)分類，可分為引風(fēng)機(jī)、紡織風(fēng)機(jī)、消防排煙風(fēng)機(jī)等。二、 風(fēng)機(jī)的應(yīng)用2 風(fēng)機(jī)廣泛地應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門，一般講，離心式風(fēng)機(jī)適用于小流量、高壓力的場所，而軸流式風(fēng)機(jī)則常用于大流量、低壓力的情況，應(yīng)根據(jù)不同的情況選有不同的風(fēng)機(jī)分類。1、鍋爐用風(fēng)機(jī)    鍋爐用風(fēng)機(jī)根據(jù)鍋爐的規(guī)格可選用離心式或軸流式。又按它的作用分為鍋爐風(fēng)機(jī)向鍋爐內(nèi)輸送空氣；鍋爐引風(fēng)機(jī)把鍋爐內(nèi)的煙氣抽走。2、通風(fēng)換氣用

5、風(fēng)機(jī)    這類風(fēng)機(jī)一般是供工廠及各種建筑物通風(fēng)換氣及采暖通風(fēng)用，要求壓力不高，但噪聲要求要低，可采用離心式或軸流式風(fēng)機(jī)。 3、工業(yè)爐（化鐵爐、鍛工爐、冶金爐等）用風(fēng)機(jī)    此種風(fēng)機(jī)要求壓力較高，一般為294014700，即高壓離心風(fēng)機(jī)的范圍。因壓力高、葉輪圓周速度大，故設(shè)計(jì)時(shí)葉輪要有足夠的強(qiáng)度。4、礦井用風(fēng)機(jī)    它有兩種：一種是主風(fēng)機(jī)（又稱主扇），用來向井下輸送新鮮空氣，其流量較大，采用軸流式較合適，也有用離心式的；另一種是局部風(fēng)機(jī)（又稱局扇），用于礦井工作面的通風(fēng)，其流量、壓力均小，多采用防爆軸

6、流式風(fēng)機(jī)。5、煤粉風(fēng)機(jī)    輸送熱電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的煤粉，多采用離心式風(fēng)機(jī)。煤粉風(fēng)機(jī)根據(jù)用途不同可分兩種：一種是儲倉式煤粉風(fēng)機(jī)，它是將儲倉內(nèi)的煤粉由其側(cè)面吹到爐膛內(nèi)，煤粉不直接通過風(fēng)機(jī)，要求風(fēng)機(jī)的排氣壓力高；另一種是直吹式煤粉風(fēng)機(jī)，它直接把煤粉送給爐膛。由于煤粉對葉輪及體殼磨損嚴(yán)重，故應(yīng)采用耐磨材料。三、對旋風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)4 對旋風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)包括流量（可分為排氣和送風(fēng)量）、壓力、氣體介質(zhì)、轉(zhuǎn)速、功率。在設(shè)計(jì)制造風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)明確標(biāo)明風(fēng)機(jī)應(yīng)用環(huán)境的大氣壓力、環(huán)境溫度、氣體成分。1、流量 對旋風(fēng)機(jī)流量是用出氣流量換算成其進(jìn)氣狀態(tài)的結(jié)果來表示的，通常以M3/mi

7、n、M3/h表示。但在壓比為1.03以下時(shí)，也不妨將出氣風(fēng)量看作為進(jìn)氣流量。在化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域中，以M3/h（常溫常壓）來表示的情況居多，它是將流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即0、0.1Mpa干燥狀態(tài)。另外有時(shí)還以質(zhì)量M按kg/s來表示的。2、壓力 為進(jìn)行正常通風(fēng)，需要有克服管道阻力的壓力，風(fēng)機(jī)則必須產(chǎn)生出這種壓力。風(fēng)機(jī)的壓力分為靜壓、動(dòng)壓、全壓三種形式，其中，克服前述送風(fēng)阻力的壓力為靜壓；把氣體流動(dòng)中所需動(dòng)能轉(zhuǎn)化成壓力的形式為動(dòng)壓，實(shí)際中，為實(shí)現(xiàn)送風(fēng)目的、就需有靜壓和動(dòng)壓。靜壓ps為氣體對平行于氣流的物體表面作用的壓力，它是通過垂直于其表面的孔測量出來的。所謂風(fēng)機(jī)的全壓是指由風(fēng)機(jī)所給定的全壓增加量，即風(fēng)

8、機(jī)的出口和進(jìn)口之間的全壓之差。所謂風(fēng)機(jī)的靜壓是指有風(fēng)機(jī)的全壓減去風(fēng)機(jī)出口的動(dòng)壓。此外風(fēng)機(jī)中的壓力還會受到不同因素的影響如：氣體的物理性質(zhì)及主要混合氣體的成分、外界溫度、氣體密度等影響，同時(shí)還存在著壓力損失，這中損失取決于管道的長度、表面粗糙度、彎度、截面積變化程度等。3、效率效率有全壓效率=QP/N、靜壓效率s=QPs/N和級效率、裝置效率、運(yùn)行效率等, 風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與風(fēng)機(jī)本身效率高低有關(guān), 而主要取決于其壓力特性和管網(wǎng)特性的配合。全壓效率大于靜壓效率，級效率大于裝置效率，而裝置效率又大于運(yùn)行效率，只有運(yùn)行效率高，才有實(shí)際的節(jié)能效果。國務(wù)院要求風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率應(yīng)達(dá)70%以上！四、 對旋風(fēng)機(jī)

9、及其系統(tǒng)41. 集流器 2. 前消聲筒 3. 注油杯 4.電 機(jī) 5. 機(jī)殼 6. I級葉輪 7. II級葉輪 8. 放油杯 9. 擴(kuò)散器 10. 消聲層系統(tǒng)指從一處或多處向另一處或多處輸送空氣、氣體或蒸汽而設(shè)計(jì)的一系列風(fēng)筒、管路、彎路和支管的總稱。風(fēng)機(jī)提供了克服系統(tǒng)氣流阻力必要的能量，并使空氣或氣流通過系統(tǒng)。典型系統(tǒng)的一些組件有：通風(fēng)扇、格柵、擴(kuò)散器、過慮器、加熱和冷卻盤管、空氣污染控制裝置、燃燒裝置、體積流量控制調(diào)節(jié)風(fēng)門、混流箱、消聲器、管網(wǎng)和有關(guān)配件。系統(tǒng)空氣簡單地說，包括風(fēng)機(jī)及與其進(jìn)口或出口或兩者都連接的管路。較為復(fù)雜的空氣系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、管網(wǎng)、空氣控制調(diào)節(jié)風(fēng)門、冷卻管、加熱管、過慮器、

10、消聲器和葉片等。風(fēng)機(jī)是本系統(tǒng)內(nèi)給氣體以能量，用以克服其他部件的流動(dòng)阻力的一個(gè)組成部分。有時(shí)需要在同一個(gè)系統(tǒng)“串聯(lián)”安裝兩臺或多臺風(fēng)機(jī)。如果風(fēng)機(jī)由單一裝置組成，該裝置通常稱為“多級”風(fēng)機(jī)。這種風(fēng)機(jī)裝置很少用于普通的通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，但在一些特殊的工業(yè)系統(tǒng)中還是經(jīng)常使用的。在理論上，兩臺串聯(lián)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)的組合流量壓力曲線是在同一體積流量時(shí)將風(fēng)機(jī)壓力相加得出的。實(shí)際上，由于后面級空氣密度的增加，體積流量有些減少。由于不均勻的氣流進(jìn)入第二級進(jìn)口，性能損失通常很大。建議要求風(fēng)機(jī)制造廠審查所提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并對安裝性能進(jìn)行一些估算。風(fēng)機(jī)經(jīng)常并聯(lián)地安裝和運(yùn)行在同一個(gè)系統(tǒng)中，尤其是要求大風(fēng)量時(shí)更是如此。五、對旋風(fēng)

11、機(jī)配套用電動(dòng)機(jī)對旋風(fēng)機(jī)配套用電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是型號規(guī)格多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功率范圍變化大，額定功率從0.110000kW、電壓由低（220V、380V）到高（10000V、6000V、3000V）、電動(dòng)機(jī)環(huán)境溫度由常溫（20）到120、可有單速到多速（或變速）。電源可以是交流或直流、除臥式與立式外、還有端蓋連接、腳底安裝結(jié)構(gòu)。對旋風(fēng)機(jī)配套專用電動(dòng)機(jī)有YSF、YT系列節(jié)能三相異步電動(dòng)機(jī)；YBF系列風(fēng)機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)；YCF系列風(fēng)機(jī)用異步電動(dòng)機(jī)；YCL系列低噪音冷卻專用三相異步電動(dòng)機(jī)；YSD系列小功率多速三相異步電動(dòng)機(jī)；YCT系列電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)；YTC系列齒輪減速電動(dòng)機(jī)等。此外還有風(fēng)機(jī)配套用途電動(dòng)機(jī)

12、：YDW系列低噪聲外轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)；YXF、YDXF系列高溫消防排煙用三相異步電動(dòng)機(jī)；YC、YY系列單相異步電動(dòng)機(jī)；YS、YU系列單相；三相異步電動(dòng)機(jī)；YYW系列單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)塑封空調(diào)用電動(dòng)機(jī)；YF系列風(fēng)機(jī)用異步電動(dòng)機(jī)；YD系列多速三相異步電動(dòng)機(jī)；YL系列雙相電容。電動(dòng)機(jī)的選擇內(nèi)容應(yīng)包括：電動(dòng)機(jī)的類型、安裝方式及外形安裝尺寸、額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、各項(xiàng)性能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等，其中以選擇額定功率最為重要。選擇電動(dòng)機(jī)功率的原則，是在電動(dòng)機(jī)能夠滿足各種不同風(fēng)機(jī)要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)最合理地確定電動(dòng)機(jī)功率的大小。如果功率選得過大，會出現(xiàn)“大馬拉小馬”現(xiàn)象，這不僅使風(fēng)機(jī)投資費(fèi)用增加，而且因電動(dòng)機(jī)經(jīng)常輕載

13、運(yùn)行，其運(yùn)行功率因數(shù)降低；反之，功率選得過小，電動(dòng)機(jī)經(jīng)常過載運(yùn)行，使電動(dòng)機(jī)溫升過高，絕緣易老化，會縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命，同時(shí)還可能造成起動(dòng)困難。因此，選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，首先應(yīng)是在各種工作方式下選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率。選擇電動(dòng)機(jī)的基本步驟包括：從對旋風(fēng)機(jī)的要求出發(fā)，考慮使用場所的電源、工作環(huán)境、防護(hù)等級及安裝方式、電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)、過載能力、產(chǎn)品價(jià)格、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用等情況來選擇電動(dòng)機(jī)的電氣性能和力學(xué)性能，使被選用的電動(dòng)機(jī)能達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、和合理使用之目的。六、 控制通風(fēng)機(jī)噪聲方法綜述51 通風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生機(jī)理及其特征   通風(fēng)機(jī)的種類很多，在選用通風(fēng)機(jī)時(shí)，要求安全高效噪聲

14、低。由于其種類和型號不同，所產(chǎn)生的噪聲強(qiáng)度及其頻率也有所區(qū)別，但從噪聲產(chǎn)生的機(jī)理和機(jī)組向外輻射噪聲的部位來看，卻有著共同點(diǎn)。 通風(fēng)機(jī)在一定工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的噪聲，主要包括空氣動(dòng)力性噪聲和機(jī)械性噪聲兩大部分，其中空氣動(dòng)力性噪聲的強(qiáng)度最大，是通風(fēng)機(jī)噪聲的主要部分。2 在噪聲源上控制通風(fēng)機(jī)噪聲的方法   由通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲產(chǎn)生機(jī)理可知，合理的氣動(dòng)設(shè)計(jì)是獲得低氣動(dòng)噪聲最根本的方法，通流部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇匹配不但可獲得高的效率，而且相應(yīng)的噪聲也低。具體說，在通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)階段主要應(yīng)考慮以下幾方面。21 增加葉柵的氣動(dòng)力載荷，降低圓周速度22 合理的動(dòng)葉與靜葉（風(fēng)舌）間的間距（間隙）2

15、3 傾斜風(fēng)舌（導(dǎo)葉）24動(dòng)葉與靜葉數(shù)合理匹配3 在傳播途徑上控制通風(fēng)機(jī)噪聲的方法31 在通風(fēng)機(jī)出氣口管道上安裝消聲器  在通風(fēng)機(jī)噪聲中，進(jìn)、出氣口輻射的空氣動(dòng)力性噪聲強(qiáng)度最大，所以控制通風(fēng)機(jī)噪聲，首先應(yīng)將這部分噪聲降下來。在通風(fēng)機(jī)進(jìn)、出氣口安裝消聲器是抑制通風(fēng)機(jī)噪聲的最有效措施。3.2 通風(fēng)機(jī)機(jī)組加裝隔聲罩 通風(fēng)機(jī)進(jìn)、出氣口安裝消聲器可以消減空氣動(dòng)力性噪聲，即把通風(fēng)機(jī)最強(qiáng)部分的噪聲消除掉。但是，如果現(xiàn)場對降噪的要求較高，通風(fēng)機(jī)的機(jī)殼、電動(dòng)機(jī)、基礎(chǔ)振動(dòng)等部位輻射的噪聲也需要控制時(shí)，那就得采取綜合治理措施。最常用也是最有效的措施是加裝通風(fēng)機(jī)機(jī)組隔聲罩。33 采取改造通風(fēng)機(jī)機(jī)房的綜合治理措

16、施 如果有專門的通風(fēng)機(jī)機(jī)房，則可結(jié)合現(xiàn)場情況采取將通風(fēng)機(jī)機(jī)房改造成單間的降噪方法，即把通風(fēng)機(jī)機(jī)組封閉在通風(fēng)機(jī)機(jī)房內(nèi)使其噪聲傳不出去，這樣機(jī)房的噪聲雖大，但外界噪聲則小多了。密封的通風(fēng)機(jī)機(jī)房上要安裝進(jìn)氣口消聲器，以供通風(fēng)機(jī)吸氣和電動(dòng)機(jī)、機(jī)殼等散熱之需要。在通風(fēng)機(jī)出氣管路上也可再裝一個(gè)消聲器一減弱通風(fēng)機(jī)出氣噪聲。通過實(shí)踐證明，采取改造通風(fēng)機(jī)機(jī)房的噪聲綜合治理措施，結(jié)果是令人滿意的。4 總結(jié)對通風(fēng)機(jī)噪聲的控制，最根本的措施是從聲源上根治噪聲，即設(shè)計(jì)制造高性能、低噪聲的通風(fēng)機(jī)是控制通風(fēng)機(jī)噪聲的根本途徑。對已安裝投人使用的通風(fēng)機(jī)，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)改造和安裝適當(dāng)?shù)南暺魇强刂仆L(fēng)機(jī)噪聲的主要手段。噪聲控制要

17、求較高時(shí)，則須要同時(shí)采取減振、基礎(chǔ)隔振、吸聲和隔聲等多種措施綜合治理機(jī)組的機(jī)械噪聲、振動(dòng)和電磁噪聲，以便得到滿意的減噪效果。七、 礦用風(fēng)機(jī)現(xiàn)狀和對旋風(fēng)機(jī)存在的問題6礦用局部通風(fēng)機(jī)(即局扇) 是一種特殊用途的防爆風(fēng)機(jī)。是煤礦采掘中不可缺少的通風(fēng)設(shè)備,使用量大,應(yīng)用面廣,耗能甚多,其性能特性和制造質(zhì)量的優(yōu)劣,與煤礦生產(chǎn)安全關(guān)系重大。隨著工作面的推進(jìn),要求風(fēng)機(jī)壓力逐漸升高,而風(fēng)量基本保持不變。礦工們就工作在它的附近,因此又要求噪聲能達(dá)到煤礦安全規(guī)程的要求。我國過去,礦用局部通風(fēng)機(jī)為雙級軸流,即JBT 系列的一統(tǒng)天下。80 年代以來,出現(xiàn)了子午加速斜流和對旋風(fēng)機(jī),可以說是百花齊放據(jù)統(tǒng)計(jì),中國煤炭百萬噸

18、死亡率是美國的100倍,全國煤礦特大事故中有90%是瓦斯爆炸。7瓦斯爆炸三要素: (1) 瓦斯?jié)舛? (2) 氧氣12 % ; (3) 火源(火花) 。這3 個(gè)條件一旦達(dá)到就會爆炸。煤礦用局部通風(fēng)機(jī)是煤礦防止瓦斯事故的重要安全技術(shù)裝備,推薦和選用優(yōu)良的產(chǎn)品是煤礦安全生產(chǎn)的前提。目前,介紹對旋式通風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)理論和設(shè)計(jì)方法的資料還十分缺乏,試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)也很少。市場上有些產(chǎn)品的質(zhì)量還有待提高,存在效率較低、噪聲偏高、結(jié)構(gòu)振動(dòng)、葉片失速等問題,尤其會發(fā)生在第二級動(dòng)葉上,如葉片斷裂、燒毀電機(jī)等。究其原因是有些設(shè)計(jì)者對這種風(fēng)機(jī)的運(yùn)行原理還不夠了解,設(shè)計(jì)參數(shù)選擇不當(dāng),特別是對前后兩級動(dòng)葉之間的匹配關(guān)系不了解。全國各廠家生產(chǎn)的對旋風(fēng)機(jī),都普遍存在燒第二級電機(jī)的現(xiàn)象。至今還沒有很好地解決。目前國內(nèi)生產(chǎn)的對旋風(fēng)機(jī),存在諸多缺點(diǎn):噪聲高,二級電機(jī)負(fù)載大,容易燒毀,再加上消聲結(jié)構(gòu),成本高。如果要大力推廣使用對旋風(fēng)機(jī),就應(yīng)該解決上述問題。8參考文獻(xiàn)1 商景泰.通風(fēng)機(jī)實(shí)用技術(shù)手冊M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社