通風(fēng)機(jī)的實際特性曲線

1、第四節(jié)通風(fēng)機(jī)的實際特性曲線一、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、效率刈和轉(zhuǎn)速n等。（一）風(fēng)機(jī)（實際）流量Q風(fēng)機(jī)的實際流量一般是指實際時間內(nèi)通過風(fēng)機(jī)入口空氣的體積，亦稱體積流量 （無特殊說明時均指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），單位為附/4，冽/min或加* /s。（二）風(fēng)機(jī)（實際）全壓Hf與靜壓H通風(fēng)機(jī)的全壓 H是通風(fēng)機(jī)對空氣作功，消耗于每1m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，Ht用以克服通風(fēng)管網(wǎng)阻力hR和風(fēng)機(jī)出口動能損失 hv,即Ht =h R+h v,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, Pa_

2、 _2 Hs=hR=RQ24-4-2因此Ht=Hs+hv4-4-3（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）以全壓計算時稱全壓功率N,用下式計算：Nt=HQx1034 5 4用風(fēng)機(jī)靜壓計算輸出功率，稱為靜壓功率Ns,即Ns=HSQx 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）股組二且2:11:,4 56或1.114-4-7式中 /、，分別為風(fēng)機(jī)折全壓和靜壓效率。設(shè)電動機(jī)的效率為%,傳動效率為%時，電動機(jī)的輸入功率為 Nm,則N，二 %。* /% 1000%4-4-8二、通風(fēng)系統(tǒng)主要參數(shù)關(guān)系和風(fēng)機(jī)房水柱計（壓差計）示值含義掌握礦井主要通風(fēng)機(jī)與通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)之間關(guān)系，

3、對于礦井通風(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)洞中靠近風(fēng)機(jī)入口、風(fēng)流穩(wěn) 定斷面上安裝測靜壓探頭，通過膠管與風(fēng)機(jī)房中水柱計或壓差計（儀）相連接，測得所 在斷面上風(fēng)流的相對靜壓 ho在離心式通風(fēng)機(jī)測壓探頭應(yīng)安裝在立閘門的外側(cè)。水柱計 或壓差計的示值與通風(fēng)機(jī)壓力和礦井阻力之間存在什么關(guān)系？它對于通風(fēng)管理有什么實際意義？下面就此進(jìn)行討論。1、抽出式通風(fēng)1）水柱（壓差）計示值與礦井通風(fēng)阻力和風(fēng)機(jī)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(fù)壓）=P4-P04（P4為4斷面絕 對壓力，P04為與4斷面同標(biāo)高的大氣壓力）。圖 441沿風(fēng)流方向，對

4、1、4兩斷面列伯努力方程h R14=(P l+hvl+ P m12 gZl2)- (P 4 + h v4+ p m34gZ34)式中hRi4 1至4斷面通風(fēng)阻力，Pa ;P1、P4 一分別為1、4斷面壓力，Pa ；hvi、hv4 一分別為1、4斷面動壓，Pa；Z12、Z34 分別為12、34段高差，m；P mi2、pm34一分別為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Pt1等于大氣壓力P* 即P1 +h v1 =Pt 1 =Po 1,又因1與4斷面同標(biāo)高，故1斷面的同標(biāo)高大氣壓P01,與4斷面外 大氣壓P04相等。又 p m12gZ12 p m34gZ34=Hn故上

5、式可寫為hR1 4=Po4-P 4-h v4 + HnhR1 4=|h 4|-h v4+Hn|h 4| = 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| 一hv4 = ht 44-4-10式4-4-9和式4410,反映了風(fēng)機(jī)房水柱計測值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，某一段時間內(nèi)變化較小，HN隨 季節(jié)變化，一般礦井，其值不大，因此，|h 4|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，則水柱

6、計讀數(shù)減小，因此，它是通風(fēng)管理的重要監(jiān)測 手段。2)風(fēng)機(jī)房水柱計示值與全壓H之間關(guān)系。與上述類似地對4、5斷面(擴(kuò)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+h Rd+hv5即| h4| =Ht+hv4-h Rd-h v54411式中hRd擴(kuò)散器阻力，Pa ;hv5擴(kuò)散器出口動壓，Pa；根據(jù)式4 4 11可得H =h R1 2+ h Rd +h v4Ht +HN=h R14 +hRd+hv54 4122、壓入式通風(fēng)的系統(tǒng)如圖4-4-2 ,對1、2兩斷面列伯努力方程得：h R1 2=(P 1+hv1+ P m1gZ1)-(P 2 + h v2 + P m

7、2gZ2)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)Wj的大氣壓相等，即P01 -P 0 2 ,故P1 -P 2= P 1 -P 0 1 =h 1又p m1gZ1- p m2gZ2 = HN故上式可寫為h R12=h 1 +h V1 -h v2+Hn所以風(fēng)機(jī)房水柱計值h1 =hR12+h v2-h V1-H n又Ht=Pt1-Pt1 =Pt1-Po=P1+hv1-Po=h1+hv1H+HN=h R12+h v24 4 13由式4-4-12和式4413可見，無論何種通風(fēng)方式，通風(fēng)動力都是克服風(fēng)道的 阻力和出口動能損失，不過抽出式通風(fēng)的動能損失在擴(kuò)散器出口，而壓

8、入式通風(fēng)時出口動能損失在出風(fēng)井口，兩者數(shù)值上可能不等，但物理意義相同。圖4 4 一2三、通風(fēng)機(jī)的個體特性曲線當(dāng)風(fēng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速、 在風(fēng)阻R的管網(wǎng)上工作時、 可測算出一組工作參數(shù)風(fēng)壓H、 風(fēng)量Q、功率N、和效率 刀，這就是該風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)風(fēng)阻為R時的工況點。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)對應(yīng)描繪在以Q為橫坐標(biāo)，以H、N和刀為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系上，并用光滑曲線分別把同名參數(shù)點連結(jié)起來，即得HQ、 NQ和刀一Q曲線，這組曲線稱為通風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)靜壓特性曲線 （H S Q ）。為了減少風(fēng)

9、機(jī)的出口動壓損失，抽出式通風(fēng)時主要通機(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)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%二田-為4-4-14式中 hd一擴(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 為二凡-（4+勤） 4-4-15式中hvd擴(kuò)散器出口動壓。比較式4 410與式4 415可見，只有當(dāng)hd+hvdHs,即通 風(fēng)機(jī)裝置阻力與其出口動能損失之和小于通風(fēng)機(jī)出口動能損失時，通風(fēng)機(jī)裝置的靜壓才會因加擴(kuò)散器而有所提高，即擴(kuò)散器起到回收動能的作用。圖443表示了Ht、Htd

10、、Hs和H sd之間的相互關(guān)系，由圖可見，安裝了設(shè)計 合理的擴(kuò)散器之后，雖然增加了擴(kuò)散器阻力，使HtdQ曲線低于H tQ曲線，但由于hd+hvdhv,則說明了擴(kuò)散器設(shè)計不合理。圖 4-4-3 Ht、Htd、Hs和H sd之間的相互關(guān)系圖安裝擴(kuò)散器后回收的動壓相對于風(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444和圖445分別為軸流式和離心式通風(fēng)機(jī)的個體特性曲線示例。軸流式通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線

11、一般都有馬鞍形駝峰存在。而且同一臺通風(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D以左是不穩(wěn)定工作段，風(fēng)機(jī)在該段工作，有時會引起風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓和電動機(jī)功率 的急劇波動，甚至機(jī)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(yán) 重時會破壞風(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，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)流短路時功率才略 有下降。因而，為了保證安全啟動，避免因啟動負(fù)荷過大而燒壞電機(jī)，離心式

12、通風(fēng)機(jī)在 啟動時應(yīng)將風(fēng)洞中的閘門全閉，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，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，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)阻最小時啟動，以減少啟動負(fù)荷。圖5-4-4軸流式個體特性曲線圖5-4-5離心式通風(fēng)機(jī)個體特性曲線在產(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4-72的形式給出，H Q曲線只畫出最大風(fēng)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(biāo)上，效率

13、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(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)計大型風(fēng)機(jī)時，首先必須進(jìn)行模型實驗。那么模型和實物之間應(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)L通風(fēng)機(jī)的相似條件兩個通風(fēng)機(jī)相似是指氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)流動過程相似，或者說它們之間在任一對應(yīng) 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)。同一系列風(fēng)機(jī)在相應(yīng)工況點的流動是彼此相似的， 幾何相似是風(fēng)機(jī)相似的必要條件，動力相似則

14、是相似風(fēng)機(jī)ulAP的充要條件，滿足動力相似的條件是雷諾數(shù)R e (=7 )和歐拉數(shù)Eu= ()分別相等。同系列風(fēng)機(jī)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)月同系列風(fēng)機(jī)在相似工況點的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù)?？捎孟率奖硭号c用 卬，%=瓦04-4-16/二常數(shù)或4-4-17式中 國和叫全壓系數(shù)和靜壓系數(shù)。 H為壓力系數(shù),u為圓周速度。(2)流量系數(shù)Q _由幾何相似和運(yùn)動相似可以推得0- 二。二常數(shù)-D2u44-4-18式中 D、u、一分別表示兩臺相似風(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)拉風(fēng)機(jī)軸功率計算公式10彳中的H

15、和Q分別用式4-4-17和式4-4-18 代入得衛(wèi)竺二些二譏常數(shù)4-4-19同系列風(fēng)機(jī)在相似工況點的效率相等，功率系數(shù)M為常數(shù)。0、豆、N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a、耳、N和刀可用相似風(fēng)機(jī)的模型試驗獲得，根據(jù)風(fēng)機(jī)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和刀。利用式4-4-17、4-4-18和4-4-19計算出該系列風(fēng)機(jī)的2、百、N和刀。然后以2為橫坐標(biāo)，以 耳、R和刀為縱坐標(biāo)，繪 出月-0、戶-0和刀-0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

16、-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）、（b）所示?？筛鶕?jù)類型曲線和風(fēng)機(jī)直徑、轉(zhuǎn)速換算得到個體特性曲線。需要指出的是，對于同一系 列風(fēng)機(jī)，當(dāng)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(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 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(fēng)機(jī)在相似工況點的無因次系數(shù)Q、H、N和n是相等的。它們的壓力 H、流量

17、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/60代入式4-4-17 4-4-18 和4-4-19得/ =。00274卬3 豆 Q = 0.0410Ml 27= 1.127對于1、2兩個相似風(fēng)機(jī)而言， 0 =0、Hi =出、Mi =心,所以其壓力、風(fēng)量和 功率之間關(guān)系為：/_ 0 00274科0：并:瓦/(勺丫瓦 一 0.00274.4 瓦一高I司 周4-4-202 _ 0041084九 百01丫 nQ2 0.041082兄& 也J的4-4-21M _ 11270。173K _ 氏(dX j/YM 1127外凸7P& D2) I勺/4-4

18、-22各種情況下相似風(fēng)機(jī)的換算公式如表4-4-1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，其相似工況點在等風(fēng)阻曲線 上變化。表4-41 兩臺相似風(fēng)機(jī) H Q和N的換算口1* 4川1羊也D1 = Z?：做二犯戶1”3刀1 = 4戶1 =夕Q鼻w a黑1 -用工戶1 = G壓力換算品戶1 瓦瓦12死P父但工 %風(fēng)量換算出力JJ2121 = &Qi勺& 421 = Q,A 必功率換算些一烏9.M /眄 /啊L盯區(qū)= 跖色例題某礦使用主要通風(fēng)機(jī)為 4-72-11 N20B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 R=0.0547X9.81=0.53657N . s2/m8,工況點為 M ( Q=58吊s,H t=1805Pa), 后來，風(fēng)阻變?yōu)镽 =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 n3/s ,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m=630r/min曲線的交點為 M,其風(fēng)量Q=5