冷却塔风机工程手册校订完.doc

目录第七版序言 31风机设计和选择 4 1)风机设计 4 2)风机选择 4 3)风机选择范例 72风机性能变化规律 11 1)风机规律 11 2)风机性能的变化 123风机效率 15 1)风机系统效率 15 2)系统损失 16 3)风机试验 184风机风筒 21 1)概要 21 2)动压的补偿作用 23 3)流谱 245风机动力运行特性 26 1)概述 26 2)风机动态特性 26 3)临界速度 28 4)共振频率的余度 28 5)风机振动的监测 306叶片平衡技术 35 7风机产生的力 36 1)扭矩 36 2)径向力 36 3)轴向力载荷 378电机尺寸 38 1)电机容量 38 2)空气动力的考虑 38 3)机械上的考虑 38 4)电机额定输入功率 41 5)电机额定输出功率 416)用极数控制转速 419节省能源 43 1)冷却塔热力设计策略 43 2)部件设计 4410能量节约法49 1)电机效率 49 2)多转速风机的控制 51 3)变速风机控制 53 4)变距控制 5311电机产生的噪声571)噪声的概念572)国际使用的噪声标准593)冷却塔噪声604)风机噪声605)声功级616)每级波段(8音节)的声功级617)声压级628)两个或更多噪声源的计算649)风机噪声的减少6412轮毂模式的选择 651)轮毂系列 652)轴衬 653)3000、4000/5000轮毂芯轴系列 664)顶部固定板和推力衬套 6813 H叶片的材料结构 6914冷却塔吹风试验 701)风速计法 702)皮托管法 703)测量地点 714)风速计与皮托管精度的比较 725)流量试验的准备 726)风速计皮托管位置计算 7215风机性能的实地测量751)引言 752)设备 753)准备试验 764)步骤 765)风机性能计算 7916风机故障排除 811)频率响应的余度 812)单个叶片的制动功率 813)压力余度 814)拖速电机 815)风机反转 816)叶片前缘的冲蚀 817)振动 81参考文献 82 冷却塔轴流风机工程手册第七版序言这里提供的手册，试图解决空冷风机工程中所遇到的全部问题。几个工厂的权威人士授权我编写本手册，首先这种手册对我而言是从未写过的，其次我将重复一些相同的共知的问题，并写出冷却塔工程师所应回答的任何问题，这个题目的情报来源，是根据冷却塔工程师所提供的。第一步,安排回答冷却塔工程师工作中间的问题。要获得手册的观念，我需要阅读和学习上百份甚至更多的从不同渠道得来的参考资料，而这又要分几种情况，我要与HUDSON公司的工程师和其他作者取得联系，其中最有价值的资料来自HUDSON公司中最有经验的工程师手中。除此以外，参考资料是我经过多年搜索而编，主要是飞机设计师的私人经验。包含在手册中的大量资料内容在我之前是未出版过的。这本手册的意义在于，它是提供给冷却塔工程师及其有关工作者的一个指南，它在当今来说是一个可靠的资料，了解本手册再设计和运行冷却塔时将不再有困难。从第一版出版至今已有五年了，而第六出版至今才四个月。与第一版相比，其变化是巨大的，一个强烈的欲望使我要出版第七版，可能的原因是几方面的。KEPCO热电厂更关心的是冷却塔躁声控制，一些机械和石化公司迫使我们提出节能，1994年夏，风机运行中破坏引发很多事故，所有这些情况，引发了写第七版的早期原因。 DAEIL水冷有限公司的冷却塔技术站1风机设计和选择1) 风机设计每个风机的设计点是对应一种状态,即特定的流量，总压，空气密度和风机转速。有了这些初始数据，就可以确定一种平面形状和扭转角的分布，它将使所需功率为最小。要使空气流动，风机要克服两种阻力，就是风机流动中各切面的压力降。首先是附加损失称为动压损失，这是推动一定量的空气流动所必需的能量，它对克服系统阻力是不做功的，所做功是使热空气离开设备而形成的。其次是静压损失，它是入口损失，填料损失,收水器损失,及风机入口压力降等组成，这些是风机所做的功，是风机设计所要考虑的内容。不管风速在叶片处是否均匀，叶片和轮毂的设计将决定风机的主要功能。具有适当的弦长和扭角的叶片设计，将保证动压在整个流动中是均匀的。一个完整的轮毂设计将能防止轮毂与叶片间的漏气，即防止轮毂处反向流，下面有两个情况是每个设计者都要对应的。通过草图设计新塔，试图给出最佳设计在一个未知情况的老塔上更换风机我们在全新的选择过程中，寻找最佳的风机直径，叶片数和叶片的类型，需要的浆距角，风机转速及功率（马力）。在某些情况下要看EPA（美国环保）提出的声压级噪声的要求，以及工作的环境要求的噪声水平，更重要的是工厂边界的噪声水平，或者给出住宅等敏感区的噪声要求。实际上不常遇到的事是，对于老塔更换风机时，没设计数据可用，此时只能用近似的估计功率曲线，同时考虑传动比和近似的空气密度。我们可以寻找适当的风机来替代。选择HUDSON风机替代已有的风机，通常是比较简单的，要替换已有风机必须预先知道如下情况:风机直径电机功率减速箱的传动比轴的尺寸和减速类型装置所在海平面高度的估算2)风机选择在下面选择中，风机最佳直径，叶片数，叶片类型，所需的浆距角，风机转速，以及风机功率的估算，都要通过计算机的叶片选择程序，为此下面的一些要素要考虑和提供(1)应用风机：引风或鼓风式的冷却塔草图(2)风机流量（呎3/分）：典型的风机直径与流量关系如下，在风机入口处，速度是由1600到2000呎/分，空气速度不会超过2100呎/分（即10.67m/s），这是一个准则，这样可以引导出风机的最佳性能。多余的风量是在风筒中与水滴相撞击，形成功率的损失。风机直径 (ft)风机净面积 (ft2)正常流量(cfm)最大流量 (cfm)12102.30163,700 - 204,600214,80013121.93195,100 - 243,900256,10014143.14229,000 - 286,300300,60016178.72286,000 - 357,400375,30018232.13371,400 - 464,300487,50020291.82466,900 - 583,600612,80022348.63557,800 - 697,300732,10024420.89673,400 - 841,800883,90026488.69781,900 - 977,4001,026,30028573.52917,600 - 1,1470001,204,40030654.621,063,400 - 1,329,2001,395,700（3）风机直径（呎）或塔的横截面面积（呎2）：风机直径是很重要的，主要是直径影响动压值，而动压是附加的压力损失，风机直径影响风机的压力容量。据我们估计，对于最佳直径风机，动压值可以比较小，其小的确切范围是0.14到0.25英吋水柱（1600到2000呎/分下，密度0.068磅/呎3），当然，其他因素也影响风机的直径选择，如塔体尺寸的限制，或已有装置对风机的要求等。 对于高动压的需求，最好是增加风机叶片数，此时最好的情况是转换动压为静压力，通过增加扩压段，使动能变成静压能（称为扩压段）。实度比是叶片总宽度对其所在圆周长的比值，是用于比较风机压力容量的一个方法，比值越高，通常风机有用功也越大。另外一方面最佳风机直径选择要考虑成本，非标准风机制造的成本是要增加的。（标准直径是7，8，9，10，11，12，13，14，16，18，20，22，24，26，28，30，32呎）为了得到合适的气流分布，通常对于引风式冷却塔风机覆盖面积不小于30%，鼓风式不低于40%，少数风机直径小于这个比例，则需要更大的气室，使来自收水器的空气能进行充分的混合。另一方面，空气较少的混合通常会形成紊流，造成较大的振动和噪声，降低风机性能，来自收水器的空气也不能平稳光顺的进入到风机处。（4）实际静压（吋水柱）：总的静压由进口百叶窗，填料，收水器以及风机进口压力降组成，如果你有使用第四章中定义的，不同类型的塔体扩压管，使压力得到回收，从而可以补偿静压（风机静压管的扩压锥角通常为7，入口是椭圆形，浆尖间隙0.08%，收缩效率为70%。）。入口百叶窗，收水器，风机入口的压降计算是很容易的，填料造成的压降，可通过查曲线得知（根据气流速度，水的噴淋，填料的厚度以及空气密度，和填料的特定型式等计算），入口百叶窗，收水器，风机入口等压降计算由公式进行：K0.5(密度0.1922) （V2/115820），其中K是压降系数， g=9.8016 m/s2=115820 ft/min2，而1 b/ft2=0.1922英吋水柱，通常入口百叶窗的K=1.53.5，收水器是2.03.0，入口是0.10.35。 风机压降系数位置逆流塔横流塔空气入口 w/百叶窗外1.5N/A空气入口 w/大型,宽距百叶窗 2 到 32 到 3空气入口 w/小型,窄距百叶窗 2.5 到 3.52.5 到 3.5收水器2.0 到 3.02.0 到 3.0风机入口0.1 到 0.350.1 到 0.35（5）风机温度（）、海拔高度（ft）及空气密度（1b/ft3）：对选择风机是个非常重要的因素，因为风机风压与轴功率随密度的改变有很大变化，这些因素与密度成比例，Hudson风机曲线是专对70 ，海平面而绘制的，冷却塔出口的湿空气不是简单的饱和状态，而是干燥的空气中渗入了水蒸气。（6）风机入口形状：椭圆喇叭型入口（H/L=0.15D或H/L=0.1D，D是风机直径）或什么样的椭圆最好呢？什么样的椭圆形入口的气流均匀平稳，使之在风机処具有轻微的紊流。另外，入口形状会增加额外阻力，其阻力是风机承担，额外的阻力取决于压力损失系数，同样会形成入口处的噪声。（7）由风机水平面到风机扩压管顶部为文氏管高度（呎）：在潮湿的冷却塔情况下，一个改善进口条件的方法，是保持轴功率，减少风机入口的空气反流，这就要求风筒有一个小的出口扩压锥，入口有一个圆形喇叭口，这可以减少出口动压，使其小于叶片处动压。因为两处流量相同，所以动压补偿转成“静压回收”，形成风机需要的全压减少，因此节省了轴功率。下面是风机管道的形状，它是在冷却塔中实际使用的风管形状。（8）障碍物面积及其到风机的距离（呎2/呎）：障碍物主要是支撑风机的樑柱，减速箱，传动轴等形成。由于这些障碍物是在风机的前面，影响了气流，这就造成了实际流道的堵塞，因此造成额外损失，这个损失与风机管道的总面积和障碍物面积比有关，与风机管道直径与障碍物到风机叶尖距离比有关，除阻力增加之外，障碍物还会使噪声增大。（9）风机转速（rpm），电机全载荷转速，减速比（10）风机驱动器：电机，转速控制（单转速，双速或变速）（11）桨距角控制：可调的或可变距的（12）支持樑的数目（13）最小转动频率的余度%，详细的叙述在第五章（14）要求噪声水平（dB(A)）（15）冷却塔结构和风筒扩压段的材料：这里要考虑的是减速器本身的最大极限情况，是非正常的情况在美国最通常的是用最少的叶片数，以减少木质塔和玻璃钢风筒的振动，这可以避免危险的气动载荷诱发塔的振动。较少的叶片可产生较高的空气载荷，增大叶片通过时引起的振动。最少叶片数塔的材料风筒材料 风机直径 (feet) 最少叶片数 (Max. 80m Gear) 最少叶片数 (Max. 40m Gear) 混凝土混凝土/玻璃钢7 - 144 each5 each16 - 204 each6 each22 - 326 each8 each木材或钢材玻璃钢7 - 145 each6 - 8 each16 - 206 each8 - 10 each22 - 328 each10 - 12 each按通常惯例，不选择风机的极限制动功率情况，每个叶片的制动功率=制动功率/叶片数，高的叶片载荷将导致叶片的疲劳，振动和噪声等问题。下面Hudson推荐每个叶片可承受的最大载荷是4马力或更低，大量的应用证明这种情况有最少的故障。这只是个指南，每个风机的最少叶片数也受其周边环境，风筒的刚度和使用载荷情况的影响。如果超过了制动功率/叶数，你可以给出；增加叶片数的详细说明增加风机直径如果可能可以改变叶片宽度如果可能可以减少静压风机直径最大制动功率/叶片数可靠的最大制动功率/叶片数H 型HW型H型HW型12 ft8.0 HP10.0 HP4.0 HP6.0 HP13 ft9.0 HP11.25 HP5.0 HP7.25 HP14 ft10.0 HP12.5 HP6.0 HP8.5 HP15 ft11.0 HP7.0 HP16 ft12.0 HP8.0 HP18 ft14.0 HP10.0 HP20 ft16.0 HP12.0 HP22 ft18.0 HP14.0 HP24 ft20.0 HP16.0 HP26 ft22.0 HP18.0 HP28 ft24.0 HP20.0 HP30 ft26.0 HP22.0 HP32 ft28.0 HP24.0 HP3）风机选择范例：对于新设计的冷却塔，让我们着眼于典型的风机选择的情况。下面的热力情况为113.089.680.6，水流量是63843 gpm （加仑/分），的算例所引出逆流型塔的草图。首先最重要的是决定塔的尺寸，空气进口高度，以及根据热载荷，确定的填料层厚度。对于最佳热力设计的基本参数如下。设计新塔的简单方法是优先采用较大单元和大的风机。具有28风机的4242单元，175马力（正方形是最好的，矩形塔的长宽比=0.8:1.2，但所有塔的结构都是按66为基本单元而增加）空气从两側进入，空气进口高是单元宽的1/3（通常1/41/3到一个单元）通风室的高度，等于收水器顶到风机通道的底部间距离，通常这个距离以0.25(塔宽2+塔长2)1/2-风机直径为最小。应用大尺寸风机，用以减小风机功率和最小通风室的高度,但是如果风机出口速度太低，会引起再回流.采用较小的风室,填料中心的风速会偏高,这会引起漂水而造成浪费.因为填料顶部是相同的，所以漂水将使压降增大，流量减少，性能降低。使用4的填料：（通常是2到5的薄膜式填料，或者10到15的飞濺式填料）水载荷：对逆流塔214 美国gpm/ft2(每分钟加仑/呎2)，横流塔为424美国gpm/ft2各点风速：下面将引出最小风机功率的最佳特性。尤其是填料处的速度应在下列表格范围内，如果流速在填料处太低，风将不能很顺利向上通过下降的水的阻力，如果在填料处风速过高，水的热量就不能较充分的带走。 当空气在入口处超过下面的范围时，在填料处导致缺少空气。关于空气分布和出口速度的详细说明见第九章节能。地点逆流塔横流塔塔的空气入口/无百叶窗正常. 1,000, 最大 1,100 fpmN/A 塔的空气入口/有百叶窗800 到 1,000 fpm300 到 650 fpm, 最大 800 fpm填料, 收水器300 到 650 fpm, 最大 700 fpm300 到 650 fpm, 最大 700 fpm风机入口1,600 到 2,000 fpm1,600 到2,000 fpm风机出口1.4 倍最大环境风速, 或环境风速为880 fpm时，最小风速是1,200 fpm (10 mph = 16.09 kph) 1.4 倍最大环境风速, 或环境风速为880 fpm时，最小风速是1,200 fpm (10 mph = 16.09 kph) （1）热力设计结果：考虑水和热载荷，采用6单元的42宽42长的冷却塔，具有14（33%或更大的塔宽比）空气入口高度是比较合理的，速度扩压角锥度7，应用在此例中文氏管高6(21.4%的风机直径)，在去除空气入口百叶窗情况下（10%的空气入口堵塞比例），填料支撑堵塞率1%。结构是混凝土的。（2）流量和压力的下降：每段和每个塔的单元处的流量和压降情况如下，在每段空气流量是变化的，因为空气的流量是随着水流量的增加而成比例增加，这期间水的热量是转移给气流的。空气入口和百叶窗的压降=K0.5(密度0.1922)（V2/115820）=20.5(0.07170.1922) （943.0122/115820）=0.1058吋水柱（=26.3帕）填料处的压降：这由特定模式的填料压降曲线给出。填料的面积是净面积，是塔的总的横截面面积扣除填料阻塞物的面积。即10478.16ft2=0.9942426个单元。要注意，在阻碍物处是没有热交换产生的，因为水的微团和流动的空气不能通过放置在支持物上的填料。这个面积称做“热交换死区”，应扣除这个面积。收水器处压降：= K0.5(密度0.1922) （V2/115820）=20.5(0.06880.1922) （608.772/115820）=0.0423吋水柱 风机入口的压降= K0.5(密度0.1922) （V2/115820）=0.250.5(0.06880.1922) （1853.712/115820）=0.0491吋水柱注这是风机入口净面积，它是（p/4）（D2-挡风板的直径2）即（p/4）（282-7.33332）=573.52 ft2 风机处动压=0.5(密度0.1922) （V2/115820）=0.5(0.06880.1922) （1853.712/115820）=0.1963吋水柱或者压降= (V/4008.7) 2 （1/密度比）=(1853.71/4008.7) 2 1/（0.075/0.0688）=0.1963吋水柱 风筒出口的动压=0.5(密度0.1922) （V2/115820）=0.5(0.06880.1922) （1661.072/115820）=0.1576吋水柱或者压降= (V/4008.7) 2 （1/密度比）=(1661.07/4008.7) 2 1/（0.075/0.0688）=0.1576吋水柱注：这里是风机出口的净面积，计算式是（p/4）D风机+（2tan(7) 文氏管高度）2-（p/4）（挡风板的直径）2即（p/4）28+（20.122785 6.0）2-（p/4）（7.333）2=640.03。浆尖间隙可忽略不计 动压回收（压力补偿）=风筒扩压效率风机动压1-D风机/（出口扩压段直径）4=0.75710.17631-28-29.474=0.0276吋水柱由于Hudson公司考虑了风筒段的7锥角，所以也忽略风机挡风板的无风区面积。（除非风机洞壁高度和风机直径一样，挡风板面积应该从风机风筒顶部面积中扣除，参看4章的流动模型），这时风筒截面的净面积应当修正为（p/4）D风机+2（tan(7) 文氏管高度）2。得出的修正面积是682.326 ft2，因此风速应修正为1558.24 fpm。那么动压回收得到：0.7(0.1963-0.1386)=0.0404吋水柱 因此，基于上边计算的风机制动功率与Hudson公司的不一致。这是因为估价风机动压回收有一个很小的差别，对于Hudson公司风机，在文氏管6.0，静压力为 0.51吋水柱时（不是考虑由热力设计而得的0.0276英吋的动压回收），其额定制动功率为136.7马力。这与没有6.0高的扩压段的，具有0.4825水柱静压的风机相比，则有一个较低的制动马力，总的制动马力少了3.1马力。这就是我们为什麽推荐给消费者的冷却塔风机风筒要有扩压段的缘故。 总的静压力：这压力值是扣除了压力回收的增量，即速度补偿，总压值来自空气入口，百叶窗，填料，收水器和风机进口的一系列压力降的总合。总的静压=（0.1055+0.3128+0.0423+0.0491）-0.0276=0.4825吋水柱 全压：这是总的静压与动压之和全压=0.4825+0.1963=0.6788吋水柱(3) 风机直径：如上所述，风机最少覆盖每个单元横截面的面积应不低于（引风式）冷却塔面积的30%，或者不低于填料面积的30%。 风机覆盖塔单元4242的截面积的30%，即等于529.2 ft2, 这样直径等于25.96 ft。 风机覆盖填料净面积的30%，523。91 ft2, 直径等于25.83 ft。由上述风机覆盖面可断定，26或28的风机可被采用，考虑风机轴功率，风机价格，风机风筒价格，及叶片与筒壁间隙等，28的应用会更好些，正如上面流量，风压表所见，风机流速低于2000fpm，所以是最好的选择。(4) 风机转速：转速在风机叶片数选择前应该定下来，因为风机转速直接对应风机制动功率，和共振频率的余度，转数改变其制动功率和共振余度也要变。如果可能，考虑制造商的标准减速比是一个良好的选择，如果没有标准的减速比，应考虑成本和供货。使用AMARILLO的AGC-1712-14产品可满足额定功率和速比需要，风机转速=1770/14000=126.4rpm（电机全载转速/精确减速比）(5) 风机叶片数：它直接受减速器振动（材料，结构等），制动功率/叶数，风机转速，最小共振频率等因素的限制，为了使减速器处振动不大于80微米，最小需要6个叶片。对28的风机，此时已超过允许的极限，叶片制动功率/叶片数（24=最大制动马力/叶数-4马力），此时6叶片风机不能应用，勉强用7叶片时，将是接近压力余度的运行线。最终能满足“制动马力/叶数”和最小压力余度10%的选择是8叶片。(6) 自动选择：风机直径和叶片数最佳选择方案是对应相应的流量情况，HUDSON风机选择程序给出所有风机直径和叶片数的变化是立足于成本/小时。你应选择最低的“成本/小时”，但它也和塔的应用方案有关，运行的“成本/时”计算基于如下几个变量。 风机价格调节：1.0 使用年限：规定10年 工作小时/年：定为8000小时 电费：0.46 $你可以通过计算修改“成本/小时”，用下列公式：（表中价格修正价格） 风机马力0.746(kW/h) 成本/(kWh) + 使用年（工作小时/年） 总效率风机程序给出了所有有用的解答，即在给定流量下风机叶片数和风机直径，对于上述举例，其结果除了风机直径和叶片数外，还包括下列情况： 启用风机：应用的冷却塔方案 叶片类型：H型 静压：0.4825”水柱 流量：1063126 呎3/分（acfm） 出口空气密度：0.0688 磅/呎3 共振频率余度：5%哈德森风机计算程序输出所有解答都是对给定流量的。这个解答就是风机所有尺寸，叶数都是对应相同一个流量的情况，包括它运行的“成本/时”，如果你选不出所要风机，可尝试用不同的浆尖速度。2风机性能变化的规律1） 风机规律各种类型的风机都遵循一定的规律，当风机运行情况变化时,这些规律可用于预示,风机性能，安装工作的要求，所需尺寸空间，功率，以及转速限制。从下面的（1）到(6)条的一组规律中，Q是体积流量，P是静压动压或总压,这些规律要求风机尺寸是几何相似的，即各个方向都成比例的才可以应用，另外风机直径一般是标准的尺寸。(1)转速是变化的（rpm）,空气密度不变,系统不变a) Q：与转速成正比b) P：与转速平方成正比c) 功率：与转速立方成正比(2)风机尺寸变化（有相同的叶片数） 保持桨尖速度和密度不变，保持风机固定的运行点。a) Q与直径平方成比例b) P不随直径变c) rpm与直径成反比d) 功率与直径平方成正比(3)风机尺寸是变化的（保持相同叶片数）rpm不变，密度不变a) Q与直径的立方成比例变化b) P与直径的平方成比例变化c) 桨尖速度与直径成比例d) 功率与直径五次方成比例(4)空气密度变化流量不变，系统不变，风机尺寸不变，转速不变化a) Q保持不变b) P与密度成正比c) 功率与密度成正比注：应用冷却塔应当在夏季设计,如果入口的湿球温度下降，塔将产生较低的出水温度，使之消耗的功率稍有增加。(5)空气密度变化风压不变，系统不变，固定风机尺寸，风机转速变化a) Q与密度的平方根成反比b) P保持常值c) rpm与密度的平方根成反比d) 功率与密度的平方根成反比(6)空气密度变化空气重量不变，系统不变，风机尺寸固定，改变风机转速a) Q与密度成反比变化b) P与密度成反比变化c) rpm与密度成反比变化d) 功率与密度的平方成反比2） 风机性能的变化改变风机的效率将直接影响冷却塔的性能。风机效率减小，可以由下列因素诱发，风速增加，出口温度增加，叶片未平衡好，桨尖偏摆，叶片表面积垢，和下面主要因素引起：(1)气流速度：这个因素是轴流风机设计和运行状态的主要变量，对大多数冷却塔而言,它是个基本的自变量，但也有例外，如自然冷却塔，定距常转速冷却塔。很多冷却塔都有变距装置，通常叶片桨矩角改变是根据季节而变化的，可防止载荷过大引起不必要的多余功率，保持出口水温的均衡，很多塔也采用多级转速电机以增加空气调节的灵活性。(2)风机转速：在保持功率不变的情况下，风机转速正好影响效率，一般而言，在高静压下，在较低转速下，增加转速将导致效率增加。反之，在相对较低静压和高转速下，增加转速将可能降低效率。要更确切了解其风机转速的影响，最终还应当看相应的风机曲线。(3)空气密度：因为空气密度是随环境温度和压力（海拔高度）而变化，因此必须考虑空气密度对系统设计和风机性能的影响，系统设计都必须估计真实的空气密度，以便可靠的确定系统所需的流量和损失，因为风机实质上是一个恒流量的机械，风机流量保持恒定与密度无关，但是总压和功率是与密度成正比的。(4)进口情况：风机进口的设计对性能有重要的影响，一个不良的进口将影响气流分布并降低效率。风机进口应有光滑的内部表面，由进口到出口有一个良好的通道，以免气流方向变化或突然的收缩和扩张，在叶片尖部的流动尤其重要。这种损失有两种“类型”；第一静脉堵塞（指流动面积变得最小称为静脉堵塞），使之动压增加，第二是叶尖的不足，下图给出了风机运行在短通道内的全压，功率和效率的损失。(5)速度扩压段：大多数冷却塔，具有速度扩压段,这是非常普通的事，风机扩压段用于节省能量，使动压转成静压，回收的静压显示在入口处增加了吸力，对于较大的动压回收，其高度直径比由0.6到1.0。一个设计较好的扩压段，在理论上使动压得到恢复，其值可达到70%-90% 。冷却塔可估算的能量损失就是出口的动能。很明显，塔内流体的动压与出口扩压段动压比，其压差是很高的，由风机平面到出口平面的风速是逐渐降低的，减小出口空气动能实际上是功率的储存。例如，具有短通道出口的冷却塔（出口扩压高度直径比为0.2），出口运行情况如下时，其动能的减少可以忽略不计。 风机输出功率147.2马力 静压0.51吋水柱 动压0.1963吋水柱如果风机短通道使动压得以回收，那么动压减少到0.1687呎水柱，表现出风机效率和流量没有变化，风机功率的减少为：HP2=HP1（TP2/TP1）=147.2(0.51+0.1687)/(0.510.1963)=141.4马力(6)桨尖间隙：风机叶片尖部与风筒壁的间隙常常被忽略，其实它是要影响风机和冷却塔性能的。大的间隙将会使叶片上表面的脱体涡逼到低压区，导致流量减少，效率降低。风机安装在塔中的桨尖间隙可选2吋，因为制造大型玻璃钢筒体段具有较大的误差，除此之外，风筒壁的偏心几乎可达1吋。风机厂商应当推荐保证风机性能的最小间隙。但是安装达到最小间隙是很困难的，必须仔细小心安装设计风机风筒，而且最小间隙低于1/2吋常常不被用，也无法实现，特别是大型冷却塔，风机和风筒壁间的热胀冷缩使小间隙无法实现。间隙是降低风机性能的重要因素，必须仔细研究，具有过大的间隙可使风机效率降低20%。因为风机主要工作是叶片外側1/3的范围完成，过大间隙将导致入口空气由高压区向低压区回流，通常间隙不大于冷却塔风机直径的0.3%，这将意味者28呎的风机间隙不大于1吋，或9呎风机间隙不大于0.32吋。有时这不一定都是可能的，特别是大型冷却塔，由于热膨胀和安装的精度限制，不一定都能实现，因此，下面给出Hudson公司推荐的间隙值及他们的应用情况：风机尺寸最小最大直到 14呎3/8 吋3/4吋16 - 20呎1/2吋1吋22 - 30呎3/4吋1-1/4吋用减少间隙改进风机效率是合理的，是基于如下的基础： 使叶尖和风筒之间的损失最小化，因此平均垂直速度流量增加。 出口空气垂直切面速度要均匀，即风筒切面上的空气流动更平坦。 假如平均间隙大于上述的最大值，围绕风机叶片的面积附近将产生压力损失，由于总压和流量的减少，风机效率急剧降低，同时因效率下降会使轴功率略有下降，如果这种情况是不可避免的，那么就要与CHUNGROK商量计算压力损失和效率，通常是对给出的风机性能曲线乘以因子来修正总压。在桨尖间隙增加时，差不多消耗功率也有减小，而流量是明显减少.大的间隙使效率减少，是因为输入功率的减少不象流量减少的那么多。桨尖间隙乘积因子桨尖间隙乘积因子= 0.10%风机直径1.0000.50% 风机直径.0.9500.20%风机直径0.9900.60%风机直径0.9250.30%风机直径0.9750.70%风机直径0.9000.40%风机直径0.9650.80%风机直径.0.875(7) 风机性能误差：有很多因素会引起风机性能产生误差。AMCA允许的误差等级为，流量2.5%，压力5%。实际上应用安全系数进行设计，是预期系统误差的公认法。因此常常要把计算所需静压增大10%，把计算出的流量增加5%，既风机实际的运行点与设计点是不同的，因为估计的系统阻力和流量常常在实际中超出。假定的风机性能，有三个公认的要素会影响风机性能：“不适当的出口气流”，“进口气流不均匀”，“风机入口的涡”。这些情况改变了风机的空气动力特性，完全理想的流动未能实现。如果对风机的出口，入口未进行相应设计和安置，不理想流动将发生。其它影响性能因素为： 设计系统与安装系统的空气动力性能有很大不同 填料变脏将增加阻力，从而减少气体流量。3.风机效率风机有两种效率需要考虑的，风机数据表中给出的效率，可以由于叶片平衡不好，较大的桨尖间隙，叶片不准确，叶片表面积垢阻碍空气的流通而减少，通风换气的通道形状和其他因素是在第二章要讨论的。冷却塔中用定距转速风机也有影响，前面说的风机效率对热性能也是相关的。静压效率=静压(吋水柱) 流量(呎3/分)/6356功率(马力)总压效率=总压(吋水柱) 流量(呎3/分)/6356功率(马力)其中：功率：性能曲线上查得的制动功率静压：给定密度下的实际静压全压：给定密度下的实际全压6356：单位变换系数（1吋水柱=5.2嗙/呎2）1马力=33000 嗙呎/分 ， 对应的5.2(吋水柱)/33000马力=1/6356HUDSON风机性能曲线是采用AMCA（空气运动及调节控制协会），“风机试验室试验法”中标准210-74的试验情况下得出的，与图13相符合的性能曲线,并附在后面。实际的效率通常与试验情况不符，除非实际使用环境与试验情况相似，经常有一些因素会减少风机效率，如何来改善这些影响因素将在这里给出。1) 风机系统效率当我们设计空气流动机构时，一个重要的工具是风机性能曲线。应用这些风机性能曲线，使我们绘制的阻力曲线与系统需要相匹配。通过运行点我们可以确定风机桨距角和需用功率，几乎所有的风机桨距角都可以改变，如果流量太低，使桨距角变大些，流量也大些，如果风机效率和流量不能计算，那么轴功率与流量三次方成比例，如流量增加10%，功率要增加33%，即功率2=（Q2/Q1）3功率1=1.13HP1=1.331HP1=HP2风机性能曲线通常是在理想情况下求得的，并且具有较好的重复性。德克萨斯州应用力学（A，M）研究与发展中心，是唯一一个在美国的独立试验室，并且是AMCA鉴定过的风筒。试验室试验的风机和设备，是模拟60呎风机的。对于高性能轴流风机，5呎模型的一般桨尖间隙为0.04 吋，入口有比较理想的较大的喇叭口，其结果是得出较好的气动性能和很小的损失，全压效率通常是在0.750.85范围内。然而，很多风机实际试验的经验告诉我们，“实际性能”只是0.550.75的全压效率，这个差异是“风机系统效率”，尽管风机效率应当是相同的，但风机系统的效率是有较大的差别的，有时我们发现它的能力是不足的，需要复出昂贵的代价来修正，最大的问题是什么呢？一般说是桨尖损失，风机轮毂处的回流和环流造成的损失，情况如下图：风机作功产生的压力是抵抗两部分阻力，静压是系统阻力之和，动压是用于加速空气，使速度由零到设计速度，只有静压功是有用功，用英吋水柱测量的轴流风机总压范围是02吋。2) 系统损失：系统效率的静压损失发生在下面几个方面：(A) 损失发生与其说是固有系统设计形成，倒不如说是可变化的物理特性所至。风机运行点一旦确定，系统损失也就确定，不易发觉，不能修改。它消耗了系统的潜在效率，它是一种损失。在这个例子中，系统“损失”包括：风机选型，风机的直径的选择，风机运行点的选择。(B) 损失由于“环境特性变化”引起的：轮毂无挡风板，间隙太大，风筒入口不好，风叶处速度偏高，风筒漏气，开天窗形成损失，格栅的干扰等设计未考虑的因素。(C) 其他性能损失是由于热空气回流引起的，要改善这方面的影响只有“改变环境特性”。下面要讨论的范畴为，（a）风机要有挡风盖板;(b)讨论范畴是风机塔内的风室系统;(c)讨论覆盖在下面的多余的空气流动如下(1)风机自身问题：风机行业过去有时可能是低效的，但大多数情况不是这样的。例如叶片自身设计的问题，现在的风机通常用玻璃钢或挤压成型的铝材，挤压铝材叶片总是等弦长，而模压的玻璃钢叶片可以是比较复杂的形状，叶片设计基本约定之一，是在整个风机叶片处，产生均匀的气流。空气动力原理之一是任一半径处的叶片做功，是叶片宽度，攻角，切线速度平方的函数。翼型设计中“攻角”意味者所处半径处叶素所需要的扭角量。随着叶片半径从桨尖向轮毂减少时，切线速度会急剧下降，为了得到均匀的速度分布，叶片的宽度和扭角就要增加，如果叶片弦长的宽度不能增加，应增加扭角来补偿。如果用挤压成型叶片,其扭角应当用机械扭转使达到规定角度，由于机械扭角受到弹性极限的限制，用铸造法制造叶片会使弦长和扭角更符合要求。重要的观点是叶片自身设计可能产生不均匀气流并且低效率，另一方面是轴流风机的固有特性，既“涡流问题”，它使出口速度出现偏斜，这是扭矩影响的结果。在风机的内側叶片的风速方向是相反的，使净量减少，这是完全可以测出的。空气的回流是可以避免的，只要用一个风机直径25%-30%挡风板即可，轮毂的挡风板是轴流风机配套的标准设备。 这个图给出了，有、无挡风板引起性能差别的实例，数据主要来自冷却塔厂家的细心测量。曲线“A”是挤压铝合金直线叶片无挡风板情况，“B”是有稍度的玻璃钢叶片并有桨帽(挡风板)。两个都是20呎直径的风机，在同一载荷、功率和转速下得到的，值得指出直线型叶片在40%处产生负流量，而有稍度的则无负流量。 另一方面，系统的效率取决于风机运行点，在那点，系统阻力与所需流量曲线，与选定风机性能曲线相交，交点也就是运行点。在这个点，风机输出正好是流量和压降所需，这个运行点是运行在，某个安装角、某个实际ft3/m流量、总压、转速下。在这个特定的安装角下，可以抵抗系统阻力，达到所需求的流量，这个压力和流量是桨尖速度的函数。对于某一个速度，只有一个安装角度能满足系统运行要求，风机在这个运行点的效率是一个孤立值，在通用范围内，在桨距角的调整变化中，风机效率可改变10%-15%，一直到风机曲线出现“失速”前，都是可以运行的范围，这“失速”点很容易在风机曲线上找到，它类似于水