风机基础知识

风机基础知识 风机定义 风机是一种品种繁多、应用广泛的输送气 体的通用机械。从能量观点来分析，它是 把原动机的机械能转变为气体能量的一种 机械。 风机分类 按原理分类： 1、容积式：往复式、回转式 日常我们所说的罗茨风机就属于回转式的一种 2、透平式：离心、轴流 、混流、横流 透平式的共同特点是通过旋转叶片把机械能转变 成气体能量，因此又称为叶片式机械。（此为我们常见的 一种形式，也是我们要重点讲解的） 3、喷射式 风机分类 按绝对排气压力分类： 1、通风机： 11.27104 Pa 2、鼓风机： （ 11.27-34.2)104 Pa 3、压缩机： 34.2 104 Pa （仅供参考） 风机分类 按用途分类 工业锅炉用风机 地铁隧道用风机 一般通风排风用风机 消防风机 工业风机 矿井风机 风机主要性能参数 进口标准状态 : 进口压力： 1个标准大气压，即 101325Pa ，或 760mmHg 温度： 20 相对湿度： 50% 一般我们常用的风机由于压力温度变化较小 ，所以可不考虑气体由于温度、压力变化所 产生的密度变化，可以按照标准状态下空气 密度： 1.2 kg/m3来做计算。 风机性能参数 流量 Q 定义：单位时间内通过风机流道某一截面 的气体容积，故又称容积流量 单位： m3/s， m3/min ， m3/h， CFM 一般风机流量的计算用风机出风口面积 A 与风机出风口处的风速来计算表示为 风机性能参数 压力 1，静压 Pst：在平直流道中运动的气体于某一 截面垂直作用于壁面的压力。通常为测得值。 在某些离心风机样本里也被称为真空度。 动压 Pd：该截面上气体流动速度所产生的平均 压力 Pd=v2/2 全压 Pt：同一截面上气体静压、动压之和称为 气体全压，风机进出口气体全压之差称为风机 全压，即 Pt=Pst+Pt 风机性能参数 静压比 在管道设计的水力计算中，要考虑管道 的阻力损失，管道中风速越大，阻力损失 就越大，能量衰减的越快，所以对于风机 来讲，静压比是个非常重要的量值，表示 为 =Pst/Pt。 风机性能参数 功率 1、有效功率 Pe：风机所输送气体在单位时 间内从风机获得的有效能量 Pe=PtQ/1000 kW 式中： Pt Pa， Q m3/s 2、轴功率 Psh：单位时间内原动机传递给 风机轴上的能量，一般电机直连的风机轴功率 即为电机功率，如果用皮带或者其他传动方式 的，要考虑到功率传递系数的影响。 风机性能参数 风机效率 风机全压效率 t：风机全压有效功率与风机 轴功率之比 t=Pet/Psh=PtQ/1000/Psh 风机静压效率 s：风机静压有效功率与风机 轴功率之比 t=Pes/Psh=PstQ/1000/Psh 风机性能参数 风机转速 n 单位： r/min 或 rpm 作用：风机所有性能参数均将随转速的变化 而变化 常用的电机转速计算公式为， n=120f/p， n为转速， f为电源频率， P为电机极 数 (常见 2、 4、 6、 8、 10） 电机直连风机的转速为电机转速，可通过改变电 源频率改变风机转速。 若是皮带传送可根据调节原、被动皮带轮直径比 例改变风机转速。 风机性能参数 下图中就是主要的测试风压的参数 风机性能参数 如上图所示， Pt1测试值为进风口全压， Pt2为出风口 全压，则风机全压 Pt=Pt2-Pt1。 Ps1为进风口静压， Ps2为出风口静压，则风机静压为 Ps=Ps2-Ps1。 风机动压一般为 Pd=0.5v2，所以一般测量出风速 v，则 动压可得。 风量的得出也是通过计算得出 Q=A*v， A为风机出风口面 积。 风机的噪音也是测试得出，一般在距离出风口 1米，下 方 45角放置测试仪，然后得出频谱图，最后得出风机的 实际噪音。当然风机噪音也可以通过风机流量、压力估算 得出，这个会在后面详细讲到。 风机相似理论 相似条件 1、几何相似 模型与实物几何形状相同，对应的线形长度成比例，对 应角度相等 2、运动相似 模型与实物各对应点速度方向相同、大小成比例，对应 各气流角度相等，即对应点速度三角形相似 3、动力相似 模型与实物之间相对应的各种力方向相同、大小成比例 一般对于一个特定类型的风机，都可以认定为相似风 机，可以通过相似计算得出不同机号、不同转速下的风机 参数。 风机相似理论 相似风机性能参数换算 假设某型风机参数分别为 流量 Q 压力 P 功率 N 转速 n 效率 需换算风机参数 流量 Qm 压力 Pm 功率 Nm 转速 nm 效率 m 则二者之间的换算关系如下： 轴流风机结构 基本构成及其作用： 1、集流器 -改善进口流场 2、导流器 -改善进口流场 3、整流罩 -改善进口流场 4、机壳 -约束流场 5、叶轮：叶片、轮毂及其紧固件 -能量转换 6、导叶 -改善出口流场、回收扭速 7、扩散筒 -转换动压为静压 轴流风机结构 轴流风机基本安装方式 1、立式安装 2、卧式安装 3、倾斜式安装 轴流风机基本调节方式 1、变转速 2、动叶静态调节 3、动叶动态调节 轴流风机原理及特点 气体沿轴向经过集流器，在叶轮处收 到叶轮冲击而获得到一定的动压和静压， 然后流入后导叶，导叶将一部分偏转的气 流动能变为静压能，最后，气体经过扩压 器将一部分轴向气体动能转变为静压能， 然后从扩压器流出，进入管道。 相比于离心风机轴流风机体积小，压力小 ，风量较大，易于安装。 离心风机原理 工作介质轴向流入叶轮，进入叶片流道， 转变为垂直与风机轴的径向运动； 在叶片的作用下，介质获得能量提升： 静压提高、动能增加 待所升高的能量足以克服阻力，则可输送 介质 离心风机结构 离心风机的结构 根据动能转换为势能的原理 ,利用高速旋转 的叶轮将气体加速 ,然后减速、改变流向， 使动能转换成势能（压力）。离心风机中 ，气体从（集流器）轴向进入叶轮，气体 流经叶轮时改变成径向，然后进入扩压器 （蜗壳）。在蜗壳中，气体改变了流动方 向造成减速，这种减速作用将动能转换成 压力能。压力增高主要发生在叶轮中，其 次发生在扩压过程。 离心风机的出口方向 从电机侧正视风机 1、叶轮顺时针方向旋转：右 出风口水平向左时为：右 0o，角度沿 顺时针方向变化 2、叶轮逆时针方向旋转：左 出风口水平向右时为：左 0o，角度沿 逆时针方向变化 离心风机的出风口方向示意图 离心风机三种主要的叶轮形式 离心风机的叶轮相比轴流风机的叶轮复 杂的多，工艺上要求较高，根据叶轮出风 口端的叶片角度可将风机叶轮分为前向型 、径向型、后向型。 离心风机三种主要的叶轮形式 离心风机叶片型式 前向 叶片出口角度 2 90 产生风压较高，但是效率较低 前向型的叶片容易在叶轮间聚 集杂质，易结垢 一般用于风量一般，但是压力 要求高的区域。应用广泛 叶片一般较窄，叶片数量多 常见的 9-19系列、 9-26系列离 心风机即是这种叶轮 离心风机叶片型式 径向 叶片出口角度 2=90 结构简单生产成本较低 参数介于前向型和后向型之 间，但是效率较低，所以现 在应用不是十分广泛，又由 于其不易结垢的特点，只有 在矿井等少数场合使用。 离心风机叶片形式 后向 叶片出口角度 2 90 此种叶轮由于其空气动力学 性能优秀，风量大，压力低 ，但是效率很高，国内一般 的后向型叶轮的离心风机其 效率能达到 80%90%，所 以应用十分广泛，而且因为 其不易结垢的特点，在工业 、化工、电厂等领域应用十 分广泛 工艺要求较高 离心风机叶片型式 后向机翼 由于其叶片断面与机翼相 同故称之为后向机翼型叶 片 由于其独特的结构特点， 在生产过程中要求的工艺 十分严格 独特的叶片形式使其在大 流量状态下功率变化能够 保持一定的幅度，对风机 的设备安全又一定的保护 作用 离心风机理论特性 离心风机理论特性 离心风机理论特性 从上面的两个图表中可以看出在相同的风量下 有余前向型风机的出风口较小，风速较大，导 致其动压部分过高，能量衰减过快，故而效率 较低；而后向型的叶轮则刚好相反，较大的出 风口能使大量的风机动压转换成静压，大大提 高了其效率，而且在风量不断增大的过程中， 前向型叶轮的功率急剧增加，后向型叶轮则平 稳过渡，显示出良好的应变能力，所以在很多 大风量的风机都会选择后向型的叶轮，而在小 风量高压力的环境下前向型的叶轮则表现的更 好。 管网的性能曲线 管网：通风机所工作的系统，包括通风管 道及其附件，如过滤器、换热器、调节阀 等。 管网阻力：在一定的气体流量下所消耗的 压力，它与管网的结构、尺寸、气流速度 有关。 管网阻力表达式 管网阻力 P=KQ2 式中： P-管网阻力 K-管网总阻力系数，对于确定的 管网，其阻力系数 K也是确定的 通风机与管网的联合工作 1、气体从通风机获得能量，其压力、流量之间的关 系按通风机性能曲线变化。 2、气体通过管网，其压力、流量关系又须遵循管网 性能曲线。 3、联合工作的通风机、管网的性能关系： （ 1）通过通风机与不漏气管网的气体流量完全相等 （ 2）通风机的全压等于管网总阻力与出口动压损失 之和 4、通风机在管网调试过程中通过调节管道阻力达到 调节通风机性能的目的。 声 学 基 础 声学物理量 周期 T：完成一次振动的时间， s 波长 ：相邻密部之间的长度， m 频率 f ：每秒钟的振动次数， Hz 一般人耳的听觉范围 20Hz20kHz 声速 C：声波在媒质中的传播速度， m/s 空气中的声速 C=20.05*(273+t)1/2 其中 t为空气温度， 声学物理量的相互关系 f=1/T C=f 声压与声功率 声压 p：声波以疏密波的形式在大气中传播 ，使大气压强发生周期性的波动，在大气 压上下的波动值称为声压， Pa 声功率 w：单位时间内声源辐射的总声能量 ， W 声 级 声压级 Lp Lp=10lg(p/p0)2 其中 p-有效声压 p0-声压基准值， 210-5 Pa 声功率级 Lw Lw=10lg(w/w0) 其中 w-声功率 w0-声功率基准值， 10-12 W 声压级与声功率级的关系 Lw=Lp+10lgS 声功率是间接测量值 声压级可以直接测量 通过面积 S和声压级可计算声功率级 声级分贝值简便计算 -加法 加入两个不同的生源，其声压级分别为 L1、 L2，那么两者叠加后的声压级 L的计算 公式可按照下表做简单计算 如 L1L2，则 L1、 L2的叠加值 L=L1+L L1-L2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 L 3 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 噪音的测试与计算 一般人耳能感受到的声音频率范围在 2020000Hz之间， 而风机的噪音频率在 5010000Hz之间，所以在做风机噪 音测试时，没必要考虑以外的频率段，所以为方便测试， 该频率范围被分成 24个独立波段，称为 1/3倍频带。每 3 个 1/3倍频带可以按照对数形式合成一个倍频带，所以在 一般测试风机噪音时常常能看到 8个不同的倍频带。 噪音的测试与计算 测试风机过程中需要测试出 8个不同倍频带 上所有的声能级，以下图为例： 噪音的测试与计算 在我们的选型文件中我们常常看到这样的 表格 左边 8列数字从 638000即为频谱分析的八 段音频，均为测试值。下行数字即为不同音频 段下的声能级， Lwa为声功率级， dBA为声压 级， Sones为响度，均为计算值，我们平时常 说的风机噪音指的就是声压级 dBA。 Inlet Sound Power by Octave Band Lwa dBA Sones 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 76 83 78 72 69 65 58 53 75 64 13.3 通风机噪音特性预算方法 风机比 A声级 LSA是指风机在单位流量单位压力时 辐射的 A声级，其与 A声级之间的换算公式如下 LA=LSA+10lgQVPtf2-19.8 单位 dBA Las是比 A声级（ dBA）， La是风机 A声级（ dBA）， Ptf是风机全压（ Pa）， QV是风机体积流量（ m3/min）。 一般对于同一结构样式或同一系列的风机，其比 A声级是一 定的，可以通过上面的公式计算 A声级噪音，在多数时候 可以预算出这种风机是否适合某项工程，但这只是预算， 实际风机噪音还需以实际测量为准。 通风机噪音预算方法 通风机噪音 A声级预算公式，由 通风机噪 音限值 可知五种结构的风机的比 A声级 LSA ，可将上述公式列成下表所示各式 结构形式 预算公式 前向叶片离心通风机 LA=29+10lgQVPtf2-19.8 后向板型叶片离心通风机 LA=30+10lgQVPtf2-19.8 机翼型叶片离心通风机 LA=25+10lgQVPtf2-19.8 径向叶片离心通风机 LA=25+10lgQVPtf2-19.8 轴流风机 LA=38+10lgQVPtf2-19.8 通风系统的噪声 主要噪