课件3-风机的选择、复核及布置.docx

风机的选择、复核及布置 1 风机基本知识介绍按风机作用原理的不同，有叶片式风机与容机式风机两种类型。叶片式是通过叶轮旋转将能量传递给气体；容积式是通过工作室容积周期性改变将能量传递给气体 。两种类型风机又分别具有不同型式。 离心式风机叶片式风机 轴流式风机 混流式风机 往复式风机容积式风机 回转式风机按风机工作压力（全压）大小分类（1）风扇 标准状态下，风机额定压力范围为98Pa(10 mmH2O）。此风机无机壳，又称自由风扇，常用于建筑物的通风换气。（2）通风机 设计条件下，风机额定压力范围为98Pa14710Pa(1500 mmH2O)。一般风机均指通风机而言，也是本章所论述的风机。通风机是应用最为广泛的风机。空气污染治理、通风、空调等工程大多采用此类风机。（3）鼓风机 工作压力范围为14710Pa196120Pa。压力较高，是污水处理曝气工艺中常用的设备。（4）压缩机 工作压力范围为196120Pa，或气体压缩比大于3.5的风机，如常用的空气压缩机。一般空调通风工程中常用的风机，按其工作原理可分为离心式、轴流式和贯流式三种。近年来在工程中广泛使用的混流式风机以及斜流式风机等均可看成是上述风机派生而来的。1.1离心式风机：可以在很宽的压力范围内有效地输送大风量或小风量，性能曲线（G-H）较平坦，因而在流量变化过程中，对风压的稳定性较好。如果系统的实际阻力与设计点相差较大时，会严重影响风机的风量。随着风量的增大，离心风机的耗电量将迅速加大因此，离心风机应关阀启动。1.2轴流式风机：低风压下输送大风量，其流量较高，压力较低，性能曲线（G-H）大都属于陡降型。因此，轴流风机的风量相对比较稳定，在系统风压变化较大时，风量变化比较小。随着风压得增大，轴流风机的耗电量将迅速加大，在零流量时耗电量达到最大，因此，轴流风机应开阀启动。轴流风机在性能曲线最高压力点的左边有个低谷，这是由于风机的喘振引起的，使用时应避免在此段区间运行。通常情况下轴流风机的噪声比离心风机高、效率比离心风机低。1.3混流式和斜流式风机：外形与轴流风机类似，都属于管道式风机的范围。可提供中等的风量和风压，风压高于同型号的轴流风机，风量大于同型号的离心风机，效率较高，高效区较宽、噪声较低、结构紧凑且安置方便，应用较为广泛。1.4贯流式风机：全压系数较大，效率较低，适宜于空气幕等设备。从用途上可分为通用、消防排烟用、屋顶、诱导、防腐、排尘和防爆型等。 图1-1（风机性能曲线比较）a曲线-轴流风机 b曲线-离心风机 c曲线-混流或斜流风机1.5风机的全称风机的全程包括名称、型号、机号、传动方式、旋转方向和风口位置六部分。1.5.1名称：风机的名称由三部分组成：（1） 风机的用途或输送介质，其称呼和代号见表1-1规定。（2） 风机叶轮的作用原理，有离心式、轴流式等。（3） 风机在管网中的作用和压力高低。 常用风机产品用途代码 表1-1用途类别代号汉字简写一般通用通风换气通用T防爆气体通风换气防爆B防腐气体通风换气防腐F纺织工业通风换气纺织FZ船舶用通风换气船通CT矿井主体通风矿井K隧道通风换气隧道CD排尘通风排尘C锅炉通风锅通G锅炉引风锅引Y1.5.2型号：型号组成的顺序（见表1-2和表1-3） 离心式通风机型号组成顺序 表1-2型号型式品种 示设计序号 示比转数 示压力系数 示用途 No 示机号说明：1 用途代号按表1-1规定 2 压力系数采用以为整数。个别前向叶轮的压力系数大于1.0时，亦可采用两位整数 表示。若用两叶轮串联结构，则用2X压力系数表示。 3 比转数采用两位整数。若用两叶轮并联结构，或单叶轮双吸入结构，则用2X比转 数表示。 4 若产品的型式中产生有重复代号或派生型时，则在比转数后加注序号，采用罗马数 字体I，II等表示。 5 设计序号用阿拉伯数字1、2等表示。供对该型产品有重大修改时用。 若性能参数、 外形尺寸、地基尺寸、易损件没有更动时，不应使用设计 序号。 6 机号用叶轮直径的dm数表示。 轴流式通风机型号组成顺序 表1-3型号型式品种 示设计序号 示转子位置 示叶轮毂比 示用途 示叶轮数 No 示机号说明：1 叶轮数代号，单叶轮可不表示，双叶轮用2表示。 2 用途代号按表1-1规定。 3 叶轮毂比为叶轮底径与外径之比，取两位整数。 4 转子位置代号卧式用A表示，立式用B表示。产品无转子位置变化可不表示。 5 若产品的型式中产生有重复代号或派生型是，则在设计序号前加注序号。采用罗马 数字体I，II等表示。 1.5.3机号：以风机叶轮直径的dm值（尾数四舍五入）冠以符号No表示。 1.5.4传动方式（见表1-4和图1-2） 通风机的六种传动方式 表1-4代号ABCDEF传动方式离心通风机无轴承，电机直联传动悬臂支承，皮带轮在轴承中间悬臂支承，皮带轮在轴承外侧悬臂支承，联轴器传动双支承，皮带在外侧双支承，联轴器传动轴流式风机无轴承，电机直联传动悬臂支承，皮带轮在轴承中间悬臂支承，皮带轮在轴承外侧悬臂支承，联轴器传动（有风筒）悬臂支承，联轴器传动（无风筒）齿轮传动图1-2 风机的传动方式（a）离心风机的传动方式 （b）轴流风机的传动方式1.5.5旋转方向从主轴槽轮或电动机位置看叶轮旋转方向，顺时针者为右，逆时针者为左。1.5.6风口位置离心风机的风口位置，以叶轮的旋转方向和进出风口方向（角度）表示。写法是：右（左）出风口角度/进风口角度。其基本出风口位置为八个，特殊用途可增加补充，见图1-3和表1-5。图1-3 离心风机出风口位置 离心风机的风口位置 表1-5 基本的04590135180225270315补充的15306075105120150165195210（240）（255）（285）（300）（330）（345）轴流风机的风口位置，用进（出）若干角度表示，见图1-4。基本风口位置有四个，特殊用途可增加，见表1-6。图1-4 轴流风机风口位置 轴流风机的风口位置 表1-6 基本的090180270补充的45135225315 1.6单台风机的工作特性 1.6.1风机的构造和性能曲线本专业常用的离心式风机、轴流式风机和贯流式风机等的构造性能曲线及应用范围详见附表（附最后）（1） 离心式风机离心式风机由集流器、叶轮、机壳和传动部件组成。A叶轮是离心泵风机传递能量的主要部件，它由前盘、后盘、叶片及轮毂等組成。叶轮上叶片的结构形式分为前向式、后向式和径向式。如图1-5所示。图1-5 离心式风机叶片的结构形式（a） 前向式；（b）后向式；（c）径向式 B集流器：将气体引入叶轮的方式有两种，一种是从大气直接吸气，称为自由进气；另一种是用吸风管或进气箱进气。不管哪一种进气方式，都需要在叶轮前装置进口集流器。集流器的作用是保证气流能均匀地分布在叶轮入口断面，达到进口所要求的速度值，并在气流损失最小的情况下进入叶轮。集流器形式有圆柱形，圆锥形，弧形，锥柱形和锥弧形等，如图1-6所示。弧形，锥弧形性能好，被大型风机所采用以提高风机效率，高效风机基本上都采用锥弧形集流器。(a)圆柱形 (b)圆锥形 (c)弧形 (d)锥柱形 (e)锥弧形 图1-6 集流器形式C涡壳：涡壳作用是汇集叶轮出口气流并引向风机出口，与此同时将气流的一部分动能转化为压能。涡壳外形以对数螺旋线或阿基米德螺旋线最佳，具有最高效率。涡壳轴面为矩形，并且宽度不变。涡壳出口处气流速度仍然很大，为了有效利用气流的能量，在涡壳出口装扩压器，由于涡壳出口气流受惯性作用向叶轮旋转方向偏斜，因此扩压器一般作成沿偏斜方向扩大，其扩散角通常为68，如图1-7所示。离心风机涡壳出口部位有舌状结构，一般称为涡舌（图1-7）。涡舌可以防止气体在机壳内循环流动。一般有涡舌的风机效率，压力均高于无舌的风机。图1-7 涡壳 图1-8 进气箱D进气箱：气流进入集流器有三种方式。一种是自由进气；另一种是吸风管进气，该方式要求保证足够长的轴向吸风管长度；再一种是进气箱进气，当吸风管在进口前需设弯管变向时，要求在集流器前装设进气箱进气，以取代弯管进气，可以改善进风的气流状况。进风箱见图1-8所示。进气箱的形状和尺寸将影响风机的性能，为了使进气箱给风机提供良好的进气条件，对其形状和尺寸有一定要求。 （1）进气箱的过流断面应是逐渐收缩的，使气流被加速后进入集流器。进气箱底部应与进风口齐平，防止出现台阶而产生涡流（见图4-4）。 （2）进气箱进口断面面积与叶轮进口断面面积之比不能太小，太小会使风机压力和效率显著下降，一般/1.5；最好应为/=1.252.0（见图4-4）。 （3）进风箱与风机出风口的相对位置以90。为最佳，即进气箱与出风口呈正交，而当两者平行呈180时，气流状况最差。 E入口导叶：在离心式风机叶轮前的进口附近，设置一组可调节转角的导叶（静导叶），以进行风机运行的流量调节。这种导叶称为入口导叶或入口导流器，或前导叶。常见的入口导叶有轴向导流器和简易导流器两种。离心式通风机的压力分区：高压P3000Pa 适宜工业通风或特殊工程通风中压1000PaP3000Pa 适宜工业与民用建筑的通风、空调低压P1000Pa 用于建筑的通风、空调系统（2） 轴流式风机轴流式风机主要有集风器、叶轮、轮毂、机壳和传动部件组成。由于轴流式风机（包括轴流式泵）具有较大的轮彀，故可以在轮彀内装设动叶调节机构。动叶调节机构有液压式调节和机械式调节两种类型。该机构可以调节叶轮叶片的安装角，进行风机运行工况调节。目前，国内外大型轴流风机与轴流泵都已实现了动叶可调。导叶是轴流式风机的重要部件，它可调整气流通过叶轮前或叶轮后的流动方向，使气流以最小的损失获得最大的能量；对于叶轮后的导叶，还有将旋转运动的动能转换为压能的作用。叶轮后设置导叶称后导叶。后导叶设置在轴流风机和轴流泵中普遍采用。叶轮前设置导叶称为前导叶。目前，中、小型轴流风机常采用前导叶装置。在叶轮前后均设置导叶是以上两种型式的综合，可转动的前导叶还可进行工况调节。这种型式虽然工作效果好，但结构复杂，仅适用于轴流风机。轴流式（通）风机结构示意图（两级叶轮）1 进气箱 2 叶轮 3 主轴承 4动叶调节装置 5 扩压器 6 轴 7 电动机 轴流式风机的压力分区：低压P500Pa 适宜各种通风换气高压P500Pa 适宜各种通风换气（3） 贯流式风机贯流式风机是将机壳部分地敞开，使气流直接径向进入叶轮，气流横穿叶片两次后排出。1.6.2风机的管网特性从风机工作的通风系统看，在吸风口和送风口处存在有静压差外，管网的特性曲线取决于管网的总阻力和管网排出时的动压。 图1-9 管网中风机的工作特性 P=SQ2 （1-1）即管网的阻力特性曲线呈抛物线向上，随流量的增大而增大，如上图1-9所示。风机特性曲线和管网特性曲线的交点即为该风机在管网中的工作点。风机的轴功率的核算1.6.3风机的功率风机所需的轴功率NZ（kW）。 （1-2） 式中 Q风机所输送的风量，m3/h； P风机所产生的风压，Pa； 风机的效率； 风机的传动效率，见表1-7。 风机的传动效率（%） 表1-7传动方式电动机直联联轴器连接三角皮带传动1009895配用风机的电机功率N，可按式计算 N=KNZ （1-3） 式中 K电动机容量安全系数，见表1-8所示。 电动机容量安全系数K 表1-8电动机容量（kW）0.50.51.012255K1.51.41.31.21.13 1.6.4风机的比转数风机的比转数ns，表示风机在标准状态下流量Q、压力P和转速n之间的关系，同一类型的风机，其比转数必然相等。 （1-4）一般离心式通风机的比转数为1580，轴流式通风机的比转数为100500。1.7 多台风机联合工作的工作特性风机并联工作可以提高风量，串联工作可以提高风压；但联合运行与单台运行比较总会引起经济性和可靠性的降低，因此在非必要的情况下，应尽量不采用。 1.7.1 并联工作 图1-10为两台风机并联运行的性能曲线。左为两台相同风机的并联运行，右为两台不同 风机的并联运行。 图1-10 对两台相同风机，对两台不通风机的并联运行，在A点并联运行工况是良好的风量小于两台风机单独运行时的风量之和，但大于单台风机时的风量。B、C两点则不好，在B点，两台风机并联运行的风量等于1风机的风量；在C点，并联风机运行的风量小于1风机的风量。应注意避免并联风机在阻力大的情况下运行。 1.7.2 串联工作 图1-11 表示两台性能不同的风机串联运行的性能曲线。 图1-11B点是串联运行的临界点，即串联运行的性能曲线和单台风机性能曲线的交点。工况点在B点的左方，串联运行可增加气体的压力和流量，离B点越远，串联运行的效果越好，反之，工况点在B点的右边，串联运行没有效果，气体的压力和流量比单台风机2单独工作时的流量和压力还小。因此，一定要经过综合性能分析后，再确定串联运行是否有效。总结可知，如果布置不得当，并联工作不但不能增加风量，可能会比单台通风机的风量还小；串联工作不但不能增加风压，而且会比单台通风机的风压小。这是必须避免的。在不得不进行多台风机并联或串联运行时，宜选择相同特性曲线的通风机。1.8 非标准状态下风机的风量、风压、功率 1.8.1 改变介质密度、转速时 （1-5） 1.8.2 当大气压力P0及其温度t改变时 Q=Q0 （1-6） 式中 标准状态或性能表中的风量、风压、功率、 效率、转数和大气压； 实际工作条件下的风量、风压、功率、效率、 转数、大气压和温度。标准状态：大气压力101.3kPa、温度20、相对湿度50%、密度1.2kg/m31.9 风机的运行调节1.9.1 改变管路阻力调节法 通过管路系统中阀门等节流装置的开启程度增减管路阻力，以改变管路特性曲线， 达到调节流量的目的。该方法适用于小范围调节风量条件，操作简便，但耗能、 不经济。1.9.2 风机入口导流器调节法 通过风机入口导流叶片角度的调节，改变节流阻力和气流入口流向，达到调节流 量的目的。这是一种比较经济的风量调节方法。1.9.3 改变风机转速调节法 随着风机转速降低，风机的效率基本保持不变，其功率则由于流量和压力的降低 而迅速降低。一般改变转速的方法：变频调速、变级调速等。此方法是最节能、 经济的风量调节方法。 2 风机的选择2.1 根据风机输送气体的性质、安装场所、能耗及价格、噪声等以及对应管路系统的 基本特性，确定选用风机的类型。2.1.1 输送气体的性质：如用于厨房灶具排风时，由于空气中带有较多油污，采用电机 内置的轴流、斜流或混流风机时，电机容易受到油烟的损坏，这时一般应采用电 机外置的普通离心风机。用于消防排烟时，由于烟气温度可达280，普通电机 不能直接置于气流之中，因此离心风机仍然是较好的选择；也可采用电机内置但 完全与气流隔绝的消防排烟专用轴流风机。用于排除腐蚀性气体，如酸性蓄电池 间排风，风机需要防腐型的。用于有爆炸性危险的场所的风机，如煤气表间等， 风机和电机均应采用防爆型。2.1.2 安装场所：由于离心风机具有较高的效率，在有足够的风机房位置时，尽量采用 离心风机。当位置紧张或无风机房时，可采用管道式风机。2.1.3 能耗及价格：一般来讲离心风机是首选。2.1.4 噪声：尽可能采用低噪声风机，尤其是风机未安装在风机房时。一般来讲，参数 相近时，离心风机噪声最低2.2 根据管路特性曲线和风机性能曲线，确定风机的风量和风压。 2.2.1 风机风量应附加风管和设备的漏风量。送、排风系统可附加5%10%，除尘系统 可附加10%15%，排烟兼排风系统宜附加10%20%。 注：上述附加百分率适用于最长正压管段总长度不大于50m的送风系统和最长负压管 段总长度不大于50m的排风系统。对于比这更大的系统，其漏风百分率可适当增 加。全面排风系统直接布置在使用房间内，则不必考虑漏风的影响。 2.2.2 风机采用定速时，一般空调通风系统风机的压力在系统计算的压力损失上附加 10%15%，除尘系统附加15%20%，排烟系统附加10%。2.2.3 风机采用变速时，风机的压力应以系统计算总压力损失作为额定压力，但风机 电动机的功率应在计算值上附加15%20%。2.2.4 设计工况下，风机的效率不应低于最高效率的90%。2.3 选择空气加热器、空气冷却器和空气热回收装置等设备时，应附加风管和设备等 的漏风量。系统允许漏风量不应超过2.2.1条的规定。2.4 风机输送非标准状态空气时，应对其电动机的轴功率进行验算（选择风机时不必 再对风管的计算压力损失和风机的风压进行修正。） 注：风机样本所提供的性能曲线和性能数据，通常是按标准状态下（大气压力101.3kPa、 温度20、相对湿度50%、密度1.2kg/m3）编制的。当大气压力和空气温度为非标 准状态时，可按下列公式计算，得出转速不变时，该风机在非标准状态下的风压。 （ 2-1） 再根据1-2公式计算风机的轴功率。2.5 当通风系统运行时间较长且运行工况（风量、风压）有较大变化时，风机宜采用 双速或变速风机。2.6 空气中含有易燃易爆危险物质的房间中的送风、排风系统应采用防爆型通风设备； 送风机如设置在单独的通风机房内且送风干管上设置止回阀时，可采用非防爆型 通风设备。 注：空气中含有易燃易爆危险物质的房间中的送、排风设备，当其布置在单独隔 开的送风机房内时，由于所输送的空气比较清洁，如果在送风干管上设有止回阀 时，可以避免有燃烧或爆炸危险性物质窜入送风机房内，这种情况下风机可以采 用普通型。 3 风机的复核 空调通风系统的作用半径不宜过大。风机的单位风量耗功率(WS)应按下式计算，并 不应大于表3-1中的规定。 ( 3-1 ) 式中Ws 单位风量耗功率W/ (m3/h); P 风机全压值(Pa); 包含风机、电机及传动效率在内的总效率 (%) 风机的单位风量耗功率限值W/ (m3/h) 表3-1注：考虑到目前国产风机的总效率都能达到52%以上，同时考虑目前许多空调机组已经 开始配置中效过滤器的因素，根据办公建筑中的两管制定风量空调系统、四管制定 风量空调系统、两管制变风量空调系统、四管制变风量空调系统的最高全压标准分 别为900Pa、1000Pa、1200Pa、1300Pa；商业、旅馆建筑中分别为980Pa、1080Pa、 1280Pa、1380Pa，以及普通机械通风系统600Pa，计算出上述WS的限值。但考虑到 许多地区目前在空调系统中还是采用粗效过滤的实际情况，所以同时列出这类空调 要求，实际上是要求通风系统的作用半径不宜过大，如果超过，则应对风机的效率 提出更高的要求。对于规格较小的风机，虽然风机效率和电机效率有所降低，但由 于系统较小和噪声处理设备的减少，风机压头可以适当减少。据计算，由于这个原 因，小规格风机同样可以满足大风机所要求的WS值。由于空调机组湿膜加湿器以 及严寒地区空调机组通常设有预热盘管，风阻力会大一些，因此给出了单位风量耗 功率（WS）的增加值。需要注意的是，为了确保单位风量耗功率设计值的确定，要 求设计图纸的设备表上都注明空调机组采用的风机全压与要求