风机基础知识ppt课件

风机 风机按产生的风压一般分为三大类 即通风机 鼓风机和空压机 核电站用的最多的是通风机 它为核电站各厂房 各不同工作区域的通风 空调系统提供空气输送动力 风机是用于输送气体的机械 从能量观点看 它是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械 而风机是对气体压缩和气体输送机械的习惯性简称 通风机的基本理论 一 通风机的工作原理和理论方程 通风机的工作原理和离心水泵工作原理相同 也是依靠叶轮的旋转运动 使气体获得能量 从而提高了压强和速度 达到输送气体的目的 一 通风机的工作原理 叶轮装在一个螺旋形的外壳内 当叶轮旋转时 流体轴向流入 然后转90 进入叶轮流道并径向流出 叶轮连续转动 在叶轮入口处不断形成真空 从而使流体连续不断地被吸入和排出 二 通风机的理论方程 离心风机的理论方程也是以速度三角形为基础由动量矩定理推导出来的 又因通风机是单级的 对气体压缩性不大 可以认为进 出口气体密度相同 这样就和离心水泵的理论方程完全相同 因此离心通风机也具有离心水泵的理论特性 轴流风机也符合离心通风机理论方程 并遵循机翼理论 它的设计和制造的主要依据是机翼理论 三 通风机的叶片 1 叶片形式根据通风机理论方程和叶轮速度三角形原理 通风机的叶片也有三种形式 即 当叶片安装角 2 90 时为前弯叶片 当叶片安装角 2 90 时为后弯叶片 当叶片安装角 2 90 时为径向叶片 2 三种叶片形式的性能比较 1 前弯叶片 风压最大 叶片最小 效率最差 适应于风压要求高 而转速 n 和叶轮直径 D 受到一定限制的工况 2 后弯叶片 效率最高 叶片最大 风压最低 适应于大功率的风机 3 径向叶片 风压 叶片 效率在三者中均居中 但叶片加工制造简单 不易积垢和磨损 所以一般中 低压风机多采用径向叶片 二 风机的相似换算 相似定律 1 压力换算公式2 流量换算公式3 功率换算公式 三 风机的比转数ns 表征风机最佳工况的特性参数 比转速 nS 一 比转数 二 比转数的应用 1 用比转数ns对风机进行分类 离心式通风机ns 11 90 高压离心风机ns 11 30 中压离心风机ns 30 60 低压离心风机ns 60 90 混流式通风机ns 90 110 轴流式通风机ns 110 500 2 按比转数ns选取满足工况需要的风机 通风机是按比转数命名和确立型号的 如4 72型通风机 该风机型号中的4表示压力系数 72表示该风机的比转数ns 因此可根据工况要求先算出比转数ns 就可以查到满足工况需要的风机 3 比转数用于新风机的相似设计 相似设计的原理是根据两个相似的通风机 其比转数ns必然相等的原理来进行设计新的风机 若已给定新风机的设计参数 如流量Q 全压P 密度 及转速n等 首先计算出比转数ns的大小 然后在已有的经过试验或长期运行性能良好的通风机中 选择出一个比转数ns相同或相近的通风机作为模型机 再将模型机按比例放大或缩小得到新设计风机的几何尺寸 通风机的类型 结构和型号 一 通风机的类型 1 按风机所产生的全压高低分类 通风机小于15kPa鼓风机处于15 340kPa压气机大于340kPa 风机 2 按风机的工作原理分类 叶片式 容积式 离心式 轴流式 混流式 叶氏风机 罗茨风机 罗杆风机 二 通风机的基本结构 1 集流器 集流器也称喇叭口 是通风机的入口 它的作用是在损失较小的情况下 将气体均匀地导入叶轮 目前常用的集流器有如下图所示的几种类型 圆筒形 圆锥形 圆弧形 锥筒形及锥弧形 双曲线形 圆筒形 叶轮进口处会形成涡流区 直接从大气进气时效果更差 圆锥形 好于圆筒形 但它太短 效果不佳 弧形 好于前两种 实际使用较为广泛 锥弧形 最佳 高效风机基本上都采用此种集流器 集流器与叶轮的配合 以套口间隙形式为好 而对口间隙形式一般较少采用 集流器 扩压环 2 叶轮 叶轮是通风机的主要部件 它的尺寸和几何形状对通风机的性能有着重大的影响 离心式通风机的叶轮由前盘 后盘 叶片和轮毂组成 轮毂 后盘 前盘 叶片 叶片与前盘的联接采用焊接 焊接叶轮的重量较轻 流道光滑 后盘与轮毂采用铆接连接 叶轮前盘的形式有如图所示的平前盘 圆锥前盘和圆弧前盘等几种 a 平前盘叶轮 b 锥形前盘叶轮 c 弧形前盘叶轮 d 双吸叶轮 叶轮的结构形式 离心式通风机的叶轮 根据叶片出口安装角的不同 可分为如上图所示的前弯 径向和后弯三种 在叶轮圆周速度相同的情况下 叶片出口安装角越大 则产生的压力越高 所以两台同样大小和同样转速的离心式通风机 前弯叶轮的压力比后弯叶轮的压力要高 但一般后弯叶轮的流动效率比前弯叶轮要好 所以 在一般情况下 使用后弯叶轮的通风机 耗电量比前弯叶轮通风机要小 同时从三种叶轮通风机的性能曲线可以看出 当流量超过某一数值后 后弯叶轮通风机的轴功率具有下降的趋势 表明它具有不超过负荷的特性 而径向叶轮与前弯叶轮的通风机 轴功率随流量的增加而增大 表明容易出现超负荷的情况 如果在通风除尘系统工作情况不正常时 后弯叶轮通风机由于不超过负荷的特性 因而不会烧坏电动机 而其它两类通风机 就会出现超负荷以致烧坏电动机的事故 3 机壳 风机性能的好坏 效率的高低主要决定于叶轮 但机壳的形状和大小 吸气口的形状等 也会对其有影响 机壳为包围在叶轮外面的外壳 一般多为螺线形 断面沿叶轮转动方向渐渐扩大 在气流出口处断面为最大 机壳可以用钢板 塑料板 玻璃钢等材质制成 机壳断面有方形及圆形 一般低 中压通风机的机壳多呈方形断面 高压通风机多呈圆形断面 机壳的作用在于收集从叶轮甩出的气流 并将高速气流的速度降低 使其静压力增加 以此来克服外界的阻力 将气流送出 蜗壳的外形 阿基米德螺旋线 蜗壳出口扩压器 因为气流从蜗壳流出时向叶轮旋转方向偏斜 所以扩压器一般做成向叶轮一边扩大 其扩散角 通常为6 8 离心风机的蜗壳出口处有舌状结构 一般称作蜗舌 蜗舌可以防止气体在机壳内循环流动 蜗舌的组成 1 尖舌 用于高效率的风机 风机的噪音一般比较大 2 深舌 大多用于低转速的风机 3 短舌 大多用于高转速的风机 4 平舌 用于低效率的风机 风机噪音小 蜗舌顶端与叶轮外径的隙s 对噪声的影响较大 间隙s小 噪声大 间隙s大 噪声减小 一般取s 0 05 0 10 D2 蜗舌顶端的圆弧r 对风机气动力性能无明显影响 但对噪声影响较大 圆弧半径r小 噪声会增大一般取r 0 03 0 06 D2 离心式通风机的机壳出口方向 可以向任何方向 使用时 一般由通风机叶轮旋转方向和机壳出口位置联合表示决定 低压离心式风机 中压离心式风机 高压离心式风机 进口直径 低压最大 中压居中 高压最小 叶片数目 压力越高 叶片数目越少 压力越小 叶片数目越多 4 传动部件 离心式通风机的传动部件包括轴和轴承 有的还包括联轴器或皮带轮 是通风机与电动机连接的构件 通风机的叶轮用键或沉头螺钉固定在轴上 轴安装在机座上的轴承中 然后 与电动机相连接 通风机的轴承用的最多的是滚动轴承 离心式通风机与电动机的连接方式共有六种 5 轴流风机一般结构 一般轴流式通风机的结构如图示 叶轮安装在圆筒形机壳中 当叶轮旋转的时候 空气由集流器进入叶轮 在叶片的作用下 空气压力增加 并接近于沿轴向流动 由排出口排出 轴流式通风机和离心式通风机一样有六种传动方式 轴流式通风机的风口位置 分为进风口和出风口两种 一般用出 或入 若干角度表示 三 通风机的型号及命名 离心式通风机的完全称呼包括 名称 型号 机号 传动方式 旋转方向 出风口位置 六个部分 一般书写顺序如下 名称 型号 型号由全压系数 比转数 进口吸入型式和设计顺序号三组组成 全压系数 比转数 进口吸入型式 设计顺序号 全压系数 比转数 为比转数化整后的值 进口吸入型式代号 全压系数等于 乘以10后的整数值 0 双侧吸入 1 单侧吸入 2 二级串连吸入 机号 将通风机叶轮尺寸的分米数进行四舍五入后 前面冠以符合 用来表示机号 传动方式 离心式通风机的传动方式有六种 旋转方向 从电动机位置看通风机叶轮的旋转方向 顺时针旋转为右转 用 右 表示 逆时针旋转为左转 用 左 表示 风口位置 按出风口位置及旋转方向 用右或左若干角度表示 通风机的主要参数及性能曲线 一 通风机的主要参数及其测定 通风机和水泵一样主要参数有五项 即风量Q 全压P 功率N 转速n及效率 1 全压P 指单位体积气体通过风机所获得的能量增量 单位为Pa 由于1Pa 1N m2 故风机的P表示压强又称全压 风机的全压减去风机出口截面处的动压Pd2 亦称风机的动压 称为风机的静压 用Pj表示 即 风机的静压 在通风机进出口同一截面上 气体的全压为气体的静压和动压之和 即 式中 P 气体的全压Pj 气体的静压Pd 气体的动压 通风机全压 静压 动压的测定 2 风量Q 风机在单位时间内所输送的流体量 通常用体积流量Q表示 单位为m3 s m3 h 严格地讲 风机的流量特指风机进口处的流量 Q1 3600F1 V1Q2 3600F2 V2 Q1 进口管的流量 m3 h Q2 出口管的流量 m3 h 3 功率N 传动效率 tm 效率 1 有效功率Ne 在单位时间内通过风机的流体所获得的总能量 以符号Ne表示 2 内功率Ni 实际消耗于流体的功率称为风机的内功率 用Ni表示 它等于有效功率加上除轴承 轴封外在风机内损失掉的功率 即 Ni Ne N kW kW 3 轴功率Ns 通风机的输入功率称为轴功率 kW 等于内功率Ni与机械传动损失Nm之和 4 功率的测定 见教材 4 效率 为通风机的有效功率与轴功率之比 即 5 转速n 风机轴每分钟的转数 通常用n表示 单位为r min 二 通风机的性能曲线 通风机的性能曲线和水泵一样 主要有三条 即 P Q全压曲线 N Q功率曲线 Q效率曲线 风机每种型号 每一种转速n都对应有这三条曲线 1 离心通风机的性能曲线 a 性能曲线为前弯型风机 其中风压曲线P Q呈驼峰伏 效率曲线 Q比径向 后弯叶轮风机都低 功率曲线N Q一直上升 故称为可过载风机 功率有过载的危险 b 性能曲线为后弯型风机 其中风压曲线P Q随着流量的增加而减小 缓慢下降 效率曲线 Q较高 高效区范围也较宽 功率曲线N Q当流量超过设计流量时 风机所需功率不再增加 随着流量Q进一步增加功率反而有所下降 故有功率不过载的优点 c 性能曲线为径向型风机 其中风压曲线P Q在小流量区会出现最高压力点 风机在最高压力点左侧工作时会出现不稳定工况 效率曲线 Q介于前弯和后弯风机二者之间 功率曲线N Q也呈一直上升的趋势 功率也有过载的危险 但比前弯风机坡度要缓慢 2 轴流风机的性能曲线 轴流风机性能曲线是在叶轮转速和叶片安装角一定时测量的到的 即压力p 效率 功率N与流量Q的关系曲线 其形状特点是 1 P Q曲线 在小流量区域内出现马鞍形形状 在大流量区域内非常陡降 C点的左侧称为不稳定工况区 2 N Q曲线 当风量减小时 功率N反而增大 当风量Q 0时 功率N达到最大值 3 Q曲线 最高效率点的位置相当接近不稳定工况区的起始点C 3 压头曲线分析 设计工况 e点 流体流线沿叶高分布均匀 效率最高 流量大于设计值时 d点 叶顶出口处产生回流 流体向轮毂偏转 损失增加 扬程 全压 降低 效率下降 流量小于设计值时 c点 b点 a点 在叶片下部 背部产生边面层分离 形成脱流 流量很小时能量沿叶高偏差较大 形成二次回流 通风机的运行 一 通风机的工作方式 通风机的工作方式包括通风机的并联工作和串联工作 通风机的联合工作 在不得已的情况下才采用 因为通风机联合工作时 破坏了通风机的经济使用条件 在技术上 经济上都是不合理的 一 通风机的并联工作 通风机的并联使用 是在为了加大流量的情况下选择的 并联后的压力 对每台通风机都是相等的 而总流量则为各台并联通风机流量的代数和 1 两台同性能通风机的并联工作 合成曲线的画法 两台同性能通风机并联工作时 根据压力相同 流量叠加的原则 其合成性能曲线绘于左图 曲线分析 从图中可明显看出 通风机并联使用后 在阻力较小的管路系统中工作时 如RA管路系统 可以获得较大的流量增加 而在阻力较大的管路系统中工作时 如RB管路系统 几乎只起到一台通风机的作用 由此可见 两台同性能通风机并联使用后的流量 无论如何也永远不能提高到一台通风机单独工作的二倍 衡量并联效果 可以用风量有效系数q来表示通风机并联工作所起的效果 2 两台不同性能通风机的并联工作 合成曲线的画法 按照两台通风机的不同性能 绘出两台通风机联合工作在三种不同阻力管路系统中 RA RB RC 的合成曲线如左图 曲线分析 从图可见 在阻力小的RA管路系统中 QA QI QA QI起到了增大流量的作用 在阻力稍大的RB管路系统中 QB QI 即两台通风机的总流量等于I号通风机的流量 号通风机的作用一点也没有发挥出来 在阻力较大的RC管路系统中 QC QI即两台通风机的总流量小于I号通风机的流量 说明I号通风机与 号通风机并联的结果 不但不起增量作用 反而阻碍了I号通风机的工作 使I号通风机性能下降 二 通风机的串联工作 通风机串联使用 是为了加大压力的情况下而选择的 1 两台同性能通风机的串联工作 合成曲线的画法 是将同一流量下的两台通风机的压力进行叠加而成 如图所示 曲线分析 从图中可见 两台通风机串联后 在阻力较大的RB管路系统工作时 获得了较大的压力增值 而在阻力较小的RA管路系统工作时 压力的增值很小 几乎接近一台通风机的压力 由此可见 两台通风机串联后 其压力永远不能提高到一台通风机单独工作压力的二倍 衡量串联效果 可以用压力有效系数h来表示通风机串联工作所起的效果 2 两台不同性能通风机的串联工作 合成曲线的画法 图示画出了两台不同性能通风机串联工作在三种管路系统 RA RB RC 中的情况 曲线分析 从图可见 在阻力大的管路RC系统工作时 串联后获得的压力 大于每台通风机单独工作时的压力 即串联的结果 获得了压力增加 在阻力较大的RB管路系统中工作时 串联后的压力等于I号通风机的压力 即串联的结果与I号通风机单独工作时相同 说明 号通风机不起任何作用 在阻力较小的RA管路系统工作时 串联后的压力小于I号通风机的压力 说明 号通风机参与串联工作的结果 阻碍了I号通风机的性能发挥 使I号通风机压力下降 这种串联工作是有害的 三 通风机联合工作的分析 通过上述对通风机并联 串联工作的分析可以看出 在实际工作中 应尽可能避免使通风机并联或串联工作 当不可避免时 也应当遵循如下选择原则 1 不论并联 还是串联 应当选择同性能的通风机进行 2 注意并联 串联的使用条件 并联工作适合于管路阻力较小的条件 串联工作适合于管路阻力较大的条件 如果通风系统中现有型号的通风机不能满足所需流量 压力要求时 再考虑采用并联或串联的工作形式 并联时 按总阻力和总流量的一半选择两台同型号的通风机 串联时 按总流量和总阻力的一半选择两台同型号的通风机 二 通风机的调节 通风机一般都是与管路组成某种生产系统进行工作的 管路中的风量是由通风机提供的 管路中的阻力又取决于风量 对于一定的管路系统 根据流体力学可以给出阻力和流量 风量 之间的关系方程式 即 由上式可以看出管路系统中的阻力 P 和流量 Q 之间的关系曲线为一抛物线 称为管路特性曲线 通风机是在管路系统中工作的 它必须同时满足通风机性能曲线和管路特性曲线 在P Q坐标中 通风机性能曲线与管路特性曲线的交点M就称为通风机在管路系统中的工作点 如图所示 一 改变管网阻力调节法 出口端节流调节 改变管网阻力调节法 也叫节流调节法 这个方法是利用通风系统中的阀门等节流装置的开启程度大小来增减管网阻力 从而改变管网特性曲线 达到调节流量的目的 此时 通风机特性曲线不改变 由于管网特性曲线发生改变 使工况点位置改变 如图所示的P N 为通风系统中通风机的工作压力 功率和效率曲线 P KQ2为管网特性曲线 1点为工况点 此时 通风机的流量为Q1 压力为P1 功率为N1 效率为 1 若减小流量 可关小管道上的阀门 由于关小阀门 管道阻力增大 P1增大到P2 使通风机工况点上升 由点1变到点2 由图可见 这时通风机的流量已由Q1减到Q2 功率由N1降到N2 效率由 1降到 2 二 改变通风机转速调节法 改变通风机转速调节是在管路特性曲线不变时 用改变转速来改变风机的性能曲线 从而改变它们的工作点 如图所示 通风机以转速n1在管网中工作时 工况点为1 此时流量为Q1 风压为P1 功率为N1 效率为 1 若减少流量 可把通风机的转速由n1减小到n2 由通风机比例定律可知 除通风机效率 外 风量Q 压力P 功率N分别随转速n的减小而作相应的减少 即通风机的工况点 由于转速减小而下降 由1点下降为2点 此时风量为Q2 压力为P2 功率为N2 在图中与虚线部分对应 三 改变通风机进口处导流叶片角度调节法 通风机采用的导流器通常有轴向 简易和斜叶式几种 如图所示 改变导流器叶片的开启程度 即改变了节流阻力 从而达到调节风量的目的 但是 导流器的主要作用并不在于此 而在于使气流进入通风机叶轮前先行转向 从而改变压力而达到调节风量的目的 a 轴向导流器 b 简易导流器 c 斜叶式导流器 径向导流器 轴向导流器 当导流器叶片角度 0 时 此时 叶片全部开启 流量Q为最大 关小叶片开启程度 即叶片角度由0 变化到30 60 时 通风机全压曲线下降 工况点由1变化到2 3 如图所示 从图中可以看出 流量由于工况点的改变 而由Q1减少到Q2 Q3 用调节导流器叶片角度减少流量时 通风机功率沿着曲线1 2 3 下降 而用阀门等节流装置增大阻力来减少流量时 通风机的功率是沿着功率曲线 即相当于导流器叶片角度 0 时的曲线 向左下降的 可见后者远陡于前者 因此 用调节导流器叶片角度比节流调节所消耗的功率小 是一种比较经济的调节法 在通风机调节中得到比较广泛的应用 四 改变通风机叶片宽度和角度调节法 在通风机运行中 调节通风机的叶片角度 以调节通风机的流量 已在轴流式通风机上得到采用 而对于离心式通风机 目前还没有实际应用 改变叶片宽度 理论上可以调节通风机的流量 但实际上一般不采用 一般只在通风机制造厂进行 三 通风机的非稳定工况 风机正常工作时呈现的是稳定工况 当风机选型不当或风机使用欠妥时 某些风机就会产生非稳定工况 风机的非稳定运行将影响甚至破坏其正常工作 当风机具有驼峰形性能曲线 其最大特点就是存在着运行的不稳定工作区 风机一旦进入该区工作 就会产生不同形式的非稳定工况 并表现出明显的非正常工作的征兆 1 叶栅的旋转脱流 失速 脱流 流体在叶片凸面的流动遭到破坏 边界层严重分离 阻力大大增加 升力急剧减小的现象 正常工况 脱流工况 旋转脱流 在叶轮叶栅上 一旦某一个或某些叶片上首先产生脱流 就会在整个叶栅上逐个叶片地传播的现象 引起脱流的原因 当冲角增大到某一临界值后 这样使主流大面积地与叶型背面分离 从而破坏了叶型表面原来的压力分布 流动分离点前移 分离区扩大 致使升力明显下降而阻力急剧增大 脱流的危害 旋转脱流除了影响风机正常工作 使其性能下降之外 还由于叶片受到一种高频率 有一定变幅的交变力作用 而使叶片产生疲劳损坏 当这一交变力频率等于或接近叶片的固有频率时 叶片将产生共振甚至使叶片断裂 预防措施 为防止轴流风机产生旋转脱流 应在风机选型和运行中确保风机工况点不进入风机的不稳定工作区 2 喘振 喘振现象 当具有大容量管路系统的风机处于不稳定工作区运行时 可能会出现流量压力的大幅度波动 引起装置的剧烈振动 并伴随有强烈的噪音 这种现象称为喘振 1 通风机2 短管3 储气柜4 阀门 通风机大容量管网系统 风机驼峰形性能曲线 如图 装置原工况点A为稳定工况 现在需要流量减小至Q QK 则工况点沿上升曲线AK达到K点 该段变化保持稳定工况 至K点后沿下降曲线KD变化 该段为不稳定工作区 使风机工作点即刻降至D点 Q 0 P PD 与此同时 管路性能也沿曲线AK变化 压力上升至PK 由于管路容量大 其压力变化滞后于风机工作不稳定变化 所以管路压力保持PK不变 在风机无流量输出 并且管路压力PK大于风机压力PD的条件下 风机出现正转倒流现象 风机跳至C点工作 由于管路流量输出使其压力下降 倒流流量也随之减小 风机Q P性能变化沿CD线进行 在D点 管路压力与风机压力相等 倒流流量也等于零 风机既无