横流风机与离心风机串联临界点的试验研究

1、横流风机与离心风机串联临界点的试验研究丁慧玲, 刘师多, 师清翔, 倪长安, 周学建(河南科技大学农业工程研究所, 洛阳 471003)摘 要: 串联临界点是风机串联运行的一个重要参数。该研究在 8 种工况下, 检测了横流风机与离心风机串联工作时的临界点, 绘制了横流风机与离心风机串联临界曲线。 为横流风机与离心风机串联运行时的参数选择提供了理论依据。关键词: 横流风机; 离心风机; 临界点; 串联运行中图分类号: t h 42文献标识码: b文章编号: 100226819 ( 2005) 1020181203丁慧玲, 刘师多, 师清翔, 等. 横流风机与离心风机串联临界点的试验研究j .农业

2、工程学报, 2005, 21 ( 10) : 181- 183.d ing h u iling, l iu sh iduo , sh i q ingx iang, e t a l. e xp e r im en ta l study o n th e se r ie s c r it ica l po in t o f c ro ss f low and cen t r ifuga l fan j .t ran sac t io n s o f th e c sa e , 2005, 21 ( 10) : 181- 183. ( in c h ine se w ith e ng lish ab

3、 st rac t)后一级风机的转速使其达到串联临界点; 二是固定后一级风机的转速, 调节前一级风机的转速使其达到串联临界点。本文采用 的是后者。串联临界点对风机的串联运行具有很重要的意义, 当前一级风机在串联临界点以下运行时, 串联运行效果低于后一 级风机的单机效果; 前一级风机必须在串联临界点以上运行, 系 统总的性能才能得到提高。只有弄清串联临界点的规律, 更合理 地选择串联参数, 才能达到理想的串联效果。0 引 言风机在工农业生产和日常生活中应用广泛, 常见的风机可 分为离心、横流、轴流三类。 离心风机利用叶轮旋转时带动叶片 间气体旋转, 产生离心惯性力排气, 与此同时叶轮中心产生真空

4、 而吸气, 排气方向与叶轮轴垂直, 进气方向与叶轮轴平行, 其特 定的工作原理, 决定着该风机所排气流沿宽度方向分布不均, 且 随着风机宽度的增加, 这种不均愈加严重; 横流风机利用叶轮旋 转时产生的偏心涡沿整个叶轮宽度吸气和排气, 其进气方向和 排气方向在一个平面内, 且与叶轮垂直, 所排气体沿风机宽度方 向分布均匀 (即风机宽度不受限制) ; 轴流风机结构简单, 沿叶轮 轴向进气和排气。 以单台风机作为系统排气 (或吸气) 部件的场 合很多, 根据工作要求选择适宜风机并不困难。然而在诸多情况 下, 为了提高系统作业性能, 常常要求两台或多台风机联合 工 作。且由于不同类型风机有其自身的结构

5、和性能特点, 常常要求 异类风机联合使用。 如将离心风机和横流风机配置于一台谷物 联合收割机的清选系统, 以提高清选质量。在系统设计过程中, 设计者根据作业要求确定气流参数 ( 压 力、流量) , 根据气流参数选择风机, 对于多风机配合作业系统,必须明确风机之间的匹配原理, 才有可能选择适宜的风机, 使系统气流参数满足要求。然而风机联合, 特别是异类风机联合缺乏 匹配理论, 这无疑增大了选择风机的盲目性, 出现工作气流参数 大幅度偏离设计值的现象。 本文从横流风机与离心风机串联运行的排气性能入手, 在大量试验的基础上, 给出了横流风机与离 心风机串联运行时的临界曲线及其一般规律。1 串联临界点

6、概述串联工况点是串联总性能曲线与管网特性曲线的交点, 分 为串联排气工况点和串联吸气工况点。 本文主要研究串联排气 工况点, 即总的排气性能曲线与管网特性曲线的交点。串联临界 点则是串联运行总的排气性能曲线与排气能力较高的单风机排 气性能曲线及管网特性曲线三者的交点。其实, 在不改变管网特 性曲线的情况下, 串联临界点就是串联运行总的排气性能曲线 与排气能力较高的单风机排气性能曲线的交点, 即串联工作时 的两台风机中排气能力较低的一台成为系统负载的临界点。 串 联临界点的调节有两种方法: 一是固定前一级风机的转速, 调节图 1 串联临界点示意图f ig. 1 l ayo u t o f se

7、r ie s c r it ica l po in t如图 1 所示: 把串联风机的前一级风机记为风机 1, 后一级风机记为风机 2; 曲线 1 为风机 1 的风量- 全压曲线, 曲线 2 为 风机 2 的风量- 全压曲线, 曲线 1+ 2 为风机 1 与风机 2 串联总的风量- 全压曲线; r 、r 、r 为不同阻力的管网特性曲线。当管 网特性曲线为 r 时, 串联排气工况点与风机 2 的排气工况点均为 b , 即串联运行与风机 2 单独工作效果是一样的, 则工况点 b就是串联临界点; 当管网阻力增大, 特性曲线为 r 时, 串联排气 工况点是 c , 显然 c 对应的全压及流量比管网与风机

8、 2 单独工作时工况点 c 2 对应的全压及流量大; 当管网阻力减小, 性能曲线变 为 r 时, 串联排气工况点是 a , 其全压及流量比风机 2 单独工作时工况点 a 2 对应的全压、流量还小, 这时风机 1 起了阻碍风机 2工 作的作用。从以上的分析中可以看出, 在进行风机串联匹配 时, 串联临界点的重要性。2试验研究2. 1 风机试验台本研究根据 gb t 1236-2000工业通风机用标准化风道进行性能试验, 研制了异类风机串联试验台, 本试验台具有通用性, 改变风机的前后位置或改变风机的类型, 可进行不同风机的 串联性能试验; 而且只需把前一级风机及稳流管道去掉, 本试验 台就变成了

9、单风机的性能试验台。 本研究所有试验均在本试验收稿日期: 2004212225 修订日期: 2005203222基金项目: 河南省自然基金项目 ( 0311050700)作者简介: 丁慧玲 ( 1973- ) , 硕士, 洛阳 河南科技大学农业工程研 究所, 471003。 em a il: k e r ry- d ing so h u. com182农业工程学报2005 年速 n = 1450 rm in 下最大流量q = 3709 m 3 h、全压 p = 328 p a。横流风机自制, n = 1450 rm in 时最大流量 q = 3857 m 3 h、进 口截面为 300 mm 3

10、00 mm 、出口截面为 225 mm 300mm ; 风 管截面为正方形边长取 300 mm , 风管总长为 3150 mm ; 毕托管 与倾斜微压计测量全压、动压; 管网阻力通过改变堵口位置来调 节; 风机的动力由动力小车提供, 风机的转速通过变频器由调速电机调节。台上完成, 其中在做风机的串联试验前, 已完成了试验所用单风机在 6 种不同转速下的性能测试, 并绘制了单风机的性能曲线。 要实现异类风机的串联, 首先要考虑的就是两单机的参数匹配, 即风机进出口截面的匹配和两单机额定转速下的流量的 匹配。工业通风机用标准化风道进行性能试验要求试验风机进出口截面积与风管截面积之比在 0. 95

11、1. 07 之间。本试验用广东肇庆德通有限公司生产离心风机型号为 4 72 n o 4, 额定转图 2 风机串联试验台f ig. 2se r ie s te st r ig o f fan s2. 2 处理试验数据所用数学公式从图 3 可以看出: 离心风机在横流风机 3 种不同转速下的串联临界曲线的形状非常相似, 横流风机转速越高串联临界点的 位置亦越高; 对某一转速下的串联临界曲线来说, 随着工况阻力 变小串联临界曲线缓慢上升, 当工况阻力过小时串联临界曲线 迅速下降。9. 8 ( (p 2 +p 2p 2 n 0. 5p sn ) nd n ) )( )动压 p d =静压 p s =全压

12、 p =+1d 1 d 29. 8 (p s1 +(2) (3)(4) (5)p s2 +p d +p s风速 v = 4. 04(m s)p d流量 q = f v 3600 (m 3 h )式中f 风管截面面积, m 2; p d , p d ,p d 风管同1 2n一 截 面 上 不 同 测 点 位 置 的 动 压 (mm h 2o ) , n = p s1 , p s2 ,9;p sn 风管同一截面上不同测点位置的静压 (mm h 2o ) , n= 9。2. 3 离心风机作为前一级风机离心风机作为串联的前一级风机, 横流风机为后一级风机 在此定义为离心风机与横流风机串联。 首先将横流

13、风机的转速 固定, 再确定一种管网阻力, 然后通过变频器调节离心风机的转 速。 当串联风机的总排气全压及流量与横流风机单机、同工况下 的全压及流量相等时, 记下离心风机的转速, 此即临界转速; 保持 横流风机的转速不变, 改变 7 种不同的管网阻力, 分别测出不同 管网阻力下的各串联临界转速。 由不同临界转速所对应的单机的全压及流量即可确定该工况下的串联临界点。 通过曲线拟合 可得到一条横流风机在该转速下的串联临界曲线。 改变横流风 机的转速, 重复以上步骤, 可测出其他两种转速下的临界转速 (见 表 1)。 因为即使是型号、规格完全相同的风机, 在转速相同的情 况下, 其风量、全压也不相同,

14、 为了找到串联临界点的规律, 使其 更具有通用性, 应该把这些临界转速转化成其对应的风量- 全 压点, 我们又测出了的各临界转速对应的风量、全压即临界点, 再把这些临界点绘制在坐标系中 ( 见图 3) , 图 3 中曲线上的数字是横流风机的转速 (单位 rm in )。表 1 离心风机与横流风机串联临界转速t ab le 1 se r ie s c r it ica l sp eed o f cen t r ifuga l图 3 离心- 横流串联临界曲线f ig. 3 se r ie s c r it ica l cu rve o f cen t r ifuga l and c ro ss f

15、 low fan2. 4 横流风机作为前一级风机横流风机作为串联的前一级风机, 离心风机为串联的后一 级风机在此定义为横流风机与离心风机串联。 首先将离心风机 的转速固定, 再确定一种管网阻力, 然后通过变频器调节横流风 机的转速, 当串联风机的总排气全压及流量与离心风机单机在同工况下的全压及流量相等时, 横流风机的此转速即为临界转 速; 与离心风机作为前一级风机时测量临界转速的方法相同, 测 出离心风机在 3 种转速下的临界转速 ( 如表 2) , 通过曲线拟合可 得到离心风机在 3 种转速下的串联临界曲线 ( 见图 4) , 曲线上的数字是离心风机的转速 (单位 rm in )。表 2 横

16、流风机与离心风机串联临界转速t ab le 2se r ie s c r it ica l sp eed o f c ro ss f lowrm in - 1and c ro ss f low fanrm in- 1and cen t r ifuga l fan固定转速 工况 1 工况 2 工况 3 工况 4 工况 5 工况 6 工况 7 工况 8固定转速工况 1工况 2工况 3工况 4工况 5工况 6工况 7733827119135254290320330414434474512583634650728665740633715228275330386463525533600605694691

17、791721832 960 176 316 346 480 626 777 854 842 823 321 436 606 696 756 896 944 第 10 期丁慧玲等: 横流风机与离心风机串联临界点的试验研究183量。2) 横流风机与离心风机串联运行时, 串联的前后位置不同对应的串联临界曲线形状也不同。3) 对于同一种串联方式, 不同转速下的串联临界曲线形状 相似; 不同转速下的临界曲线上同工况各临界点对应的全压随转速的提高而增大。 参 考 文 献 gb t 1236- 2000 工业通风机用标准化风道进行性能试验 s . 国 家质量技术监督局发布. 2000: 108- 110.李

18、庆宜. 通风机m . 武汉: 华中工学院出版社, 1981: 230- 242.蔡增基, 龙天渝. 流体力学 泵与风机 ( 第 4 版) m . 北京: 中国 建筑工业出版社, 1999, 12, p 381.刘师多, 周 炜, 师清翔, 等. 横流风机吸气能力与壳体参数的关系123图 4 横流- 离心串联临界曲线f ig. 4 se r ie s c r it ica l cu rve o f c ro ss f low and cen t r ifuga l fan4j .洛阳工学院学报, 1998, 9: 26- 30.从图 4 可以看出: 横流风机在离心风机 3 种不同转速下的串联临界

19、曲线的形状亦非常相似, 离心风机的转速越高串联临界 点亦越高; 对某一转速下的串联临界曲线来说, 串联临界点呈驼峰状。比较图 3、图 4 可知, 横流风机与离心风机在串联中的前后 位置不同, 其对应的串联临界曲线的形状也不相同。 在大量试验 的基础上发现, 串联风机在临界点以上运行时, 串联效率在两单 机的效率之间, 而在临界点一下运行时, 串联效率很低, 甚至低于 串联风机中效率较低的单机。3 结 论1) 横流风机与离心风机串联运行, 保证前一级风机在串联 临界点以上工作, 可以提高风机串联后总的全压及流量, 反之风 机 串联后总的全压及流量将低于后一级单风机对应的全压及流5朱永宁, 周学建

20、. 横流式通风机的设计与制造 j . 流体工程, 1996,9, 44- 57.师清翔, 朱永宁, 陶滨友. 径向进气风机流场的试验研究 j . 农业机 械学报, 1989, ( 1) : 89- 94.龙绛珠, 张水平, 唐敏康. 利用m a tl a b 语言对风机性能实测数据 进行处理 j . 矿业工程, 2003, 12: 51- 52.贾进章, 周西华, 刘 剑. 风机特性曲线数据拟和最佳次数的确定j . 辽宁工程技术大学学报, 1998, 4: 78- 80.6789马扶南. 用三次 样 条 函 数 作 通 风 机 性 能 曲 线 拟 合 j .2002, 3: 18- 19.关贞

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