风机定律资料

风机定律介绍风机定律表示如果泵或风机满足几何相似、运动相似和动力相似三个相似条件，泵或风机就在全相似工况运行。在全相似工况运行的泵或风机其流量、扬程、功率与转速之间符合下面三个著名的相似定理的公式:风量与转速成正比；风压与转速的平方成正比；轴功率与转速的三次方成正比；风机作变频时,频率与转速成正比。风机定律推导风机定律是由风机的相似关系得来的，风机相似关系如下式风量比：Q1/Q2=(n1/n2)*(D1/D2)^3风压比：p1/p2=(n1/n2)^2*(ρ1/ρ2)*(D1/D2)^3轴功率比：Pin1/Pin2=(n1/n2)^3*(ρ1/ρ2)*(D1/D2)^51）流量关系上：相似的风机流量之比等于线性尺寸之比的三次方和转速之比的乘积。2）扬程关系（或全风压关系）上：相似的风机对应的全风压之比等于线性尺寸之比的平方和转速之比的平方和重度之比的乘积。3）功率关系上：相似的风机其轴功率之比等于任意线性尺寸之比的五次方和转速之比的三次方和比重之比的乘积。风机的风压、风量、功率与转速的关系通风机的转速n可用转速表直接测量，其数值用每分钟多少转(转/分)来表示。小型风机的转速一般较高，往往与电动机直接相连。大型风机的转速较低，一般用皮带传动与电动机相连，改变皮带轮的直径即可调节风机的转速，其关系如下：n1/n2=d2/d1式中：n1，n2——风机；电动机的转速d1，d2——风机和电动机的皮带轮的直径。如要改变风机的转速，只要改变通风机或电动机中任意一个皮带轮的直径即可。当改变风机转速时，风机的特性参数；特性曲线也随之改变，亦即，风机在每一转速下都有其相应的特性曲线。当转速改变时，风机的特性参数Q，H，N的变化可按下式计算：Q/Q`=n/n`

H/H`=(n/n`)2N/N`=(n/n`)3以上可见，如果通风机的转速由n改变为nˊ时，风机的风量变化与转速比的一次方成正比；风压变化与转速比的二次方成正比；功率变化与转速比的三次方成正比。所以在增加风机转速时，必须重新计算所需功率，注意原来配备的电机是否会过载。通风机的几个性能参数不是固定不变的，它们之间都有一定的内在联系。当通风机在管网中工作时，这些参数又受到网路特性的影响，所以要选择好，使用好一台通风机，不但要熟悉通风机的性能，还要了解网路特性以及它们之间的关系。静压、动压、全压的计算静压、动压、全压在选择风机时，常常会遇到静压、动压、全压这三个概念。根据流体力学知识，流体作用在单位面积上所垂直力称为压力。当空气沿风管内壁流动时，其压力可分为静压、动压和全压，单位是mmHg或kg／m2或Pa，我国的法定单位是Pa。a.静压(Pi)由于空气分子不规则运动而撞击于管壁上产生的压力称为静压。计算时，以绝对真空为计算零点的静压称为绝对静压。以大气压力为零点的静压称为相对静压。空调中的空气静压均指相对静压。静压高于大气压时为正值，低于大气压时为负值。b.动压(Pb)动压指空气流动时产生的压力，只要风管内空气流动就具有一定的动压，其值永远是正的。c.全压(Pq)全压是静压和动压的代数和：Pq＝Pi十Pb全压代表lm3气体所具有的总能量。若以大气压为计算的起点，它可以是正值，亦可以是负值。

全压=静压+动压

动压=0.5*空气密度*风速^2

余压=全压-系统内各设备的阻力选择风机考虑的条件1)根据输送气体性质、系统的风量和阻力确定风机的类型。例如输送清洁空气，选用一般的风机；输送有爆炸危险的气体或粉尘，选用防爆风机

2)考虑到风管、设备的漏风及阻力计算的不精确，应按下式的风量、风压选择风机：Pf·Kp·ΔPPaLf=KL·Lm3/h式中Pf——风机的风压，Pa；Lf——风机的风量，m3/h；Kp——风压附加系数，一般的送排风系统Kp=1.1～1.15；除尘系统Kp=1.15～1.20；KL——风量附加系数，一般的送排风系统KL=1.1；除尘系统KL=1.1～1.15；ΔP——系统的总阻力，Pa；L——系统的总风量，m3/h.

(3)当风机在非标准状态下工作时，应按下列公式对风机性能进行换算，再以此参数从样本上选择风机式中Lf——标准状态下风机风量，m3/h；——非标准状态下风机风量，m3/h；Pf——标准状态下风机的风压，Pa；——非标准状态下风机风压，Pa；——非标准状态下空气的密度，kg/m3。空气状态变化时，实际所需的电动机功率会有所变化，应进行验算，检查样本上配用的电动机功率是否满足要求。

风机性能也可用无因次的流量系数,压力系数和功率系数来表示。这些无因次性能参数(也称无因次系数)的换算公式是由相似理论推导出来的。同一类型的风机相似(包括几何相似,运动相似和动力相似),因此,同一类型风机的无因次性能参数相等。即

式中α、β、γ——分别为流量系数、压力系数、功率系数，无因次；ρ——空气密度，kg/m3；D——风机的叶轮外径，m；U——叶轮周边切线速度，m/s；H——风机的风压，Pa；Q——风机的风量，m3/s。根据相似理论及上式无因次系数式，可得同类型风机性能的换算关系式为:Q/Q'=(D/D')3(n/n')H/H'=(ρ/ρ')(D/D')2(n/n')2(7-2-4)N/N'=(ρ/ρ')(D/D')5(n/n')3式中Q、Q'——分别为所要换算的两台风机的风量，m3/s；H、H'——分别为所要换算的两台风机的风压，Pa；N、N'——分别为所要换算的两台风机的功率，kw；D、D'——分别为所要换算的两台风机的叶轮直经，m；n、n'——分别为所要换算的两台风机的转速，转/分；ρ、ρ'——分别为所要换算的两台风机工作的空气密度，kg/m3。上式可用于同类型风机中任意两台风机之间的性能参数换算，也可用于同台风机不同转速,不同空气密度条件下的性能变化的分析。

测定风机特性的目的是，综合运用风压参数和风机电机电量参数的测定方法与技术，测试通风机空气动力性能，绘制风机运行特性曲线并进行分析，以评定通风除尘系统的运行状态是否满足通风要求。

①风流参数测定：包括风机风量、风压测定。要求掌握风机空气动力性能测定系统的试验方法及规范，掌握压力计的零点调定，工作原理，测定操作，压力挽算。②风机电机电量参数：包括电机功率、电流、电压和转数。要求掌握转数、功率、电流、电压的测量方法及仪器操作。风机选型的计算公式1、标准状态：指风机的进口处空气的压力P=101325Pa，温度t=20℃，相对湿度φ=50%的气体状态。

2、指定状态：指风机特指的进气状况。其中包括当地大气压力或当地的海拔高度，进口气体的压力、进口气体的温度以及进口气体的成份和体积百分比浓度。

3、风机流量及流量系数

流量：是指单位时间内流过风机进口处的气体容积。

用Q表示，通常单位：m3/h或m3/min。

流量系数：φ=Q/(900πD22×U2)

式中：φ：流量系数Q：流量，m3/h

D2：叶轮直径，m

U2：叶轮外缘线速度，m/s(u2=πD2n/60)

4、风机全压及全压系数：

风机全压：风机出口截面上的总压与进口截面上的总压之差。用PtF表示，常用单位：Pa

全压系数:ψt=KpPtF/ρU22

式中,ψt:全压系数Kp:压缩性修正系数PtF:风机全压,Paρ:风机进口气体密度,Kg/m^3u2：叶轮外缘线速度，m/s

5、风机动压：风机出口截面上气体的动能所表征的压力，用Pd表示。常用单位：Pa

6、风机静压：风机的全压减去风机的动压，用Pj表示。常用单位：Pa

7、风机全压、静压、动压间的关系：

风机的全压(PtF)=风机的静压(Pj)+风机的动压(Pd)

8、风机进口处气体的密度：气体的密度是指单位容积气体的质量，用ρ表示，常用单位：Kg/m3

9、风机进口处气体的密度计算式：ρ=P/RT

式中：P：进口处绝对压力，PaR：气体常数，J/Kg·K。与气体的种类及气体的组成成份有关。

T：进口气体的开氏温度，K。与摄氏温度之间的关系：T=273+t

10、标准状态与指定状态主要参数间换算：

流量：ρQ=ρ0Q0

全压：PtF/ρ=PtF0/ρ0

内功率：Ni/ρ=Ni0/ρ0

注：式中带底标“0”的为标准状态下的参数，不带底标的为指定状态下的参数。

11、风机比转速计算式：Ns=5.54nQ01/2/(KpPtF0)3/4

式中：Ns：风机的比转速，重要的设计参数，相似风机的比转速均相同。n：风机主轴转速，r/min

Q0：标准状态下风机进口处的流量，m3/sKp:压缩性修正系数PtF0:标准状态下风机全压,Pa

12、压缩性修正系数的计算式：

Kp=k/(k－1)×[(1+p/P)(k－1)/k－1]×(PtF/P)－1

式中:PtF:指定状态下风机进口处的绝对压力,Pak:气体指数,对于空气,K=1.4

13、风机叶轮直径计算式：D2=(27/n)×[KpPtF0/(2ρ0ψt)]1/2

式中:D2:叶轮外缘直径,mn:主轴转速：r/minKp：压缩性修正系数PtF0：标准状态下风机全压，单位：Pa

ρ0：标准状态下风机进口处气体的密度：Kg/m3ψt：风机的全压系数

14、管网：是指与风机联接在一起的，气流流经的通风管道以及管道上所有附件的总称。

15、管网阻力的计算式：Rj=KQ2

式中:Rj:管网静阻力,Pa

K:管网特性系数与管道长度、附件种类、多少等因素有关，确定其值的方法通常采用：计算法，类比法和实际测定法。

Q：风机的流量，m3/s

16、常见压力单位间的换算关系：

1毫米水柱(mmH2O)=9.807帕(Pa)

17、大气压力与海拨高度间近似关系：P=101325－(9.4～11.2)H

式中:P：大气压力PaH：海拨高度：m风机功率过高或过低的情况产生和解决1、功率过高一般说来，功率过高现象由两种情况引起：一是由于电网频率波动引起的。电网频率降低时，同步转速下降，而发电机转速短时间不会降低，转差较大；各项损耗及风力转换机械能瞬时不突变，因而功率瞬时会变得很大。二是由于气候变化，空气密度的增加引起的。功率过高如持续一定时间，控制系统应作出反应。可设置为：当发电机出力持续10min大于额定功率的15％后，正常停机；当功率持续2s大于额定功率的50％，安全停机。

风力发电机组退出电网风力发电机组各部件受其物理性能的限制，卖仪器网当风速超过一定的限度时，必需脱网停机。例如风速过高将导致叶片大部分严重失速，受剪切力矩超出承受限度而导致过早损坏。因而在风速超出允许值时，风力发电机组应退出电网。由于风速过高引起的风力发电机组退出电网有以下几种情况：1)风速高于25m／s，持续10min。一般来说，由于受叶片失速性能限制，在风速超出额定值时发电机转速不会因此上升。但当电网频率上升时，发电机同步转速上升，要维持发电机出力基本不变，只有在原有转速的基础上进一步上升，可能超出预置值。这种情况通过转速检测和电网频率监测可以做出迅速反应。如果过转速，释放叶尖扰流器后还应使风力发电机组侧风90°，以便转速迅速降下来。当然，只要转速没有超出允许限额，只需执行正常停机。2)风速高于33m／s，持续2s，正常停机。3)风速高于50m／s，持续ls，安全停机，侧风90°。2、功率过低

如果发电机功率持续(一般设置30～60s)出现逆功率，其值小于预置值Ps，风力发电机组将退出电网，处于待机状态。脱网动作过程如下：断开发电机接触器，断开旁路接触器，不释放叶尖扰流器，不投入机械刹车。重新切入可考虑将切人预置点自动提高0.5％，但转速下降到预置点以下后升起再并网时，预置值自动恢复到初始状态值。重新并网动作过程如下：合发电机接触器，软启动后晶闸管完全导通。当输出功率超过Ps3s时，投入旁路接触器，转速切人点变为原定值。功率低于Ps，时由晶闸管通路向电网供电，这时输出电流不大，晶闸管可连续工作。这一过程是在风速较低时进行的。发电机出力为负功率时，吸收电网有功，风力发电机组几乎不做功。如果不提高切人设置点，起动后仍然可能是电动机运行状态。离心风机设计时的方案的选择离心风机设计时几个重要方案的选择(1)叶片型式的合理选择：常见风机在一定转速下，后向叶轮的压力系数中Ψt较小，则叶轮直径较大，而其效率较高；对前向叶轮则相反。(2)风机传动方式的选择：如传动方式为A、D、F三种，则风机转速与电动机转速相同；而B、C、E三种均为变速，设计时可灵活选择风机转速。一般对小型风机广泛采用与电动机直联的传动A，，对大型风机，有时皮带传动不适，多以传动方式D、F传动。对高温、多尘条件下，传动方式还要考虑电动机、轴承的防护和冷却问题。(3)蜗壳外形尺寸的选择：蜗壳外形尺寸应尽可能小。对高比转数风机，可采用缩短的蜗形，对低比转数风机一般选用标准蜗形。有时为了缩小蜗壳尺寸，可选用蜗壳出口速度大于风机进口速度方案，此时采用出口扩压器以提高其静压值。(4)叶片出口角的选定：叶片出口角是设计时首先要选定的主要几何参数之一。为了便于应用，我们把叶片分类为：强后弯叶片(水泵型)、后弯圆弧叶片、后弯直叶片、后弯机翼形叶片；径向出口叶片、径向直叶片；前弯叶片、强前弯叶片(多翼叶)。表1列出了离心风机中这些叶片型式的叶片的出口角的大致范围。(5)叶片数的选择：在离心风机中，增加叶轮的叶片数则可提高叶轮的理论压力，因为它可以减少相对涡流的影响(即增加K值)。但是，叶片数目的增加，将增加叶轮通道的摩擦损失，这种损失将降低风机的实际压力而且增加能耗。因此，对每一种叶轮，存在着一个最佳叶片数目。具体确定多少叶片数，有时需根据设计者的经验而定。根据我国目前应用情况，在表2推荐了叶片数的选择范围。(6)全压系数Ψt的选定：设计离心风机时，实际压力总是预先给定的。这时需要选择全压系数Ψt。(7)离心叶轮进