工业风机选型技术手册

工业风机选型技术手册引言工业风机作为工业生产过程中不可或缺的关键设备，广泛应用于通风、除尘、冷却、干燥、气力输送等诸多领域。其选型的合理性直接关系到系统运行的效率、能耗、可靠性及整体生产成本。本手册旨在为工程技术人员提供一套系统、严谨的工业风机选型思路与方法，帮助使用者在纷繁复杂的风机类型与参数中，选出最契合特定工况需求的产品。选型工作绝非简单的参数比对，而是一个需要综合考量多方面因素的系统性工程。一、风机的分类与主要特性在着手选型之前，首先需要对工业风机的主要类型及其特性有清晰的认知，这是后续选型工作的基础。1.1按工作原理与结构形式分类工业风机主要可分为离心式风机和轴流式风机两大类，此外还有一些特殊类型的风机，如罗茨风机、叶氏风机等容积式风机，但在通用性通风换气领域，离心与轴流风机应用最为广泛。*离心式风机：其工作原理基于离心力的作用。叶轮高速旋转时，叶片间的气体在离心力的驱动下被甩出叶轮，进入蜗壳，从而在叶轮中心形成负压，吸入新的气体。离心风机具有较高的风压，风量相对轴流风机较小，且风压随风量变化的特性曲线较为平缓。其结构形式多样，可根据需要设计成不同压力等级和风量范围，适用于需要克服较大系统阻力的场合。*轴流式风机：其工作原理类似于飞机螺旋桨，叶轮叶片推动气体沿轴向流动。轴流风机通常具有较大的风量，但风压相对较低，风压-风量特性曲线较陡。其结构相对简单，安装形式灵活（如管道式、壁式、岗位式等），常用于需要大流量空气循环或低阻力通风的场景。1.2按压力等级分类根据风机出口全压的大小，可将其分为：*通风机：全压小于或等于15kPa（约1500mmH₂O）。*鼓风机：全压在15kPa至340kPa之间。*压缩机：全压大于340kPa。本手册主要关注工业通风与一般气力输送中常用的通风机范畴。1.3按气流方向与进气方式分类*按气流方向：可分为离心式（径向出风）、轴流式（轴向出风）、混流式（介于两者之间，气流既有轴向也有径向分量）。*按进气方式：可分为单吸式和双吸式。双吸式风机由于叶轮两侧进气，能有效平衡轴向力，且在相同尺寸下可获得更大的风量。二、选型核心参数与基础条件确定准确获取并确定风机运行的核心参数与基础条件，是选型工作的首要环节，任何参数的偏差都可能导致选型结果的失准。2.1风量（Q）风量，即单位时间内通过风机的气体体积流量，通常以立方米每小时（m³/h）或立方米每分钟（m³/min）为单位。*风量的确定：风量的确定需依据具体的工艺需求。例如，在通风换气中，需根据车间体积、换气次数计算所需风量；在除尘系统中，需根据产尘点的数量、每个产尘点的捕集风量以及系统漏风等因素综合确定。*注意事项：计算所得风量为工况风量，在风机选型时，若风机样本参数是在标准状态（通常为大气压101.325kPa，温度20℃，相对湿度65%）下给出的，则需考虑实际工况与标准状态的差异，进行风量换算。但在多数工程实践中，若差异不大或对精度要求不高，可直接采用工况风量进行选型，具体需与风机制造商沟通确认。2.2风压（P）风压，即风机对单位体积气体所做的功，用以克服气体在系统中流动时的阻力。风压通常指全压（Pₜ），即静压（Pₛ）与动压（Pᵥ）之和。单位为帕斯卡（Pa）或毫米水柱（mmH₂O，1mmH₂O≈9.81Pa）。*风压的确定：风压的确定主要依据系统的管网阻力计算。这包括气体流经管道、弯头、阀门、过滤器、换热器、设备等所有部件的沿程阻力损失和局部阻力损失之和。这是一项较为复杂的计算工作，需要对管网系统有清晰的认识。*注意事项：与风量类似，风压也有工况风压与标准风压之分。在高海拔地区或介质温度与标准状态差异较大时，空气密度发生变化，风机产生的实际风压与样本风压会有差异，需进行修正计算。通常，样本给出的风压是标准状态下的全压。2.3介质特性输送介质的物理化学性质对风机的类型选择、材料选择、结构设计乃至安全运行至关重要。*介质温度（t）：介质温度直接影响气体密度，进而影响风机的风压、功率及电机选型。高温介质还会对风机的材料耐热性、轴承冷却等提出特殊要求。*介质成分：*洁净空气：最为常见，对风机材料无特殊要求。*含尘气体：需考虑粉尘的浓度、粒径、硬度、腐蚀性等。高浓度或硬质粉尘可能需要选择耐磨叶轮及机壳，或采用旋风分离器等预处理装置。*腐蚀性气体：如含硫、含氯等气体，需根据腐蚀性强弱选择相应的耐腐蚀材料，如玻璃钢、不锈钢、衬胶等。*易燃易爆气体或蒸气：此类场合必须选用防爆型风机，包括防爆电机、防爆接线盒等，并采取相应的防静电措施。*含湿量：高湿环境可能导致风机内部结露、腐蚀，或粉尘结块。*介质密度（ρ）：除温度、海拔影响外，若介质为混合气体，其密度与空气不同时，也需进行换算。2.4工况环境*安装位置：室内、室外（需考虑防雨、防晒、防冻）、屋顶、井下等。*空间尺寸限制：风机的外形尺寸、进出口方向是否受安装空间的制约。*电源条件：现场提供的电源电压（如380V、6kV、10kV）、频率（如50Hz）及相数。*噪声与振动要求：某些场合（如居民区附近、精密仪器车间）对风机的噪声和振动有严格限制，需在选型时予以考虑，必要时采取降噪减振措施。三、风机类型选择在明确了核心参数与工况条件后，即可进行风机类型的初步筛选。风机类型的选择应综合考虑风量风压需求、介质特性、安装方式及运行经济性。3.1离心风机与轴流风机的对比与选用*离心风机：*特点：可提供较高的风压，风量调节性能较好，效率曲线较平坦，在偏离设计工况点运行时效率下降相对缓慢。结构相对复杂，占地面积较大。*适用范围：适用于所需风压较高，或系统阻力较大的场合；适用于输送含尘浓度较高或有一定腐蚀性的气体（通过选用合适的材料和结构）；对噪声要求不极致严格的场合。*轴流风机：*特点：风量大，风压较低，结构简单紧凑，安装方便，占地面积小，通常成本较低。但风压-风量特性曲线较陡，偏离设计工况点时效率下降较快，且噪声相对较高。*适用范围：适用于大风量、低风压的场合，如一般的厂房通风换气、冷却塔通风、大型仓库通风等；系统阻力较小的场合；对安装空间有限制的场合。3.2其他类型风机的简介（如适用）*混流式风机：性能介于离心式和轴流式之间，兼具两者部分优点，在一些特定的风量风压区间有较好的应用。*罗茨鼓风机：属于容积式风机，能提供较高的风压，流量相对稳定，适用于小风量、高风压的气力输送等场合，但运行噪声较大，效率相对较低。3.3基于介质特性的特殊类型选择*防腐风机：当介质具有腐蚀性时，需选用防腐风机。其叶轮、机壳等与介质接触的部件可采用玻璃钢、不锈钢（如304、316L）、塑料或衬里（如衬胶、衬塑）等耐腐蚀材料制造。*防爆风机：输送易燃易爆介质或在易燃易爆环境中使用时，必须选用防爆风机。其电机、电气元件等均需符合相应的防爆标准，并采取防静电措施。*高温风机：介质温度较高（通常超过100℃，具体界限需参考风机样本）时，需选用高温风机。其设计需考虑材料的高温强度、热膨胀、轴承冷却及润滑等问题。*耐磨风机：输送含高浓度硬质粉尘的介质时，需选用耐磨风机。其叶轮、机壳等易磨损部位可采用耐磨材料（如高铬铸铁、耐磨钢）或进行耐磨堆焊、喷涂等强化处理。四、风机型号与参数确定风机类型选定后，即可根据已确定的风量、风压等参数，结合风机制造商提供的样本资料，确定具体的风机型号和参数。4.1性能曲线的解读与工况点的确定风机样本通常会提供其性能曲线图，该图以风量（Q）为横坐标，风压（P）、功率（N）、效率（η）为纵坐标。*工况点：在性能曲线图上，由系统所需的风量Q和对应的风压P所确定的点，即为风机的工况点。理想情况下，工况点应落在风机高效区内（通常为最高效率点的85%以上区间），以保证风机运行的经济性。*管网特性曲线：风机的实际运行工况点是风机性能曲线与管网特性曲线的交点。管网特性曲线表示管网系统中通过的风量与所需风压之间的关系，通常Q²与P成正比。在选型时，需确保风机性能能够覆盖系统在各种可能运行状态下的需求。4.2风压的校核与修正如前所述，若实际运行工况与风机样本所依据的标准工况差异较大，需对风压进行修正。*空气密度修正：气体密度变化主要受温度、压力和湿度影响（湿度影响较小，通常可忽略）。修正公式（近似）：P₁=P₀*(ρ₁/ρ₀)其中：P₁为实际工况风压，P₀为标准工况风压，ρ₁为实际工况气体密度，ρ₀为标准工况气体密度。气体密度ρ可根据理想气体状态方程计算。*海拔高度修正：高海拔地区气压降低，空气稀薄，密度减小，风机产生的风压会降低，需选择更高风压的型号或进行功率修正。4.3电机功率的选配电机功率的选配是确保风机安全稳定运行的关键。样本中通常会给出不同工况点下的轴功率，电机功率应大于轴功率，并考虑一定的安全余量。*轴功率（Nₐ）：风机叶轮所需的功率，由风量、风压及风机效率计算得出。*电机功率（Nₘ）：Nₘ=K*Nₐ/ηₜ其中：K为安全系数（根据风机类型、功率大小、启动方式等选取，一般为1.10~1.30），ηₜ为传动效率（直联传动取1.0，联轴器传动取0.98~0.99，皮带传动取0.95~0.98）。*注意事项：当输送介质密度大于空气，或在高温、高海拔等特殊工况下，电机功率可能需要增大，需重新核算。4.4传动方式与转速选择*传动方式：常见的有直联传动（电机与风机叶轮直接连接，结构紧凑，效率高）、联轴器传动（适用于较大功率或需要调整转速的场合）、皮带传动（可通过改变皮带轮直径调整风机转速，安装维护方便，但有功率损失）。选择时需考虑安装空间、维护需求及成本。*转速：风机转速直接影响其风量、风压和噪声。在相同叶轮直径下，转速越高，风量风压越大，但噪声也相应增加。4.5进出口方向与安装方式离心风机的进风口方向和出风口角度通常有多种选择（如左旋、右旋，出风口0°、90°、180°等），以适应不同的安装和管路布置需求。轴流风机也有不同的安装形式。选型时需明确。五、材料选择与结构要求风机的材料选择主要取决于输送介质的特性（温度、腐蚀性、含尘性）和强度要求。5.1主要部件材料*机壳与叶轮：这是风机的核心部件。对于洁净空气，普通碳钢即可；对于含尘气体，需考虑耐磨性；对于腐蚀性气体，需选用耐腐蚀材料；对于高温气体，需选用耐高温合金或钢材。*主轴：一般采用优质碳钢或合金钢，保证足够的强度和刚度。*轴承：根据风机转速、功率和工作温度选择合适的滚动轴承或滑动轴承，并配备良好的润滑系统。5.2密封要求根据介质是否有毒、有害、易燃易爆或易泄漏，选择合适的轴封形式，如迷宫密封、填料密封、机械密封等。六、辅助系统与附件选择为保证风机的安全稳定运行及满足特定工艺需求，可能需要配备一些辅助系统和附件。6.1调节装置*进口导叶调节：安装在离心风机进口处，通过改变导叶角度调节风量，调节效率较高。*出口节流调节：通过调节出口阀门开度改变管网阻力，从而调节风量，简单易行但不经济，常用于小功率风机或临时性调节。*变频调速调节：通过改变电机电源频率调节风机转速，实现风量风压的无级调节，节能效果显著，是目前推荐的先进调节方式，但初期投入较高。6.2保护装置根据需要可配置过载保护、过流保护、温度保护、振动监测、轴承温度监测等。对于重要风机，还可考虑配置喘振保护（尤其对于高压离心风机和轴流风机）。6.3其他附件如进口集流器、出口扩散器、消声器（降低噪声）、过滤器（净化进气）、防雨帽、减震器、弹性接头（减少振动传递）等。七、选型注意事项与经验分享7.1经济性综合考量选型时不应仅关注设备的初始购置成本，还应综合考虑其运行能耗、维护费用、使用寿命等全生命周期成本。高效节能型风机虽然初始投资可能较高，但长期运行可节省大量电费。7.2留有适当余量风量和风压的计算应考虑系统可能的漏风、阻力计算误差以及未来生产负荷的微小增加，因此在选型时应留有一定的余量（通常风量取1.05~1.10倍，风压取1.10~1.15倍）。但余量不宜过大，否则会导致风机偏离高效区运行，造成能耗增加和设备浪费。7.3与制造商的沟通协作风机制造商拥有丰富的经验和专业知识。在选型过程中，尤其是遇到复杂工况或特殊需求时，应主动与制造商技术人员沟通，提供详细的工况参数，共同确定最佳选型方案。不要仅凭样本参数自行决断。7.4操作与维护的便利性选型时应考虑风机操作的便捷性（如调节是否方便）和维护的难易程度（如叶轮、轴承等部件的拆装是否方便，备品备件是否易于获取）。7.5安全规范与标准的遵循确保所选风机符合国家及行业相关的安全、环保、噪声等标准和