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通风机
发布者: 发布时间:2019-6-26 阅读:671

通风机简介

通风机是依靠输入的机械能,提高气体压力并排送气体的机械,它是一种从动的流体机械。
通风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却;锅炉和工业炉窑的通风和引风;空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风;谷物的烘干和选送;风洞风源和气垫船的充气和推进等。
通风机的工作原理与透平压缩机基本相同,只是由于气体流速较低,压力变化不大,一般不需要考虑气体比容的变化,即把气体作为不可压缩流体处理。
通风机已有悠久的历史。中国在公元前许多年就已制造出简单的木制砻谷风车,它的作用原理与现代离心通风机基本相同。1862年,英国的圭贝尔发明离心通风机,其叶轮、机壳为同心圆型,机壳用砖制,木制叶轮采用后向直叶片,效率仅为40%左右,主要用于矿山通风。1880年,人们设计出用于矿井排送风的蜗形机壳,和后向弯曲叶片的离心通风机,结构已比较完善了。
1892年法国研制成横流通风机;1898年,爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心通风机,并为各国所广泛采用;19世纪,轴流通风机已应用于矿井通风和冶金工业的鼓风,但其压力仅为100~300帕,效率仅为15~25%,直到二十世纪40年代以后才得到较快的发展。
1935年,德国首先采用轴流等压通风机为锅炉通风和引风;1948年,丹麦制成运行中动叶可调的轴流通风机;旋轴流通风机、子午加速轴流通风机、斜流通风机和横流通风机也都获得了发展。
按气体流动的方向,通风机可分为离心式、轴流式、斜流式和横流式等类型。
离心通风机工作时,动力机(主要是电动机)驱动叶轮在蜗形机壳内旋转,空气经吸气口从叶轮中心处吸入。由于叶片对气体的动力作用,气体压力和速度得以提高,并在离心力作用下沿着叶道甩向机壳,从排气口排出。因气体在叶轮内的流动主要是在径向平面内,故又称径流通风机。
离心通风机主要由叶轮和机壳组成,小型通风机的叶轮直接装在电动机上中、大型通风机通过联轴器或皮带轮与电动机联接。离心通风机一般为单侧进气,用单级叶轮;流量大的可双侧进气,用两个背靠背的叶轮,又称为双吸式离心通风机。
叶轮是通风机的主要部件,它的几何形状、尺寸、叶片数目和制造精度对性能有很大影响。叶轮经静平衡或动平衡校正才能保证通风机平稳地转动。按叶片出口方向的不同,叶轮分为前向、径向和后向三种型式。前向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转方向倾斜;径向叶轮的叶片顶部是向径向的,又分直叶片式和曲线型叶片;后向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转的反向倾斜。
前向叶轮产生的压力最大,在流量和转数一定时,所需叶轮直径最小,但效率一般较低;后向叶轮相反,所产生的压力最小,所需叶轮直径最大,而效率一般较高;径向叶轮介于两者之间。叶片的型线以直叶片最简单,机翼型叶片最复杂。
为了使叶片表面有合适的速度分布,一般采用曲线型叶片,如等厚度圆弧叶片。叶轮通常都有盖盘,以增加叶轮的强度和减少叶片与机壳间的气体泄漏。叶片与盖盘的联接采用焊接或铆接。焊接叶轮的重量较轻,流道光滑。低、中压小型离心通风机的叶轮也有采用铝合金铸造的。
轴流式通风机工作时,动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转,气体从集流器进入,通过叶轮获得能量,提高压力和速度,然后沿轴向排出。轴流通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式三种,小型的叶轮直径只有100毫米左右,大型的可达20米以上。
小型低压轴流通风机由叶轮、机壳和集流器等部件组成,通常安装在建筑物的墙壁或天花板上;大型高压轴流通风机由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩散筒和传动部件组成。叶片均匀布置在轮毂上,数目一般为2~24。叶片越多,风压越高;叶片安装角一般为10°~45°,安装角越大,风量和风压越大。轴流式通风机的主要零件大都用钢板焊接或铆接而成。
斜流通风机又称混流通风机,在这类通风机中,气体以与轴线成某一角度的方向进入叶轮,在叶道中获得能量,并沿倾斜方向流出。通风机的叶轮和机壳的形状为圆锥形。这种通风机兼有离心式和轴流式的特点,流量范围和效率均介于两者之间。
横流通风机是具有前向多翼叶轮的小型高压离心通风机。气体从转子外缘的一侧进入叶轮,然后穿过叶轮内部从另一侧排出,气体在叶轮内两次受到叶片的力的作用。在相同性能的条件下,它的尺寸小、转速低。
与其他类型低速通风机相比,横流通风机具有较高的效率。它的轴向宽度可任意选择,而不影响气体的流动状态,气体在整个转子宽度上仍保持流动均匀。它的出口截面窄而长,适宜于安装在各种扁平形的设备中用来冷却或通风。
通风机的性能参数主要有流量、压力、功率,效率和转速。另外,噪声和振动的大小也是通风机的主要技术指标。流量也称风量,以单位时间内流经通风机的气体体积表示;压力也称风压,是指气体在通风机内压力升高值,有静压、动压和全压之分;功率是指通风机的输入功率,即轴功率。通风机有效功率与轴功率之比称为效率。通风机全压效率可达90%。
通风机未来的发展将进一步提高通风机的气动效率、装置效率和使用效率,以降低电能消耗;用动叶可调的轴流通风机代替大型离心通风机;降低通风机噪声;提高排烟、排尘通风机叶轮和机壳的耐磨性;实现变转速调节和自动化调节。

 

风机的定义

风机是一种装有一个或多个叶片的通过轴旋转推动气流的机械。叶片将施加于轴上旋转的机械能,转变为推动气体流动的压力,从而实现气体的流动。
美国机械工程师协会的实验标准将风机限定于“气流从进风口到出风口的过程中,气体密度的增加不超过7%,这大约是在标准的状况下增压7620Pa,其增压大于7%时则划为空气压缩机。”
用于供热、通风、空调的风机,即使是在高速、高压系统,通常的压力也不会超过2500-3000Pa.
风机主要由三部分组成:叶轮(也称涡轮、风轮、转子)、驱动部分(电机、传动件)、壳体(也称蜗壳、风桶)。
要想准确的预测风机运行情况,设计者应知道
1.风机如何进行测试和评估?
2.风管系统对风机的影响。
3.工作的环境情况。
不同种类的风机、甚至不同厂家生产的风类型机,其性能、体积及对系统的影响均不相同。

风机术语

1.流量
风机的流量是指在单位时间内流过风机的气体容积。单位有m3/h 、m3/min 、m3/s 。在国内通风机习惯上用m3/h,而鼓风机习惯上用m3/min ,但在通风机的设计和性能计算中大多用m3/s。
必须注意的是,通风机的容积流量是特指通风机“进口处”的容积流量,因为通风机在各通流截面上的压力不同,流过各通流截面的容积流量也会随之不同。

2.全压
通风机的全压定义为通风机出口截面上的总压与进口截面上的总压之差。
气流在某一点或某一截面上的全压等于该点或该截面上的动压与静压之和。

3.动压
通风机的动压定义为:通风机出口截面上气体的动能所表征的压力。或:动压是将气体从零速度加速至某一速度所需的压力。
动压与气流的动能成正比.
动压只作用于气流方向,并且永远是正值.

Pd=0.5×ρV%*p2%*p%*b
式中Pd=动压 Pa
ρ=气体密度 kg/m%*p3%*p%*b
V=速度 m/s.

4.静压
通风机的静压定义为通风机的全压减去通风机的动压。实际上静压是气流中某一点的或充满气体的空间某点的绝对压力与大气压力之压力差,该点的压力高于大气压力时为正值,低于时则为负值。
静压能作用于气体的各个方向,与速度无关,是气体中的潜能的量度。
Ps=P%*p%*pt%*b-Pd
式中Ps=静压 Pa
Pt=全压 Pa
Pd=动压 Pa

5.转速
通风机的转速是指风机叶轮单位时间内的旋转速度,一般称为角速度,习惯上用n表示,以每分钟的旋转数为单位(r/min)。

6.轴功率
通风机的轴功率是指风机实际需要的功率。它包括风机的内功率和轴承及传动装置的机械损失。
轴功率也被称为通风机的输入功率,实际上是电机的输出功率。

7.通风机的效率
(1)通风机的全压内效率η%*p%*pin%*b
通风机的全压内效率η%*p%*pin%*b等于通风机全压有效功率与内部功率的比值。
(2)通风机的静压内效率η%*p%*ps.in%*b
通风机的静压内效率η%*p%*ps.in%*b等 于通风机静压有效功率与内部功率的比值。
通风机的全压内效率和通风机的静压内效率是表征风机气动性能的重要参数。
(3)通风机全压效率η%*p%*ptf%*b
通风机全压效率η%*p%*ptf%*b等于通风机全压有效功率与轴功率的比值。
(4)通风机静压效率η%*p%*psf%*b
通风机静压效率η%*p%*psf%*b等于通风机静压有效功率与轴功率的比值。

8.封闭静压(BTSP)
通风机封闭静压是指通风机出口完全封闭而无气体运动时的静压。

9.通风机全敞口气体流量(WOCMS)
通风机全敞口气体流量亦称作开敞CMS(WOCMS),即风机 全敞口运行时的流量。此时风机静压为零。

10.应用范围
由风机制造商决定的,在风机运行时所获得满意效果的风机运行流量和压力范围。
典型的风机应用范围:
前弯离心风机:30%-80% WOCMS
后弯离心风机:40%-85% WOCMS
径向离心风机:35%-80% WOCMS

风机分类

1.按气流运动方向分类
(1)离心通风机
气流轴向进入风机叶轮后主要沿径向流动的风机。
(2)轴流通风机
气流轴向进入风机叶轮后近似的在圆柱形表面上沿轴线方向运动的风机。
(3)混流式风机
在风机的叶轮中,气流的方向处于轴流式风机和离心式风机之间,近似的沿锥面流动,称混流或斜流式风机

2.按压力分类

在标准的状况下,风机的全压小于14710Pa者称为通风机,通风机根据全压可分为:
(1)低压离心通风机
在标准状况下,全压小于或等于980Pa的风机。
(2)中压离心通风机
在标准状况下,全压等于980-2942Pa的风机。
(3)高压离心通风机
在标准状况下,全压等于2942-14710Pa的风机。
(4)低压轴流通风机
在标准状况下,全压小于493Pa的风机。
(5)高压轴流通风机
在标准状况下,全压等于493-4930Pa的风机。

3.按通风机用途分
G 锅炉通风机
Y 锅炉引风机
GY 工业用炉风机
CT 船舶用通风机
KT 空调用通风机
ZL 转炉鼓风机
…… ……
4.离心通风机

离心通风机大致可分为三类:
前弯叶片离心风机
后弯叶片离心风机
径向叶片离心风机

(1)前弯叶片离心风机
前弯叶片离心风机运行速度相对较低,通常适用于大风量、低静压的工况。
典型的流量范围为30%-80% WOCMS(全敞口流量),最高的静压效率为60%-68%,通常发生于静压最大值的稍右侧。功率曲线具有增加的倾向,是“易过载型”风机。
前弯叶片风机的优点是造价低、转速低,可选用较细的轴和较小的轴承,且具有较宽的操作范围。缺点是性能曲线形状可能与管网阻力曲线平行,且系统静压降低可能导致电机过载。另外,叶片结构强度较低,不能运行于较高的转速。

(2)后倾叶片离心风机
后倾叶片风机运行的速度矢量约为前弯风机的2倍。通常应用的流量合理范围是40%-85% WOCMS,最高的静压效率约80%左右。
对于一个给定的工况,一般说来,较大的风机具有较高的效率。后倾叶片风机的波动性要大于前弯叶片风机。
后倾叶片风机的优点是效率高且功率曲线无过载。其功率曲线通常在常用范围的中部达到最大值,这样一般不会超载。叶片及叶轮的自身结构强度较高,可使用于较高的静压系统。
后倾叶片风机的缺点是由于叶轮运行速度较高,所以需要较粗的轴及较大的轴承且对平衡的要求较高,另外静压的波动容易引起工况的变化。后倾叶片风机的改进是用机翼型截面的叶片代替等截面的叶片,这个改进使风机的静压效率提高到86%左右,也使风机的噪声相应的得到降低,设计良好的机翼型叶片风机比噪声可达到甚至低于前倾叶片风机。
后倾机翼型叶片风机的优越性正越来越受到风机使用单位特别是空调器末端生产厂家的重视,在一些要求高效率、低噪声的场所日益得到推广。

(3)径向叶片离心风机
径向叶片风机是介于前弯和后倾叶片之间的风机,其强度和耐磨性较好,叶片出口角度为90°。在我国除一些要求耐磨和耐腐蚀的场合已不常用。
5.三种叶片离心风机比较

压力
当三种叶片叶轮的尺寸、转速和流量相同时,前弯叶片获得的压力最大,后倾叶片最小,径向叶片居中。
径向尺寸(叶轮外径)
当三种叶片叶轮的流量、转速相同,而要求全压也相同时,前弯叶片叶轮的径向尺寸最小,后倾叶片的尺寸最大,径向叶片居中。

效率
前弯叶片叶轮风机的效率最低,后倾叶片叶轮最高,而径向叶片居中。

耐磨性
前弯叶片叶轮风机的耐磨性差,径向叶片叶轮风机耐磨性较好,后倾叶片中等。

定载性
前弯叶片叶轮的风机容易超载,定载性差,后倾叶片叶轮风机不易超载,径向叶片叶轮风机居中。

噪声
前弯叶片叶轮风机的噪声较低,后倾叶片叶轮风机的噪声一般,径向叶片叶轮风机的噪声大。

叶轮速度
前弯叶片叶轮的风机转速一般较低,后倾的转速高,而径向居中。

应用范围(流量)
前弯叶片叶轮风机应用范围小,后倾叶片叶轮风机应用范围大,径向居中。
6.轴流通风机
轴流通风机根据叶片的形状可以分为以下几类:
方形叶片轴流风机
翼形叶片轴流风机
镰刀形叶片轴流风机
桨形叶片轴流风机

轴流风机的效率、噪声、流量、全压等指标参数与叶片形状的关系不像离心风机哪样明显,现代的风机设计更多的综合了各种叶片的优点于一体,因而各种性能都有了较大的提高。一般认为,翼型叶片轴流风机具有较低的噪声,镰刀形叶片轴流风机具有更高的效率,方形叶片风机介于二者之间。轴流风机的性能曲线变化较大,压力随流量的增加会迅速较低。

 
 
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