风机基本知识与选型的计算公式

 

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本章风机是指通风机而言。由于通风机的工作压力较低，其全压不大于1500mmH₂O,因此可以忽略气体的压缩性。这样，在通风机的理论分析和特性研究中，气体运动可以按不可压缩流动处理。这一近似使得通风机与水泵在基本原理、部件结构、参数描述、性能变化和工况调节等方面有很多的相同之处，在水泵的各相关内容中已作了论述。但是，由于流体物性的差异，使通风机和水泵在实际应用的某些方面有所不同，形成了通风机的一些特点。

第一节    风机的分类与构造

一、           风机分类

1、按风机工作原理分类

按风机作用原理的不同，有叶片式风机与容机式风机两种类型。叶片式是通过叶轮旋转将能量传递给气体；容积式是通过工作室容积周期性改变将能量传递给气体 。两种类型风机又分别具有不同型式。

                     离心式风机

叶片式风机   轴流式风机         

                     混流式风机

 

                     往复式风机

容积式风机        

                          回转式风机

2、按风机工作压力（全压）大小分类

（1）风扇   标准状态下，风机额定压力范围为98Pa(10 mmH₂O）。此风机无机壳，又称自由风扇，常用于建筑物的通风换气。

（2）通风机   设计条件下，风机额定压力范围为98Pa14710Pa(1500 mmH₂O)。一般风机均指通风机而言，也是本章所论述的风机。通风机是应用最为广泛的风机。空气污染治理、通风、空调等工程大多采用此类风机。

（3）鼓风机   工作压力范围为14710Pa196120Pa。压力较高，是污水处理曝气工艺中常用的设备。

（4）压缩机  工作压力范围为196120Pa，或气体压缩比大于3.5的风机，如常用的空气压缩机。

二、通风机分类

通风机通常也按工作压力进行分类。

                         低压风机980Pa(100 mmH₂O)

          离心式风机   中压风机 980Pa2942Pa(300 mmH₂O)

                       高压风机 2942Pa14710Pa(1500 mmH₂O）

通风机  

                       低压风机 490Pa(50 mmH₂O）

         轴流式风机

                       高压风机 490Pa4900Pa(500 mmH₂O）

三、离心式风机主要部件

离心风机的主要部件与离心泵类似。下面仅结合风机本身的特点进行论述。

    1.叶轮

叶轮是离心泵风机传递能量的主要部件，它由前盘、后盘、叶片及轮毂等組成。叶片有后弯式、径向式和前弯式（见离心泵叶片形状，图2—16），后弯式叶片形状又分为机翼型、直板型和弯板型。叶轮前盘的形式有平直前盘、锥形前盘和弧形前盘三种，如图4—1所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

（a）平直前盘 (b)锥形前盘 (c)弧形前盘      

图4-1  前盘形式

2.集流器

将气体引入叶轮的方式有两种，一种是从大气直接吸气，称为自由进气；另一种是用吸风管或进气箱进气。不管哪一种进气方式，都需要在叶轮前装置进口集流器。集流器的作用是保证气流能均匀地分布在叶轮入口断面，达到进口所要求的速度值，并在气流损失最小的情况下进入叶轮。集流器形式有圆柱形，圆锥形，弧形，锥柱形和锥弧形等，如图4-2所示。弧形，锥弧形性能好，被大型风机所采用以提高风机效率，高效风机基本上都采用锥弧形集流器。

 

 

 

 

 

 

 

 

(a)圆柱形   (b)圆锥形     (c)弧形      (d)锥柱形     (e)锥弧形

                           图4-2  集流器形式

3.涡壳

涡壳作用是汇集叶轮出口气流并引向风机出口，与此同时将气流的一部分动能转化为压能。涡壳外形以对数螺旋线或阿基米德螺旋线最佳，具有最高效率。涡壳轴面为矩形，并且宽度不变。

涡壳出口处气流速度仍然很大，为了有效利用气流的能量，在涡壳出口装扩压器，由于涡壳出口气流受惯性作用向叶轮旋转方向偏斜，因此扩压器一般作成沿偏斜方向扩大，其扩散角通常为6^。～8^。，如图4-3所示。

离心风机涡壳出口部位有舌状结构，一般称为涡舌（图4-3）。涡舌可以防止气体在机壳内循环流动。一般有涡舌的风机效率，压力均高于无舌的风机。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图4-3  涡壳                            图4-4  进气箱

4.进气箱

气流进入集流器有三种方式。一种是自由进气；另一种是吸风管进气，该方式要求保证足够长的轴向吸风管长度；再一种是进气箱进气，当吸风管在进口前需设弯管变向时，要求在集流器前装设进气箱进气，以取代弯管进气，可以改善进风的气流状况。进风箱见图4-4所示。

进气箱的形状和尺寸将影响风机的性能，为了使进气箱给风机提供良好的进气条件，对其形状和尺寸有一定要求。

   （1）进气箱的过流断面应是逐渐收缩的，使气流被加速后进入集流器。进气箱底部应与进风口齐平，防止出现台阶而产生涡流（见图4-4）。

   （2）进气箱进口断面面积与叶轮进口断面面积之比不能太小，太小会使风机压力和效率显著下降，一般/≮1.5；最好应为/=1.25～2.0（见图4-4）。

   （3）进风箱与风机出风口的相对位置以90^。为最佳，即进气箱与出风口呈正交，而当两者平行呈180^。时，气流状况最差。

     5.入口导叶

     在离心式风机叶轮前的进口附近，设置一组可调节转角的导叶（静导叶），以进行风机运行的流量调节。这种导叶称为入口导叶或入口导流器，或前导叶。常见的入口导叶有轴向导流器和简易导流器两种，如图4-5所示。入口导叶调节方式在离心风机中有广泛的应用。

 

图4-5  离心式风机的入口导流器

（a）轴向导流器结构示意图             (b) 简易导流器结构示意图

1 入口导叶  2 叶轮进口风筒  3 入口导叶转轴  4 导叶操作机构

四、离心风机结构型式

离心风机一般采用单级单吸或单级双吸叶轮，且机组呈卧式布置。图4-6所示为4-13.2（工程单位制为4-73）—11№16D型高效风机。该风机为后弯式机翼型叶片，其最高效率可达93%，风量为17000～68000m³/h，风压为600～7000Pa，叶轮前盘采用弧形。风机进风口前装有导流器，可进行入口导流器调节。

根据风机使用条件的要求不同，离心风机的出风口方向，规定了“左”或“右”的回转方向，每一回转方向分别有8种不同出风口位置，如图4-7所示。另可补充15^。、30^。、60^。、75^。、105^。、120^。……角度。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图4-6   4-13.2（4-73）—11№16D型风机

1 机壳  2 进风调节门  3 叶轮  4轴  5 进风口  6 轴承箱  7 地脚螺栓  8 联轴器

          9、10地脚螺钉  11 垫圈  12 螺栓及螺母  13 铭牌  14 电动机

 

 

 

 

 

 

图4-7  出风口位置

五、轴流式风机

轴流式风机与轴流式水泵结构基本相同。有主轴、叶轮、集流器、导叶、机壳、动叶调节装置、进气箱和扩压器等主要部件。轴流风机结构型式见图4-8所示。

 

图4-8  轴流式（通）风机结构示意图（两级叶轮）

1 进气箱  2 叶轮  3 主轴承  4动叶调节装置  5 扩压器  6 轴  7 电动机

 

由于轴流式风机（包括轴流式泵）具有较大的轮彀，故可以在轮彀内装设动叶调节机构。动叶调节机构有液压式调节和机械式调节两种类型。该机构可以调节叶轮叶片的安装角，进行风机运行工况调节。目前，国内外大型轴流风机与轴流泵都已实现了动叶可调。

导叶是轴流式风机的重要部件，它可调整气流通过叶轮前或叶轮后的流动方向，使气流

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图4-9  轴流泵与风机的基本型式

（a）单个叶轮机  (b) 单个叶轮后设置导叶 (c) 单个叶轮前设置导叶

(d) 单个叶轮前、后均设置导叶

以最小的损失获得最大的能量；对于叶轮后的导叶，还有将旋转运动的动能转换为压能的作

用。导叶设置如图4-9所示。叶轮后设置导叶称后导叶。后导叶设置在轴流风机和轴流泵中普遍采用。叶轮前设置导叶称为前导叶。目前，中、小型轴流风机常采用前导叶装置。在叶

轮前后均设置导叶是以上两种型式的综合，可转动的前导叶还可进行工况调节。这种型式虽然工作效果好，但结构复杂，仅适用于轴流风机。

 

第二节    离心风机性能曲线

离心风机性能曲线，即压力、效率、功率与流量的关系曲线，与离心泵性能曲线的理论定性分析和实测性能曲线的讨论是完全类似的。但是，由于流体的物理性质的差异，使得在实际应用中，离心风机的性能曲线与水泵有所不同。如离心风机的静压、静压效率曲线，离心风机的无量纲性能曲线，都在风机中有重要的应用。

一、风机的全压与静压性能曲线

1、风机的全压、静压和动压

水泵扬程计算式是根据水泵进出口的能量关系，对单位重量液体所获得的能量建立的关系式，即

     H =（Z-Z）++（m）

对于水泵，（Z-Z）+。故在应用中，水泵的扬程即全压等于静压，也就是水泵单位重量液体获得的总能量可用压能表示。

建立风机进出口的能量关系式，同气体的位能(Z-Z)可以忽略，得到单位容积气体所获能量的表达式，即

    （）-（） (N/㎡)           (4—1)

即风机全压等于风机出口全压与进口全压之差。风机进出口全压分别等于各自的静压、与动压、之和。式（1）适用于风机进出口不直接通大气（即配置有吸风管和压风管）的情况下，风机性能试验的全压计算公式。该系统称为风机的进出口联合实验装置，是风机性能试验所采用的三种不同实验装置之一。

风机的全压是由静压和动压两部分组成。离心风机全压值上限仅为1500mm（14710Pa），而出口流速可达30m/s左右；且流量（即出口流速）越大，全压就越小。因此，风机出口动压不能忽略，即全压不等于静压。例如，当送风管路动压全部损失（即出口损失）的情况下，管路只能依靠静压工作。为此，离心风机引入了全压、静压和动压的概念。

风机的动压定义为风机出口动压，即

       (N/㎡)                                   （4—2）

风机的静压定义为风压的全压减去出口动压，即

           (N/㎡)         （4—3）

风机的全压等于风机的静压与动压之和，即

           (N/㎡)                                        （4—4）

以上定义的风机全压，静压 和动压，不但都有明确的物理意义；而且也是进行风机性能试验，表示风机性能参数的依据。

    2、风机的性能曲线

     从上述各风压的概念出发，按照性能曲线的一般表示方法，风机应具有5条性能曲线。（1）全压与流量关系曲线（曲线）；（2）静压与流量关系曲线（ 曲线）；（3）轴功率与流量关系曲线（ 曲线）；（4）全压效率与流量关系曲线（ 曲线）；（5）静压效率与流量关系曲线（曲线）。5条性能曲线中， 曲线与 曲线是有别于水泵的两条性能曲线。

全压效率计算方法同水泵，即

             =                                       （4—5）

式中：—全压（N/㎡）；—流量（m³/s）；—轴功率（KW）。

静压效率 定义为风机的静压有效功率与风机的轴功率之比，即

                                                 （4—6）

离心风机性能曲线如图4—10所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图4—10  典型后向叶轮离心通风机的性能曲线        图4—11  5-48型离心通风机的无量纲性能曲线

二、风机无量纲性能曲线                   

    1. 风机的无量纲性能系数

    根据泵与风机的相似定律，与某一风机保持工况相似的任一风机（其性能参数均以下标“m”表示），在效率相等（）的条件下，相似三定律可分别表示为

                                                             （4-7）

                                          (4-8)

                                          (4-9)

注意到，以叶轮外径表示的几何比尺，叶轮出口牵连速度，引入叶轮圆盘面积。分别对上面3个定律的表达式进行无量纲化，并考虑到、、和  的关系，得到风机的无量纲性能系数。

（1） 流量系数 

由流量相似定律表达式（4-7）有

两端同除 后写为

最后可得流量系数，这是一个与流量有关的无量纲数，即

                          （4-10）

式（4-10）表明，工况相似的风机，其流量系数应该相等，且是一个常量。流量系数大，则风机流量也大。

（2）压力系数 

 由压力相似定律表达式（4-8）有

两端同除后写为

最后可得压力系数，这是一个与压力有关的无量纲数，即

                        （4-11）

式（4-11）表明，工况相似的风机，其压力系数应该相等，且是一个常量。压力系数大，则风机的压力也高。压力系数也是风机型号编制的依据之一。

（3）功率系数

  由功率相似定律表达式（4-9）有

两端同除    后写为

最后可得功率系数，这是一个与功率有关的无量纲数，即

                     （4-12）

式（4-12）表明，工况相似的风机，其功率系数应该相等，且是一个常量。功率系数大，则风机的功率也大。

（4）效率

  效率本身就是一个无量纲数，根据上述关系有

                     （4-13）

即效率就是无量纲的效率系数。

2．风机的无量纲性能曲线

   无量纲性能参数、、也是相似特征数，因此凡是相似的风机，不论其尺寸的大小，转速的高低和流体密度的大小，在对应的工况点K，它们的无量纲参数都相等。对于一系列的相似风机，每台风机都具有各自的性能曲线。当采用无量纲系数表示时，该系列所有对应工况点将重合为一个无量纲工况点，该系列所有对应性能曲线将重合为一条无量纲性能曲线。因此，对于系列相似风机的性能，可用一组无量纲性能曲线表示。

图4-11是5-48型风机的无量纲性能曲线。该曲线表示该型号中，几何相似，但大小与转速都不相同的一系列风机（即不同的机号）的无量纲性能曲线。

目前，国产离心风机的产品样本，都采用了无量纲性能曲线表示某一型号系列相似风机（不同机号）的共性。无量纲性能曲线不仅是为了减少风机性能图的数量以简化表示，而且还便于对不同特性的各种系列风机进行比较和选型。

无量纲性能参数与无量纲性能曲线，在理论上也适用与水泵，但是由于水泵的种类繁多，水泵本身还存在汽蚀问题，因此水泵不采用无量纲性能曲线。

三、风机性能参数计算

1．风机性能参数与无量纲性能参数

无量纲参数都是几个性能参数的无量纲组合，同一无量纲参数可以由这些性能参数的不同组合而成。因此，相似系列风机的对应工况点虽然具有同一无量纲参数，但是，这些点的性能参数并不相同。利用无量纲性能曲线选择风机和对风机性能参数的校核，都需根据无量纲参数和风机转速，叶轮直径，计算风机的风量，全压和功率。仍然采用无量纲参数  、、的表达式，并考虑叶轮圆盘面积和叶轮出口牵连速度的关系，可得风量、全压和功率的计算式。

   (m³/s)                          （4-14）

  (N/㎡)                         （4-15）

 （kw）                    （4-16）

2．非标准状态与标准状态的性能参数变换

风机性能参数风压是指在标准状态下的全压。标准状态是压力KP_a，温度℃，相对湿度的大气状态。一般风机的进气不是标准状态，而是任一非标准状态，两种状态下的空气物性参数不同。空气密度的变化将使标准状态下的风机全压也随之变化，在非标准状态下应用风机性能曲线时，必须进行参数变换。

相似定律表明，当一台风机进气状态变化时，其相似条件满足、、此时相似三定律为

              ；；                      （4-17）

若标准进气状态的风机全压为，空气密度为；非标准状态下的空气密度为，风机全压为，则全压关系有

   (N/㎡)                           （4-18）

一般风机的进气状态就是当地的大气状态，根据理想气体状态方程有

                                 （4-19）

式中，，是风机在使用条件（即当地大气状态）下的当地大气压，空气密度和湿度。将式（4-19）代入式（4-18）可得

  (N/㎡)           （4-20）

利用此式，可将使用条件下的风机全压，变换为标准进气状态下的风机全压。

 

 

 

第三节            风机比转数

风机比转数在风机的选型中有重要作用，特别是对于种类繁多的离心风机无量纲性能曲线的选型更为方便。风机比转数的概念同水泵比转数，比转数在应用中的意义也相同。

风机比转数的计算公式为

                                    （4-21）

式中：—转速（rpm）；Q—流量（㎡/s）；—标准状态下的风机全压(mmH₂o)。

目前，风机型号编制中的比转数，就是按式（4-21）和规定单位计算的结果。风机比转数是对单个叶轮而言的，对于多级（级数为）风机和双吸风机，其比转数分别为

              级风机                                  （4-22）

              双吸风机                                    （4-23）

比转数也是风机的基本性能参数之一。前面对于性能参数的有关讨论也同样适用于比转数。另外，比转数的大小还与计算采用的单位有关，以下就这些问题分别进行讨论。

（1）非标准状态工作的比转数

比转数的风压是标准状态进气时的全压。当为非标准状态进气时，应按式（4-18）计算风机在实际工作状态下的比转数，即

                         （4-24）

式中的标准状态空气密度Kg/m³。

（2）风机比转数与单位制

比转数是一个有量纲的性能参数，所以按式（4-21）计算的风机比转数的值与各物理量的单位有关，当转速的单位（rpm）和流量的单位(Q³/s)保持不变时，比转数的值仅与全压的单位有关。我国风机型号编制中的值，就是采用工程单位制的结果，其单位是kgf/m²或mmH₂o。当采用国际单位制时，值也随之改变。

风机全压采用国际单位制时应为N/㎡注意到1 kgf/m²=9.8 N/㎡=9.8mmH₂o，则比转数变为

                          （4-25）

即采用工程单位制的比转数比采用国际单位制的比转数大5.54倍。如4-73型普通通风机，比转数73是采用工程单位制计算的取值结果，当采用国际单位制时，比转数变为13.21，按风机型号编制方法应为4-13型风机。

（3）无量纲性能参数与比转数

利用风机的无量纲性能曲线时，若能直接采用无量纲性能参数计算比转数将是很方便的。为此，应将比转数公式，即式（4-21）中的参数用无量纲性能参数表示。

仍采用式（4-14）和式（4-15）中的基本关系，并注意到叶轮、，则有

 ；  ； 。

以上关系代入式（4-21）中，有

标准状态下，Kg/m³，则上式可写为

                                     （4-26）

当风机全压采用国际单位制(N/㎡)时，比转数还应满足式（4-25）的关系，则有

                                       （4-27）

即利用风机的无量纲性能参数计算比转数时，采用工程单位制的值比国际单位制大82倍。如4-73型风机在设计工况下的无量纲性能参数=0.230、=0.437，则按式（4-27）计算的比转数=73.2。

 

 

 

 

 

第四节  风机工况调节及运行

一.  风机装置工况

与求解水泵装置工况的方法相同，图解风机装置工况仍然是目前普遍采用的方法。风机P—Q性能曲线表示风机给单位容积气体提供的能量与流量的关系；管路P—Q性能曲线表示管道系统单位容积气体流动所需要的能量与流量的关系，这是两条曲线的不同概念。但是，对风机装置来说，两条曲线又相互联系、相互制约，装置工况即是风机与管路的质量平衡结果；也是风机与管路的能量平衡结果。

1、风机装置的管路性能曲线

风机管路系统是指风机装置中除风机以外的全部管路及附件、吸入装置、排出装置的总和。风机管路性能曲线是指单位容积气体从吸入空间经管路及附件送至压出空间所需要的总能量（即全压）与管路系统输送流量Q的关系曲线。一般吸入空间及压出空间均为大气，且气体位能通常忽略，则管路性能曲线的数学表达式为

 (N/㎡)                                                  (4-28)

式子中是管路系统的综合阻力系数（㎏/㎡ ）。 决定于管路系统的阻力特性，根据管路系统的设置情况和阻力计算确定。式子（4-28）表示的管路性能曲线在坐标系中是一条通过原点的二次抛物线。

全压表示风机提供的总能量，但是用于克服

管路系统阻力的损失能量只能是全压中静压能量。

因此，风机装置工况的确定，有时需要用风机的静

压与流量关系（）曲线来确定相应的装置

工况。此时，风机装置将出现全压工况点N 和静

压工况点 M ，如图 4-12 所示，这是意义不同的

两个工况点。                                             

2、无量纲管路性能曲线

离心风机的性能曲线通常采用无量纲性能曲线

表示（见图4-11），所以求解装置工况需要采用与之            图 4-12

相应的无量纲管路性能曲线。为此，需对管路性能            

曲线的方程式无量纲化，利用无量纲性能曲线同样可图解风机装置工况。            

对式（4-28）进行无量纲化，有

式中为叶轮出口牵连速度，为叶轮圆盘面积，为气体密度。显而易见，   同风机的压力系数  ， 同风机的流量系数，若   项用  表示，则上式可写为

                                         （4-29）

式中 也是一个无量纲系数，若采用基本量纲进行量纲分析，其量纲为

式（4-29）就是管路无量纲性能曲线的数学表达式，其有与风机相同的无量纲系数、和管路无量纲系数。可以看出，式（4-29）表示的管路无量纲性能曲线，在坐标系中仍然是一条通过原点的二次抛物线。利用无量纲性能曲线同样可以图解风机装置工况，图解所得无量纲性能参数同样可以转换为实际性能参数。

二、风机工况调节

与水泵工况调节相类似，风机工况调节也可分为非变速调节与变速调节两种方式。在非变速调节中，又分为节流调节、分流调节、离心风机的前导叶轮调节，轴流风机的动叶调节等不同方法。

1. 风机入口节流调节   

   利用风机进口前设置的节流装置来调节流量的方法，称为入口节流调节。因为节流增加了管路阻力，所以也改变了管路性能曲线。同时，由于入口节流装置一般安装在风机进口前部位，节流时其断面速度非均匀分布，直接影响到叶轮进口的正常速度分布，因此也改变了风机的性能曲线。节流调节后的装置工况，

则由变化后的两条性能曲线决定，如图4-13

所示。风机装置原工况点为M ，流量；采用

节流调节后流量减小为，其工况点为A，调节

损失能量。若采用出口节流调节，则工况点

应为，能量损失为。由于<，           

所以入口节流调节适用于小型风机的调节。

入口节流调节除了改变叶轮进的速度分布之外，

同时还降低了叶轮进口部位的压力，对于水泵增加

了汽蚀的危险性，因此水泵不采用这种调节方法。                图4-13

   2 . 风机入口导流器调节

   入口导流器调节是离心风机采用的一种主要调节方法，入口导流器及设置仍见图(4-5)   所示。通常把导流器及进气箱都作为离心风机的一个组成部分，利用改变入口叶轮的安装角，来改变风机的性能曲线并改变风机装置工况，达到风机流量调节的目的。

   入口导流器调节的工作原理表明，当入口导叶的安装角=0^°时，入口导叶对叶轮进口气流基本上无作用，仍保持径向流入状态（即）。当>0^°时，入口导叶将使气流的进口绝对速度产生圆周切向分量（即），不再保持径向流入状态。入口导叶对进口气流的这种作用称为“预旋”。由叶片式泵与风机的基本方程式             可知，当=0^°时，；当>0^°时，，即预旋将使全压减小，导致风机P—Q 曲线变陡。由装置工况分析可知，入口导流器调节的经济性要好于出口节流调节。

当离心风机的调节流量较小时，采用入口导流器调节的经济性与变速调节的经济性相当。同时，入口导流器构造简单尺寸小，投资低；调节运行可靠、方便，维修简单。因此入口导流器调节方法在离心风机中有广泛的应用。

与入口节流调节的分析相同，水泵很少采用入口导叶调节这种方式。只有在泵装置具有足够的有效汽蚀余量，以致采用入口导流器调节不会产生汽蚀时，离心水泵和轴流泵还是可以考虑采用这种调节方式的，因其经济性仍然是高于节流调节的。

3、风机（泵）的分流调节

 风机的分流调节就是把风机输出的部分流量通过分流管回流到吸入容器或引入管路，并且在分流管装有阀门以调节分流流量的大小来调节风机装置的流量，这就是分流调节，如图 4-14（a）所示。

 风机装置分流调节的图解工况如图4-14（b）所示。与水泵不对称并联图解工况相同，采用折引方法求解分流调节工况是可行的。首先，将公共管段AB视为风机的组成部分，在风机的 P—Q 曲线上每一点的压力P减去对应流量下的AB段损失压力，可得到折引风机性能曲线。然后，作折引到管路性能曲线，即无公共管段AB，而由BC与BD 管段直接并联的管路曲线。风机输出段BC的曲线是指分流管阀门全关时的管路性能曲线；分流段BD的曲线是指分流管阀门全开的管路性能曲线。根据并联管路工作原理，对曲线与曲线进行等压力下的流量叠加，得到折引管路性能曲线。曲线与曲线的交点M^′即为装置分流调节的工况点。

根据折引原理，风机的工况点为M。从M^′点作水平线分别交  曲线和曲线于C₁点和C₂点，其对应的流量就是风机输出的实际流量，就是调节的分流流量。根据并联工作原理，风机流量。当分流管阀门全关时，其装置工况点为N^′，风机工况点为N。显然，从N^′点到M^′点的各工况点，代表了分流管阀门从全关到全开时的全部分流调节工况。

轴流式风机采用分流调节方式要优于节流调节，其经济性要好些。离心式风机采用分流调节方式其经济性要低于节流调节方式。

风机分流调节原理也适用于并联管路送风装置的工况确定。由图4-14（a）可见，分流管BD实际就是与管段BC并联的另一条管路。

分流调节也适用于泵装置的工况调节。因为泵不能采用入口节流调节或入口导叶调节，所以采用节流调节比风机更为适宜。

三、风机的非稳定工况运行

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。与轴流泵相同，轴流风机也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

轴流风机叶轮均采用了翼型叶片，气体与翼型之间的相对运动就是翼型绕流。在翼型绕流特性分析中，定义相对运动方向与翼弦线（即翼型前后缘曲率中心之连线）的夹角为冲角（或攻角），如图4-15所示，冲角大小是影响机翼型绕流特性的最重要的因素。当冲角为零时，叶片产生较大的升力和较小的摩擦阻力。当冲角增大时，叶片背水面尾部流动产生分离，外力有所增加而阻力（主要是形体阻力）的增加更大，叶片升阻比减小。当冲角增大到某一临界值后，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。这种绕流现象称为脱流（或失速）。对于依靠外力工作的轴流风机，脱流是产生非稳定工况的一个重要原因。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图4-15                                     图4-16

轴流风机叶轮是由绕轮毂的若干个翼型组成的叶栅，图4-16所示为展开后的平面叶栅，叶片之间为气流通道，如图中标示的1、2、3……。气流在通过旋转叶栅时也会产生脱流现象，但这种脱流总是在某一个叶片首先发生，并在该叶片背水面流道，如图中的流道2的后部因涡流发生流动阻塞。2流道因阻塞减小的流量将向相邻的1、3流道分流，并与原有的流动汇合使1、3流道的流量增大。由于汇流改变了1、3流道的流动状况，也改变了1、3流道的进口流动方向。流道2向流道1的分流方向与叶轮的旋转方向相同，将使叶片冲角减小而抑止了脱流的发生；与此相反流道2向流道3的分流方向与叶轮旋转方向相反，将使叶片冲角增大而诱发了脱流的产生。这样，流道1就保持了正常的流动状况，而流道3因脱流而是非正常的流动状况。与前面的分析完全相同，当流道3因脱流而发生流动阻塞时，也将影响到2、4流道的流动，抑止了2流道的脱流却诱发了4流道的脱流。因为叶轮是旋转的，所以此过程是顺序反复进行的。因此在旋转叶轮中，叶片脱流将沿着叶轮旋转的反方向，周期性而持续地依次传递；这种脱流现象称为旋转脱流。

旋转脱流逆叶轮旋转方向的角速度小于叶轮旋转角速度（约为转速的30%-80%），脱流对叶片仍有很高的作用频率。同时，脱流前后作用于叶片的压力大小也有一定的变化幅度。因此，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。

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．风机的喘振

风机驼峰形性能曲线如图4-17所示。根据图解离

心泵装置工况的能量平衡关系可知，图中K点为临界

点，K点右侧为风机稳定工作区，左侧为不稳定工作区。

现对具有大容量管路系统的风机装置，并且风机在不稳

定运行的工作状况进行讨论。

驼峰形曲线和大容量管路是风机发生喘振的必要件。

仍见图4-17，装置原工况点A为稳定工况。现在需要

流量减小至，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，，。与此同时，管路性能也沿曲线

AK变化，压力上升至 ，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           图4-17

不变。在风机无流量输出，并且管路压力大于风机压力的条件下，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，风机即无流量的输出也无流量的输入，但风机仍然在持续运行，故风机工作点又由D点跳到E点。但是，由于外界所需风量仍保持，所以上述过程将按E—K—C—D—E的顺序周期性地反复进行。以上讨论也是对喘振机理的分析。

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。喘振将使风机性能恶化，装置不能保持正常的运行工况，当喘振频率与设备自振频率相重合时，产生的共振会使装置破坏。

为了防止喘振的发生，大容量管路系统的风机应尽量避免采用驼峰形性能曲线；在任何条件下，装置输出的流量应充分地大于临界流量，决不允许出现；采用适当的调节方法扩大风机的稳定工作区；控制管路容积等措施都是有效的。

3、风机并联工作的“抢风”现象

当风机并联工作也存在不稳定区时，将会影响风机并联的正常工况，产生流量分配的偏离，即“抢风”现象。

两台具有驼峰形曲线的风机并联工作。假定为同型号风机，性能曲线为，用并联性能曲线的方法作出并联性能曲线，由于存在不同段曲线并联的可能，因此在中出现了一个形状的不稳定工作区。风机性能曲线及并联性能曲线如图4-18所示。

当并联运行工况点为A时，相应每台风机均在A₁点工作，风机为稳定运行。若并联风机在不稳定的区内运行，管路性能曲线与风机并联性能曲线有两个交点，即B点和C

点。当在B点运行时，相应每台风机均在B₁点              图4-18

工作，风机仍为稳定运行。当因各种因素不能维持在B点运行时，工况点将下移到C点，这时相应每台风机的工况点分别在C₁点和C₂点。流量大的这台风机在稳定区的C₁点工作，而流量小的风机的工作在不稳定区的C₂点，由于一台风机在不稳定区工作 ，因此C 点并联工况仅为暂时的平衡状态，随时有被破坏的可能。这种不稳定的并联工况，不仅产生较大的流量偏离，一台风机流量很小甚至出现倒流；同型号风机的不稳定并联工况，还客观导致风机工作点的相互倒换，即两风机大小流量互变。以上过程的反复进行，使风机不能正常并联运行，这是风机“抢风”现象机理的分析。

“抢风”现象不仅影响了并联装置的正常工作，而且还可能引起装置的振动，电机的空载或过载等不良后果。因此，应尽量避免并联风机的不稳定运行。如低负荷工作时应采用单台风机运行；也可采取适当的调节方法等措施来防止“抢风”现象的发生 。

水泵并联运行也存在着类似的“抢水”现象，除了上述的危害之外，还可能引起泵的汽蚀，具有更大的危害性。

 

 

 

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 第五节 风机选型方法及步骤

一、           离心通风机型号表示方法

离心通风机的全称包括名称、型号、机号、传动方式、旋转方向和出风口位置等六部分，一般包括用途代号、压力系数表示、比转数表示、机号等基本内容。用途代号以用途名称汉语拼音字母首字表示，如“G”和“Y”分别代表锅炉送风和锅炉引风机；如“T”代表通用离心通风机，一般可省略不写。压力系数表示是风机全压系数乘以10并四舍五入取整得到的数字。比转数表示是风机比转数四舍五入取整得到的数字。机号为叶轮外径的分米（dm）数。

如Y42-273F型风机，Y表示是一台锅炉引风机；4-273为风机最高效率点（即风机设计工况点）的压力系数为0.4，比转数为73，叶轮为双吸式；表示叶轮外径=28.5dm(2850mm)；F为双支承联轴器传动。又如4-6812.5D型风机，无拼音头表示是一台通风的通风机；4-68为风机最高效率点的压力系数为0.4。比转数为68；  12.5表示叶轮外径=12.5dm；D为悬臂支承联轴器传动。

国家推广的一般非专用高效节能风机，其主要产品如表4-1所示。

二、风机选型方法

在风机应用中，除了满足对其流量、风压的要求之外，还应考虑对风机高效运行的要求，这是合理选择风机的一个重要因素。风机性能是风机合理选型的依据，风机性能的表示方法不同，风机选型的方法也不同。

（1）利用风机性能表选择风机

这种方法与利用水泵性能表选择水泵相同，虽然简单方便，但是不能准确地确定风机装置工况。此方法也只适用于单一工况风机的选择，难以对选择进行比较分析，不能解决工况调节问题。        

  （2）利用风机性能曲线选择风机

    这一方法与利用水泵性能曲线选择水泵一样，是一种最基本也比较简单的方法。此方法便于工况调节的分析和调节参数的确定。利用性能曲线的比选性较差。 

（3）利用风机无量纲性能曲线选择风机

风机无量纲性能曲线是表示各种型式，不同机号的系列风机的无量纲性能参数。为了缩小选择的范围，先选定风机的转速（在可能条件下尽量选择较高的转速，但锅炉引风机，排尘风机应考虑高转速的磨损问题）。由风机选择参数和式（    ）或式（    ）计算风机的比转数。再由值查找离心风机的无量纲曲线，找出与计算比转数最为接近并且本身效率又较高的风机作为选定的风机型式。

选定风机型式后，由相应的无量纲性能曲线上查出最高效率点（即风机设计工况点）的流量系数和压力系数。然后根据这两个无量纲参数的定义式（4-10）和式（4-11），可以确定风机叶轮外径，也可根据式（4-14）和式（4-15）分别写出的计算式，即    

                                 （4-30）

                                 （4-31）

由以上两式求出的叶轮外径应相等或近似相等（查图的误差所致）。

最后按照计算的叶轮外径，选择最接近的风机机号（即风机叶轮外径）。并根据所选择的风机型号，进行风机工作参数（即风机选择参数）的校核。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图4-19

 

（4）利用风机的性能选择曲线选择风机

这是风机选择中最常用的一种方法。选择曲线是把同一相似系列，不同叶轮外径  的每一台风机的全压，功率，转速与流量的关系，在对数坐标图上所标绘的一系列线族，如图4—18所示为4—13型风机性能选择曲线。选择曲线图中包含有，和的三组等值线族和一系列高效工作区的线族。由于采用对数坐标，三组等值线族均为各自平行的直线，并规定高效区是效率达最高效率90%以上的工作区范围。

等线通过的性能曲线族，表示同一机号，不同转速下的风机性能曲线。对任意一条性能曲线来说，其上各点的叶轮直径，转速都是相同的，且等于最高效率点（设计工况点）的值和 值。等线与等线在性能曲线上的交点就是风机设计工况点。等线一般并不通过性能曲线的设计工况点，且性能曲线上各点的功率都不相等。

根据风机的选择参数（），在选择曲线图上可找出相应的工况点，若该点位于性能曲线上则可直接选定风机的机号，转速和功率。但所需要的工况点往往不是刚好落在性能曲线上，如图4-19上的1点。这时，需要在流量保持不变的条件下，向上查找最接近的性能曲线上的2点和3点，由2点或3点所在的性能曲线，查出出风机的机号（即 ），转速和功率。对于初选的两台风机（对应两条曲线）还应进行比较分析，一般应选取效率比较高，转速比较高，叶轮外径较小，功率较小的风机。如图中的3点性能曲线为最后选定的风机。

                                                       

三、风机选型步骤                                            

    风机选型的根本目的是在不同工作条件和不同工作状况下，满足风机装置系统对流量和压力的要求，并且要确保风机能够经济安全的运行。选型目的也就决定了风机选型的基本原则，这些原则更全面也更充分地体现在风机选型的每一步骤中。

（1）风机工作条件下的大气压强，输送气体的温度，密度。装置系统工作特点和拟采用的风机工作方式和工况调节方法。

（2）根据实际需要确定每台风机工作的最大流量，再根据系统管路布置计算相应的最大压力（全压）。并按设计规定，风机负荷应考虑一定的安全富裕量，一般流量取值为=（0.05~0.1），比转数大取小值；压力取值为=（0.1~0.15），比转数大取大值。

（3）风机产品样本给出的风机性能都是在标准状态下的参数，而风机通常是在非标准状态下工作的。因此，必须按照相似定律和气体状态方程，将实际状态的设计流量和压力，换算为标准状态的流量和压力。根据无量纲性能参数和比转数的讨论，有关系

（m³/s）                                     (4-32)

(N/㎡)                      (4-33)

(KW)                      (4-34)

式中，，是风机在实际状态（即使用条件）下的流量（m³/s），全压(N/㎡)和功率(KW)；标准状态为101325 N/㎡的大气压和20℃的气温。换算后的，是风机的选择参数，也是风机选型的第一个控制条件。

（4）根据风机产品样本确定风机选型采用的方法（即性能表、性能曲线、无量纲性能曲线、性能选择曲线中之一）。一般情况还应根据风机的选择参数计算风机的比转数，更有利于风机的合理选型。风机性能是风机选型的第二个控制条件。选型时应注意选择较高效率的风机，并且应保持风机在高效工作区运行；有条件时应尽量选择转速高、叶轮直径小的风机。对于负荷较小，工况简单的系统，其风机可以一次选定；而负荷较大，工况比较复杂的系统，往往需要进行不同型号风机之间的性能比较和综合分析，以确定最合理的风机型号。另在风机的选型中，应尽量避免风机出现非稳定运行状况的可能。如马鞍形性能曲线 ，是风机产生旋转脱流、喘振和抢风等不正常工作的主要原因，在风机选型时应引起重视。

（5）根据所选风机的性能曲线和管路性能曲线，考虑系统管路布置方式和风机运行方式，图解装置运行工况和风机运行参数。如果需要运行工况调节的，应根据采用的调节方法图解调节工况，确定相应的调节工况参数。对于可采用多种方法调节时，应进行不同方法的经济性分析，以确定最合理的调节方法。

以上是风机选型的主要步骤。从风机选型的整个过程来看，是包括风机理论、风机性能、装置工况及工况调节等内容的一个综合应用过程，选型的目的就是实现对风机最合理地应用。以上步骤体现了风机选型的目的和方法，有很重要的实际意义。

   风机常见故障分析

 1。振动（可从下述几个方面进行检查）；

    A。叶轮旋转时碰擦，此时会发生异常的声音和激烈的振动。原因是贮运，安装，使用过程中风机外壳或叶轮部件发生变形。

    b，贮运，安装，使用过程中传动件或机壳变形叶轮平衡破坏。原因如下：叶轮受压变形；叶轮与轴套的连接件松动；吊装不妥导致主轴变形；电机固定螺旋松动；

    c风机底脚螺栓未固紧。

    2。发热：常温下运行一小时后，发现电机温升过高，则可能由下列原因之一造成；

    a系统阻力过大或风机选配一不合理导致电机超负荷运行，原因是管网阻力系数过大或管路系数的阀门未打开。

    b电机轴承损坏，配合间隙小，不符合要求；

    c电机断相运行或接线错误；

    d电源电压过低。

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,Pa  ρ:风机进口气体密度,Kg/m^3 u2：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，Pa R：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=5.54 n Q01/2/（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/s Kp: 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,Pa k: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,m n:主轴转速：r/min Kp：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/m3 ψt：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Pa H：海拨高度：m