【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是理想條件下，單位體積空氣的能量增量與空氣在葉輪中運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系式，即歐拉方程。 但注意到： 1）上述分析并未涉及空氣在葉輪流道中途的運(yùn)動(dòng)，因而風(fēng)機(jī)全壓僅與進(jìn)出口的速度有關(guān)，而與流動(dòng)過程無關(guān)； 2）只要進(jìn)出口的速度三角形相同，則風(fēng)機(jī)的理論全壓就相等。 。 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 歐拉方程的修正 問題：上述推導(dǎo)是在理想條件下進(jìn)行的，即流道中任一點(diǎn)的相對(duì)速度 w都是沿著葉片的切線方向（均勻相對(duì)流），但 實(shí)際葉片數(shù)有限時(shí)，對(duì)流束的約束減弱，因而由于慣性產(chǎn)生的軸向相對(duì)渦流運(yùn)動(dòng)。因此，因此風(fēng)機(jī)的理論全壓有所降低。 渦流運(yùn)動(dòng)使同一半徑的圓周上的的相對(duì)速度 w分布不均勻，作用在轉(zhuǎn)軸上，形成阻力矩，同時(shí)在葉片出口處，相對(duì)速度將朝旋轉(zhuǎn)的反方向偏離切線，即原有的切向分速度減小到 vn2T。同樣地，在葉片進(jìn)口處，相對(duì)速度 w將朝向葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向偏移，從而使進(jìn)口切向速度分量增加到 vn1T。 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 由于上述渦流的影響 ， 風(fēng)機(jī)全壓將會(huì)降低為有限葉片情況下的 HtT ，這種變化目前只能采用渦流修正系數(shù) K=~（ 1） 來加以修正 ，即： HtT=KρHtT∞ =K ρ(u2T∞ vn2T∞ u1T∞ vn1T∞） （ 1） 或者寫為： HtT= ρ(u2T vn2T u1T vn1T） （ 2） 注： 上述兩式表達(dá)了實(shí)際葉輪工作時(shí)，理論上空氣所能獲得的能量大小，但上述尚未考慮由于流動(dòng)損失引起風(fēng)機(jī)全壓的降低，上述僅僅考慮的是葉片數(shù)有限從而導(dǎo)致相對(duì)渦流產(chǎn)生的影響。 空氣獲得能量 HtT的組成 為說明 HtT的組成以及風(fēng)機(jī)全壓中動(dòng)壓和靜壓所占的比例，可以將速度三角形按余弦定理展開得到： 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 兩式相減 ， 并利用 （ 1） 或 （ 2） 式 ， 得到： 式中 第三項(xiàng)是單位體積空氣的動(dòng)能增量 ， 在風(fēng)機(jī)全壓相同的情況下 ， 我們希望動(dòng)能項(xiàng)不宜過大 。 前兩項(xiàng)是全壓中的靜壓增量 ， 其中第一項(xiàng)是單位體積空氣在葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力做的功 L， 使空氣從進(jìn)口到出口產(chǎn)生一個(gè)向外的靜壓能增量 。 第二項(xiàng)是由于葉片間流道展寬 ， 以至相對(duì)速度 w降低而獲得的靜壓能增量 ， 表明了空氣經(jīng)過葉輪時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能的多少 ， 一般由于相對(duì)速度變化不大 ， 故該增量較小 。 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 222222222222222 2c o s2 nvuvuvuvuw ???? ?112121111212121 2c o s2 nvuvuvuvuw ???? ?)(2)w(2)(2 212222212122 vvwuuH tT ??? ???三 、 葉型對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響 對(duì) （ 2） ， 如果葉片流道進(jìn)口處的切向速度 vn1T = v1 cosa1=0， 則由 （ 2） 可以使風(fēng)機(jī)全壓 HtT達(dá)到最大值 。 為此 ， 在風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí) ，總是使進(jìn)口絕對(duì)速度 v1 與圓周速度 u1之間的工作角 a1=90度 ， 這樣空氣按徑向進(jìn)入葉片流道 ， 此時(shí) （ 2） 變?yōu)椋? HtT= ρu2T vn2T （ 3） 因此，上式所表達(dá)的風(fēng)機(jī)全壓最大值與出口的安裝角 β 2的關(guān)系是什么？也即 β 2對(duì)風(fēng)機(jī)全壓最大值的影響如何？以葉片出口的速度三角形來討論上述問題。 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 對(duì)以葉片出口的速度三角形 ， 顯然有： vn2T =u2T vr2Tctg β 2 代入 （ 3） 式 ， 即有： （ 4） 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) ? ?22222 ?? c t gvuuH rTTtT ?顯然 ， 如果葉輪直徑固定不變且在相同的轉(zhuǎn)速下 ， 葉片出口安裝角 β2對(duì)風(fēng)機(jī)全壓的理論值有直接的影響 。 三種不同的出口安裝角 β 2時(shí) ， 葉輪葉型如圖所示 ， 后傾式 徑向式 前傾式 徑向式 （ β2=90186。)： ctgβ2=0, 后傾式 （ β290186。): ctgβ20, 前傾式 （ β290186。): ctgβ20, 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 22 TtT uH ??22 TtT uH ??22 TtT uH ??從上述分析 ， 似乎前傾式葉型的葉片獲得的全壓最大 ， 其次為徑向式 ，而后傾式所獲得的全壓最小 。 但上述結(jié)論并不全面 ， 因?yàn)樵谌珘褐?，存在動(dòng)壓和靜壓的分配問題 ， 下面將進(jìn)一步予以討論 。 實(shí)際上 ， 在同一葉輪直徑和轉(zhuǎn)速條件下 ， 前傾式風(fēng)機(jī)全壓中的動(dòng)壓所占比例較大 ， 而后傾式風(fēng)機(jī)動(dòng)壓占全壓的比例最低 ， 徑向式風(fēng)機(jī)則介于兩者之間 。 對(duì)前傾式 ， 由于其動(dòng)壓成分大 ， 空氣在蝸殼以及擴(kuò)壓器中的流速較大 ， 從而導(dǎo)致動(dòng)壓轉(zhuǎn)化為靜壓時(shí)損失較大 。 因此 ， 雖然前傾式風(fēng)機(jī)的全壓較大 ， 但能量損失也較大 ， 因而效率較低 ， 故在大型離心式風(fēng)機(jī)中全都采用后傾式葉輪 ， 同時(shí)也可降低噪聲 。 但對(duì)小型離心式風(fēng)機(jī) ， 效率不是主要考慮的因素 ， 因此也有采用前傾式葉型的 。這是因?yàn)樵谌珘合嗤那闆r下 ， 前傾式風(fēng)機(jī)的葉輪直徑和外形尺寸可以做的比較小 ， 因此在微型風(fēng)機(jī)中大多采用前傾式葉型 。 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 四 、 流量 全壓 、 流量 功率的理論曲線 風(fēng)機(jī)全壓 、 流量以及所需功率等性能參數(shù)是相互影響的 ， 常用流量 全壓 、 流量 軸功率 、 流量 效率 等形式來表示這些性能參數(shù)之間的關(guān)系 。 前面已經(jīng)給出了風(fēng)機(jī)的理論全壓 ， 但如何從中扣除流動(dòng)損失 ？可以采用半經(jīng)驗(yàn)估算 ， 因此風(fēng)機(jī)實(shí)際性能曲線只能依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制 。 首先從歐拉方程出發(fā) ， 研究無流動(dòng)損失條件下的風(fēng)機(jī)特性曲線問題 。 若葉輪前盤和后盤之間的寬度為 b2， 則葉輪工作時(shí)所排出的理論流量為： QT=e? D2 b2vr2， 式中 e為葉片排擠系數(shù) 。 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 將 QT=e? D2 b2vr2， 代入 （ 4） ， 即有： 對(duì)幾何尺寸一定的風(fēng)機(jī)而言 ， 當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時(shí) ， 上式中的 e、 D2 、b u2T為常數(shù) ， 故上式可以寫為： 式中 ctgβ2代表葉型 ， 也是常量 ， 這表明在固定轉(zhuǎn)速下 ， 無論風(fēng)機(jī)是何種葉型 ， 風(fēng)機(jī)理論全壓與理論流量成線性關(guān)系 。 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) ? ???????????22222222222?????c t gbDeQuuc t gvuuHTTTrTTtTTtT QB c t gAH 2??? 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 徑向式 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 后向式 上述分析僅是定性地說明了不同葉型的曲線變化趨勢(shì) ， 但仍然可以看出 ， 前傾式葉型風(fēng)機(jī)所需的軸功率隨流量的增加而增長(zhǎng)較快 ， 因此這種風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中增加流量時(shí) ， 電機(jī)超載的可能性要比后向式葉型風(fēng)機(jī)大得多 ， 而后向式風(fēng)機(jī)幾乎不會(huì)出現(xiàn)電機(jī)過載現(xiàn)象 。 五 、 風(fēng)機(jī)實(shí)際性能曲線 風(fēng)機(jī)損失 風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能曲線與理論曲線不同 。 實(shí)際性能曲線由于在機(jī)內(nèi)存在著能量損失問題 ， 那么如何得到風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能曲線呢 ？ 該問題極為復(fù)雜 ， 尚不能精確計(jì)算這些流動(dòng)損失 ， 尤其是風(fēng)機(jī)運(yùn)行偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)更為復(fù)雜 。 但如果從理論上研究這些流動(dòng)損失找出規(guī)律 ， 就可以找出減少損失的途徑 。 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 風(fēng)機(jī)的損失包括三部分 ， 即： ?流動(dòng)損失： 空氣流經(jīng)風(fēng)機(jī)時(shí) ， 產(chǎn)生的局部阻力損失和沿程阻力損失 ，損失的大小與過流部件的幾何形狀 、 壁面的粗糙度以及空氣的粘性有關(guān) 。 ?容積損失： 葉輪工作時(shí) ， 機(jī)內(nèi)存在高壓區(qū)和低壓區(qū)兩部分 ， 同時(shí)由于風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)上存在運(yùn)動(dòng)部件和固定部件之分 ， 兩部分之間必然存在縫隙 ， 空氣可能從高壓區(qū)經(jīng)過縫隙流到低壓區(qū)形成回流 ， 回流空氣經(jīng)過葉輪時(shí)也要活得能量 ， 但此部分能量未能有效利用 ， 而回流量的多少與葉輪增壓的大小 、 縫隙的幾何形狀以及運(yùn)動(dòng)和固定部件之間的密封性能等因素有關(guān) 。 ?機(jī)械損失： 包括軸承 、 軸封等摩擦損失 ， 以及葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其外表與機(jī)殼內(nèi)空氣發(fā)生的圓盤摩擦損失 ， 其中后者占主要 。 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 風(fēng)機(jī)的全效率 如果只考慮機(jī)械效率 ， 則供給風(fēng)機(jī)的軸功率 N為： 而風(fēng)機(jī)實(shí)際獲得的有效功率 Nt（ 以全壓計(jì)算 ） 為： 因此 ， 風(fēng)機(jī)的全效率為： 因此有： 分別為風(fēng)機(jī)的全效率 、 容積效率 、 水力效率和機(jī)械效率 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) mhv ???? ?mtTT HQN??mtTTttHHNN ?? ???tt HQN ?? 風(fēng)機(jī)的個(gè)體性能曲線 ? 離心式通風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 特點(diǎn)： 1） 離心式風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線駝峰不明顯 ， 且隨葉片后傾角度 （ 即 β2） 增大逐漸減小 ， 其風(fēng)壓曲線工作段較軸流式風(fēng)機(jī)平緩； 2） 當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻作相同量的變化時(shí) ， 其風(fēng)量變化比軸流式風(fēng)機(jī)要大 。3） 離心式風(fēng)機(jī)的軸功率Ｎ隨Ｑ增加而增大 ， 只有在接近風(fēng)流短路時(shí)功率才略有下降 。 風(fēng)機(jī)開啟方式： 為避免啟動(dòng)負(fù)荷過大燒壞電機(jī) ， 啟動(dòng)時(shí)應(yīng)將風(fēng)硐中的閘門全閉 ，待達(dá)到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開 。 說明： 1） 離心式風(fēng)機(jī)大多是全壓特性曲線 。 2） 當(dāng)供風(fēng)量超過需風(fēng)量過大時(shí) ，常常利用閘門加阻來減少工作風(fēng)量 ， 以節(jié)省電能 。 ? 軸流式通風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 特點(diǎn)： 1） 軸流式風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在 。 2）駝峰點(diǎn)Ｄ以右的特性曲線為單調(diào)下降區(qū)段 ， 是穩(wěn)定工作段； 3） 點(diǎn)Ｄ以左是不穩(wěn)定工作段 ， 產(chǎn)生所謂喘振 （ 或飛動(dòng) ） 現(xiàn)象； 4） 軸流式風(fēng)機(jī)的葉片安裝角 （ β2） 不太大時(shí) ， 在穩(wěn)定工作段內(nèi) ， 功率隨Ｑ增加而減小 。 風(fēng)機(jī)開啟方式： 軸流式風(fēng)機(jī)應(yīng)在風(fēng)阻最小 （ 閘門全開 ） 時(shí)啟動(dòng) ，以減少啟動(dòng)負(fù)荷 。 說明： 軸流式風(fēng)機(jī)給出的大多是靜壓特性曲線 。 一般離心式風(fēng)機(jī)流量和全壓較低 ， 難以滿足工程所需的大流量和較高全壓 ， 而軸流式風(fēng)機(jī)則能滿足此要求 。 ? 通風(fēng)機(jī)的合理工作范圍 為使通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，保證通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)處于一個(gè)合理的工作范圍之內(nèi)，對(duì)任何通風(fēng)機(jī)都有如下規(guī)定： 1）實(shí)際風(fēng)壓不能超過 ； 2）通風(fēng)機(jī)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)數(shù)不能超過它的額定轉(zhuǎn)數(shù)； 3）主通風(fēng)機(jī)的靜壓效率不應(yīng)低于 。 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) 軸流式風(fēng)機(jī)的合理各種范圍 上限： “駝峰”右側(cè)，實(shí)際工作風(fēng)壓在最大風(fēng)壓值的 。 下限： 通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，不得低于。 左限： 葉片安裝角 θ的最小值，對(duì)一級(jí)葉輪為 10176。，二級(jí)葉輪為 15176。 右限 ：葉片安裝角 θ的最大值，對(duì)一級(jí)葉輪為 40176。，二級(jí)葉輪為 45176。 應(yīng)注意的問題 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) ? 上述風(fēng)機(jī)特性曲線是在一定轉(zhuǎn)速下的基本性能曲線 ， 其中 QHt曲線最為重要 ， 根據(jù) QHt曲線的大致傾向可以分為平坦型 、 陡降型和駝峰型三類 。 駝峰型曲線 ，Ht隨 Q增大而增大 ， 達(dá)到最大值后逐漸下降 ， 因此此型風(fēng)機(jī) 在一定運(yùn)行條件下可能出現(xiàn)不穩(wěn)定工作 ， 應(yīng)予以避免 。 第四節(jié) 風(fēng)機(jī)基本理論與特性參數(shù) ?工況點(diǎn)： 當(dāng)風(fēng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速 、在風(fēng)阻Ｒ的管網(wǎng)上工作時(shí) 、 可測(cè)算出一組工作參數(shù) （ 風(fēng)壓Ｈ 、風(fēng)量Ｑ 、 功率Ｎ 、 和效率 η） ，這就是該風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)風(fēng)阻為Ｒ時(shí)的工況點(diǎn) 。 工況點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的風(fēng)量就是此時(shí)礦井的實(shí)際風(fēng)量；對(duì)應(yīng)的風(fēng)壓就是用以克服管道或礦井通風(fēng)阻力的通風(fēng)壓力；對(duì)應(yīng)的功率和效率值就是通風(fēng)機(jī)此時(shí)的功率和效率 。 ?離心式和軸流式通風(fēng)機(jī)的比較 1）