高海拔地区卷烟厂集中风力系统高压离心风机运行工况分析

高海拔地区卷烟厂集中风力系统高压离心风机运行工况分析陈霞;戴石良;丛明滋;张谷;王伟浩
【摘要】在卷烟厂实际生产过程中,工艺风力系统的高压离心风机在高海拔地区和低海拔地区运行时会产生工况差异.为此,分析了高海拔地区大气压力、温度和空气密度的特点,以及海拔高度对高压离心风机风压、风量、功率、效率等性能的影响,并以云南和湖南为例,对两个不同海拔地区卷烟厂相同工艺风力系统进行了测量.结果表明,高海拔地区卷烟厂高压离心风机的选择与海平面地区不同,随着海拔高度的增加,风机的供风量不变,但风机风压以一定比值下降,电机输出功率也会下降.因此在设计选型时,可根据当地海拔高度、温度、空气密度等对所选风机风压进行修正,并注明风机入口状态参数,以保证设备的正常运行.%The working status of high-pressure centrifugal fan in pneumatic system is varied at different altitudes. The characters of atmospheric pressure, temperature and air density at higher altitude and the effects of altitude on output air pressure and air volume, effective power and efficiency of high-pressure centrifugal fan were analyzed by taking cigarette factories in Yunnan and Hunan as examples, the same pneumatic systems at two different altitudes were tested. The results showed that the output air pressure of fan and output power of fan motor decreased with the ascent of altitude, while the output air volume of fan unchanged. Therefore, the rating of selected fan should be corrected according to local altitude, temperature and air density, and the entry status parameters of fan should be marked out to ensure the normal running of equipment.
【期刊名称】《烟草科技》
【年(卷),期】2012(000)001
【总页数】4页(P26-28,33)
【关键词】工艺风力系统;高压离心风机;高海拔地区;海平面地区
【作者】陈霞;戴石良;丛明滋;张谷;王伟浩
【作者单位】南华大学城市建设学院,湖南省衡阳市常胜路 421001;南华大学城市建设学院,湖南省衡阳市常胜路 421001;衡阳三力高科技开发公司,湖南省衡阳市解放西路 421001;南华大学城市建设学院,湖南省衡阳市常胜路 421001;衡阳三力高科技开发公司,湖南省衡阳市解放西路 421001;南华大学城市建设学院,湖南省衡阳市常胜路 421001
【正文语种】中文
【中图分类】TS438
目前大多数卷烟厂普遍采用集中风力供给系统，即以一台高压离心风机作为风力供给、除尘的动力源，将多台卷接机组并联组合，使风力供给与除尘融为一个有机整体，系统处于负压工作状态。

作为该系统最重要的动力源，高压离心风机在进行选择设计时，通常是以系统通风网路特性曲线与风机的性能曲线交点的风量、风压、功率、效率等为指标，并以满足生产要求为依据，选用技术上合理、经济上有利的高压离心风机作为通风的动力。

而在实际生产过程中，由于卷接机组运行状态（正常、空载、停机）的随机性与不稳定性，会造成系统运行时的管网特性曲线不断变化、波动频繁，从而导致风机运行不稳定［1］，风量、压力变化明显，而系统要
求风机不断地调整运行工况，以适应载荷的变化，且能在不同工况下稳定运行。

因此，风机的选型和运行工况的调节是系统设计必须考虑和解决的主要问题之一［2］。

在实际生产中，随着海拔高度的升高，高原地区的大气压力、温度、空气密度等都与平原地区有所不同，此时高压离心风机的风压、风量、功率、效率等性能也会产生变化［3］。

为此，通过分析海拔高度对卷烟厂工艺风力系统高压离心风机所产生的影响，旨在为高海拔地区卷烟厂实际生产中选择风机提供参考。

1 海拔高度对大气压力、温度和空气密度的影响
1.1 对大气压力和空气温度的影响
根据气象研究，大气压力与海拔高度和空气温度之间分别服从以下规律［2］：
式中：PH——海拔高度为Hm处的大气压，1/133.3 Pa；P0——海平面的大气
压力，1/133.3 Pa；Z——海拔高度，m；t——空气温度，℃；α——气体膨胀
系数；tH——海拔高度为Hm处的气温，℃；tA——相邻气象台的年平均气温，℃；ΔH——Hm处与相邻气象台间的高度差，m；β——气温梯度，
β=0.5～0.7℃/100 m。

由此可见，随着海拔高度的增加，大气压力降低，空气温度也在降低。

有资料表明［4］，在海拔高度4000 m以内，海拔高度每上升500 m，大气压力下降的相对值为5.79%～6.25%。

1.2 对空气密度的影响
随着海拔高度的增加，空气会变稀薄。

空气密度与海拔高度之间的关系式为［5］：
式中：γ′——高海拔处的空气密度，kg/m3；γ0——海平面处的空气密度，
kg/m3（一般计算时，γ0=1.2 kg/m3）；Z——海拔高度，m。

由式（3）可以看出，随着海拔高度的增加，空气密度会降低。

为了计算简便，令
高原地区空气密度与海平面空气密度之比为高程校正系数Kr［6］，则：
1.3 对风管摩擦阻力的影响
由于卷烟厂风管摩擦阻力系数a与空气密度成正比，风管风阻和系统阻力随海拔
高度的增加而降低。

因此，卷烟厂集中工艺风力供给系统的高压离心风机在高原地区的风阻和通风阻力应进行高程校正。

2 海拔高度对高压离心风机性能的影响
2.1 对高压离心风机流量的影响
高压离心风机流量计算公式为：
式中：Q——风机流量，m3/h；Q——风机流量系数；u2——风机叶轮外圆周速度，m/s；D2——风机叶轮外径，m。

由式（5）可以看出，风机流量是叶轮转速、叶轮外径的函数，与当地气压无关，所以选用风机风量时只要将计算风量与被选风机风量对应即可［7］。

故海拔高度变化对风量无影响，风量不需要进行高程校正。

2.2 对高压离心风机风压的影响
高压离心风机的风压公式为：
式中：γ——空气密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2；u——工作轮的圆周速度，m/s；Cu——扭曲速度，m/s。

由式（6）可以看出，当风机叶片安装角和运转的转数一定时，式（6）中的唯一
变量为空气密度，则风机产生的风压与空气密度成正比，会随着风机入口气体密度的减小而降低，即高压离心风机的风压随海拔高度的升高而降低［5］。

可见，如不按当地大气压下的气体密度计算风压，所选离心式风机就会不符合生产工艺要求，
若在高原地区使用，风压就会偏低［8］。

2.3 对高压离心风机效率的影响
高压离心风机效率的计算公式为：
式中：Ne——有效功率，即输出功率，kW；N——轴功率，即输入功率，kW。

在高海拔地区，由于空气稀薄，风压降低，风机轴功率也相应降低。

而此时电机的散热条件差，绝缘降低，电机输出功率也降低［5］。

因此，同一台风机的效率与在海平面相比近似不变。

2.4 对高压离心风机功率的影响
高压离心风机在高原地区与在海平面运转时功率之间的关系式［5］：
式中，N0——高压离心风机在海平面地区的功率，kW；N′——高压离心风机在高原地区的功率，kW；Kr——高程校正系数。

由式（8）可见，高压离心风机在高原地区运转时与在海平面地区相比功率下降。

实际上，在1000 m以上每增加100 m，电机功率就会相应减少0.5%［5］。

因此，在风机选型时，由于高海拔地区风机产生的压头比低海拔地区低，电机功率也相应减小，所以电机容量要相应选择小一点的［9］。

3 高压离心风机在不同海拔地区的运行工况比较
以云南和湖南2个卷烟厂为例，海拔高度分别为1700 m和45 m，采用了相同型号的高压离心风机。

对两个不同海拔地区卷烟厂相同工艺风力系统进行测量，结果见表1，风量-压力曲线见图1。

由图1可以看出，随着海拔高度的升高，风机特性下降，这一结果与上述理论分析基本相符。

随着海拔高度的升高，工艺风力系统的通风阻力也下降，从而引起高海拔地区风机的工况点发生相应变化。

从图1中工况点的变化，可求得风压之比
与两处的空气密度之比相等。

因此，在不同海拔高度上风机的工况点与标准工况点之间有以下关系：
表1 云南和湖南两卷烟厂高压离心风机特性及测定数据云南（Z=1700 m）湖南（Z=45 m）测量次数12345压力H/Pa 14500 13960 12880 8932 5460风量
Q/（m3/h）5000 9580 13744 18998 22000有效功率Ne/kW 20.14 37.15 49.17 47.14 33.37轴功率N/kW 28 53 72 71 46效率/%72 70 69 68 72压力
H/Pa 18110 17950 16530 14220 9510风量Q/（m3/h）5800 9980 14948 18500 23083有效功率Ne/kW 29.18 49.76 68.64 73.08 60.98轴功率N/kW
41 70 94 99 87效率/%72 71 73 74 70
图1 不同海拔地区卷烟厂高压离心风机运转特性曲线1.假定在海平面时风阻特性
曲线2.湖南某卷烟厂风阻特性曲线3.云南某卷烟厂风阻特性曲线A.风机标准特性
曲线B.湖南某卷烟厂风机特性曲线C.云南某卷烟厂风机特性曲线
式中，Q0，Q′——风机在海平面和高海拔地区卷烟厂所需风量，m3/s；H0，H′——风机在海平面和高海拔地区卷烟厂所需风压，Pa。

即随着海拔高度的变化，风机的风量不变，风压为标准产品的风压乘以高程校正系数Kr。

4 小结
高海拔地区卷烟厂的高压离心风机的选择和海平面地区是不同的。

随着海拔高度的增加，风机的供风量不变，但风压却以一定的比值下降，电机的输出功率也由于海拨高度增加而下降。

因此，在设计选型和向制造厂提供风机参数时，可先根据当地海拔高度、温度、空气密度等对所选风机的风压进行修正，并注明风机入口状态参数，如当地大气压力、温度和密度等，以及在风机入口状态参数下风机出口应产生的用途压头。

对于系统机组较多的管网，可运用MATLAB技术进行管网模拟调节，
方便可靠，节省时间和费用［10-12］，因此将模拟技术应用到风机设计选型中，可使选型更加科学。

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