第八章 风机和鼓风机

第八章风机和鼓风机

8.1 简介

本章节介绍风机和鼓风机的主要特征。

8.1.1 什么是风机和鼓风机

大多数加工工厂使用风机和鼓风机通风或者为工业流程提供空气流动。风机系统对于确保制造流程的运行必不可少，系统由风机、电机、驱动系统、输送管或者管道，气流控制装置以及空气调节装置（过滤器、冷却旋管、热交换器，等）组成。图1为示例系统。美国能源部估计美国制造工业15％的电能为电机使用。同样，在商用领域，用来运转风机电机的电能占了空调能耗的很大一部分。

风机、鼓风机和压缩机之间的区别是其驱动空气的方法以及其运转所克服的系统压力不同。美国机械工程师协会使用出气气压与吸气气压的具体的比率来区分定义风机、鼓风机和压缩机（见表8-1）。

表8-1：风机、鼓风机和压缩机之间的区别

图8-1 风机系统的典型组成部分

8.1.2 重要的名词和定义

在描述风机和鼓风机的类型之前，必须要先明白一些重要的名词和定义。

8.1.2.1 系统特征

“系统阻力”这个词用于静态压力的情况下，指的是系统中静态压力损失的总和。系统阻力是输送管设备，例如袋式过滤器或者旋风器。

系统阻力与流过系统的空气总量的平方成正比。对于特定的空气总量，比起输送管宽、弯管少而并且直径大的系统来，输送管窄小并有很多狭窄直径的弯管系统中的风机需要更大功率来克服系统阻力。

窄长并且带有很多弯折的输送管需要耗费更多的能量来使空气通过。因此，在特

定的风机转速下，通过此类系统的空气就会比通过短而且没有弯管的系统少。所以，随着通过风机系统的空气总量增加，系统阻力也会大大增加：按照空气流量增加的平方数增加。

相反，阻力也会随气流下降而下降。因此为了确定风机的流量，必须知道系统阻力的特征。在现有的系统中，系统阻力可以测量。在设计好但是没有建成的系统中，系统阻力需要靠计算来确定。典型的系统阻力曲线（见图8-2）是以流速为X轴、相应的阻力为Y轴绘制。

图8-2. 风机的系统曲线和系统阻力的作用

8.1.2.2 风机特征

风机特征可以用风机曲线的形式来代表。风机曲线是特定风机再特定条件下的性能曲线，是一组相互关联参数的图形描述。通常，曲线根据给定的条件绘制，这些条件包括：风机风量，系统静态压力，风速，以及在上述条件下转动风机所需的制动马力。

一些风机曲线也会包含效率曲线以便系统设计师能够知道在选定的条件下（见图8-3），风机会按照曲线的那一点来运行。在图3的很多条曲线中，静态压力曲线（SP）与流体曲线特别重要。

系统曲线和静态压力曲线的相交决定了运行点。当系统阻力变化时，运行点也会变化。一旦运行点被确定，所需功率也可以通过从运行点作一条垂直线与功率曲线的相交点（BHP）来确定。从与功率曲线的交点作一条水平线与右边垂直轴的交点就是所需功率。在描述的曲线中，也包括了风机效率曲线。

图8-3：典型风机效率曲线

8.1.2.3 系统特征和风机曲线

在任何风机系统中，当气流量增加时，对气流（或者气压）的阻力也会增加。前面提到过，阻力与气流量平方成正比。据此可确定系统克服一组气流所需的压力，并可以绘制“系统工作性能曲线”(见图8- 4)。

这一系统曲线然后可以绘制在风机曲线图来找出风机的实际运行点，即两条曲线（N1和SC1）的相交点。这个运行点是在Q1的空气流量克服压力P1时的运行点。风机在制造商给定的特定风速下的运行性能。（风机性能图显示了各种风速条件下风机的性能曲线。）在风速为N1时，风机按照图8-4中N1性能曲线运行。风机在这条曲线上的实际运行点取决于系统阻力；风机在“A”上的运行点是流量为（Q1）,压力为P1条件下的。

可以采用两个方法将气流量从Q1降到Q2。

第一个方法是通过部分关闭系统中的一个节气闸来限制气流。这个方法产生的是一条新的系统性能曲线（SC2）；在新的曲线中，所需的压力比任何

给定的气流都要大。风机因此会在“B”上运行来提供降低了的气流量

Q2来克服更高的压力P2。

第二个降低气流量的方法是降低速度从N1到N2, 而节气闸仍然完全打开。

风机会在“C”运行来提供同样的Q2气流量，但是压力降低到P3。因

此，提高风速是降低气流量的更有效方法，因为所需的功率和消耗能量

都更少。

图8-4 风机性能曲线

8.1.2.4 Fan laws 风机定律

风机在一系列可预测的定律作用下运行；这些定律和速度、功率和压力相关。任何风机在速度上的变化（每分钟转速即RPM）将会带来可预测的地改变压力上升和在新转速下运行下所需功率。如图8-5。

图8-5. 风机的速度、压力和功率

8.2 风机和鼓风机的类型

本章节将简要介绍风机和鼓风机的不同类型。

8.2.1 风机的类型

风机的类型主要有两种。离心风机使用转动的页轮来推动气流。轴向风机沿着风机的轴来推动气流。

8.2.1.1 离心风机

离心风机（图8-6）使用转动的页轮来增加气流的速度。当气流达到叶片的外端时速度增加并转化为压力。这种风机能够产生高压，适用于在比较苛刻的运行环境下工作，例如高温、高湿度或者有脏的空气的系统。离心风机根据其叶片形状可以归纳为表8-2中的几类。

表8-2. 不同离心风机的特征

图8-6. 离心式风机

图8-7 辐射状叶片离心式风机

图8-8 前曲式风机（加拿大鼓风机

图8-9 后斜式风机

8.2.1.2 轴向风机

轴向风机沿着风机的轴来推动气流。这种风机工作的方式和飞机上的页轮比较相似：风机叶轮产生的空气功率学推力给空气增压。这种风机由于价格低，紧凑并且轻巧在工业运用广泛。主要的轴向风机类型有螺旋桨式轴流风机、管式轴流式风机、翼式轴流风机，详见表8-3。

表8-3 不同类型轴向风机的特点