风机基本知识和基本理论

1.1通风机的基础知识

1．1.1.1通风机的主要性通风机的基础知识和基本理论

能参数

流量、压力、转速、功率、及效率是表示通风机性能的主要参数，称为通风机的性能参数。其概念概括如下：

一、流量

单位时间内流经通风机的气体体积或质量，称为流量（又称风量）。

1．体积流量

它是单位时间流经通风机的气体体积。常用单位为m3/s(米3/秒)、m3/min(米3/分)、m3/h(米3/时),分别用Q s、Q min、Q h表示。由于气体在通风机内压力升高不大，体积变化很小、故一般设通风机的体积流量不变。无特殊说明通风机的体积流量是指标准状态下的体积。

2．质量流量

即单位时间内流经通风机的气体质量。单位为kg/s（千克/秒）、kg/min（千克/分）、kg/h（千克/时），分别用M s、M min、M h表示。

二、压头

通风机的压头是指升压（相对于大气的压力），即气体在通风机内压力的升高值，或者说是通风机进出口处气体压力之差。从能量观点来看压头是指单位体积流体经过通风机所获得的能量。它有净压、动压、全压之分。性能参数是指通风机的全压（它等于通风机出口与进口全压之差），其单位为N/m2。

三、转速

通风机转子旋转速度的快慢将直接影响通风机的流量、压力、效率。单位为每分钟转数即rpm常用n表示。

四、轴功率

驱动通风机所需要的功率N称轴功率，或者说是单位时间内传递给通风机轴的能量。单位为kW(千瓦)。

五、效率

通风机在把原动机的机械能传递给气体的过程中，要克服各种损失，其中只有一部分是有用功。常用效率来反映损失的大小，效率高即损失小。效率常用η

表示。

1.1.2 风机的主要无因次参数

将通风机的主要性能参数：流量Q （m 3/s ）、压力P （N/m 2）、功率（kW ）、转速n （rpm ）与通风机的特性值：叶轮外径D （m ）、叶轮外圆的圆周速度u （m/s ）以及气体密度ρ（kg/m 3）之间的关系用无因次参数来表示，它们分别是： 一、 压力系数-

P

-

P = P /（ρu 2

） (1.1)

二、 流量系数-

Q

-Q =

u

D Q

24

π (1.2)

三、 功率系数-

N

-

N =

3

24

1000u D N

ρπ

(1.3)

四、 比转数n s

n s

=n

Q

4

/32

/1

f ――叶型中线最大弯度。

f ＝f/b ――叶型相对弯度。

e,a ――分别为最大厚度和最大弯度位置与前缘点m 在弦长方向的距离。

1χ――叶型中线在前缘点m 处所作切线与叶弦之间的夹角，称之为叶型

前缘方向角。

2χ――叶型后缘方向角。 θ――叶型弯折角。

A β――叶型安装角，即叶型弦线与圆周方向的夹角。

A 1β――进口几何角，即叶型前缘中线切线与圆周方向的夹角。 A 2β――出口几何角，即叶型后缘中线切线与圆周方向的夹角。 由图可知，叶型弯折角θ＝A 2β－A 1β。

i ――气流进口冲角，i= A 1β－1β δ――气流出口落后角，δ=A 2β－2β β∆――气流转折角，β∆＝2β－1β

α――攻角，即叶型翼弦与速度w m 的夹角，它是研究叶栅中孤立叶型的重要参数。

1.2 通风机的基本理论

1.2.1 基元级速度分析――速度三角形

在研究轴流通风机的流动现象时，一般只对级进行研究。

级是指由由动叶和导叶组成的整体。也有只有动叶的单级叶轮的级。 基元级是指用两个半径差为一个单位的同心圆筒来切割风机的转子，两圆筒之间所夹的部分就称为基元级。

为了便于研究不同半径流面上的气体流动，习惯上常把同一半径上的环形叶栅展开成平面叶栅来研究。容易看出气流流经同一环形叶栅的所有叶片时，其流动条件是相同的。而级可以看作是由无穷多个基元级组成，因此对级的进行速度分析只需要对基元级进行速度分析就可以了！

通风机中的压升较小，气体的密度可以看成不变即ρ1＝ρ2＝ρ。由：

Q=

4π(D 2－d 2)c 1z =4

π

(D 2－d 2)c 2z 此处，D 是指截得基元级的较大圆筒的直径，

d 是指截得基元级的较小圆筒的直径。 显然, c 1z = c 2z

由速度三角形的几何关系可得气流的平均相对速度w m 及其方向角βm

w m = 2

2mu w c z

+

βm =tg

mu

z

w c 式中 w mu ――w m 在圆周方向的投影 w mu =u －

u

w ∆/2－c 1u

u

w ∆=w 1u －w 2u

可看出当u 1＝u 2＝u 时，

u

w ∆=w 1u －w 2u ＝

u

c ∆＝c 2u －c 1u

u

w ∆或

u

c ∆称为扭速，它表征气流在叶栅中的偏绕现象。

w m 、βm 和

u

c ∆是通风机计算中的重要参数。

1.2.2叶轮对气体做的功 叶轮的理论功率 N=H t *Q

H t 为风机理论压头，Q 为通风机的体积流量

任意基元级的功率 ΔN=Ht*ΔQ ,则 N=∑ΔN=∑Ht*ΔQ 另，ΔN=ΔM*ω得：Ht=ΔM*ω/ΔQ （*） 由动量距定理：)(1122r c r c Q M u u -∆=∆ρ

r 1是指截得基元级的较大圆筒的半径， r 2 是指截得基元级的较小圆筒的半径。

由于r 1≈ r 2 故)(12u u c c Q M -∆=∆ρ 代入(*)式得：

)(12u u t c c r H -=ρω)(12u u c c u -=ρu c u ∆=ρ

考虑损失实际压头u t c u H H ∆==ηρη 此公式即为欧拉公式 1.2.3多级轴流式通风机的方案选择

多级轴流通风机为2～4级，大多数是两级。

轴流通风机具体结构方案的选择问题比较复杂，它与制造厂的情况和用户的要求有关。一般实际工作中大多参考已有的性能良好的典型产品，并予以改进。在具体方案选择时，也可大致参考风机的比转数n s 或压力系数P 进行。

当P ＜0.15或n s ＞32.5时，一般采用单独叶轮的级；