《轴流通风机的工程设计方法》

轴流通风机的工程设计方法

信息来源：中国风机网-风机常识

发布时间：2006-8-2

风机是量大面广的通用机械产品；风机是利用一个或多个装有叶片的叶轮的旋转和气体或空气的相互作用来压缩和输送气体或空气的流体机械；风机是透平压缩机、透平鼓风机和通风机的总称。

通风机：

在进口压力和温度分别为101.3kPa和20℃、相对湿度为50%的标准空气条件下，全压小于等于30kPa的风机称为通风机。

通风机主要有离心式和轴流式两大类。

在轴向剖面上，在叶轮中气流沿着半径方向流动的通风机为离心通风机；离心通风机为轴向进气径向排气。在轴向剖面上，气流在旋转叶片的流道中沿着轴线方向流动的通风机为轴流通风机；轴流通风机为轴向进气和排气。

相比较而言，离心通风机压力大、流量小；轴流通风机压力小、流量大。

轴流通风机的分类如下：

1)按压力分类

GB/T 19075-2003/ISO 1334.9：1999《工业通风机词汇及种类定义》中指出：

低压通风机的压比低于1.02，参考马赫数小于0.15。当处理标准空气时，其压升小于2kPa。

中压通风机的压比大于1.02而小于1.1，参考马赫数小于0.15，对应压升为2kPa至10kPa。

高压通风机的压比和压升大于上述值。

标准进一步指出：通风机叶轮依据其圆周速度将产生或高或降的压力，并定义了各种“通风机类型”的压力范围，即各类通风机在最高效率和最高转速时，通风机的压力不低于下表1-1中给定的值。在任何情况下，被定义的通风机压力应不超出通风机在最高转速时所产生的最大压力的95％

2)按轮毂比分类

按照轮毂直径和叶轮外径之比即轮毂比，轴流通风机有低压、中压和高压型式之分，这表示在给定的流量下，轴流通风机所产生的压力是低的、中等的或高。若轮毂比低于0.4则认为是低压(或低轮毂比)型轴流通风机，轮毂比大于0.71时，则认为是高压（或大轮毂比）型轴流通风机，轮毂比介于0.4～0.71之间的则被认为是中压（或中轮毂比）型轴流通风机。

3)按用途分类

轴流通风机使用广泛，按用途分主要有：

矿井轴流通风机：用于矿井主卷道通风的为矿井主轴流通风机（主扇）；用于矿井采掘工作面等局部区域通风的为矿井局部轴流通风机（局扇）．

电站轴流通风机：用于火力发电厂为锅炉配套的轴流通风机，有送风机、引风机等。

纺织轴流通风机：用于纺织车间通风换气．

隧道轴流通风机：用于隧道通风换气。

消防排烟轴流通风机：高层建筑消防排烟之用。

冷却塔轴流通风机：和机力通风冷却塔相配套使用。

空冷器轴流通风机：和石油化工行业大量使用的空气冷却器相配套；是空气冷却器重要组成部分。

一般用途轴流通风机：用于工厂和建筑物通风换气或采暖通风。

特殊需用的轴流通风机：如舰艇、气垫船、内燃机车等使用的轴流通风机。

还有其它用途的轴流通风机，这里不再一一叙述。

4)按材质分类

可分为金属和玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢）轴流通风机。

玻璃钢为现代复合材料的“元老”，具有轻质高强、耐疲劳、抗腐蚀、易成型等特点。在排送腐蚀性工业气体和潮湿空气上，玻璃钢风机得到了广泛地使用。

5)按调节方式分类

现代轴流通风机性能的最佳调节方式主要是通过调节叶轮叶片安装角度和调节叶轮转速实现，因此有调角风机和调速风机之分。在转速给定时，叶片安装角可以停机人工逐一调节或通过某种装置工人同步调节，亦可以在不停机时通过某种装置同步自动调节。调节叶轮转速是在叶片最佳安装角的情况下，通过某种装置或分级调速或无级调速。调角或调速风机适于变工况条件下选用。

6)按工作空间（或功能定义）分类

空气循环器或自由风扇：此种风机在自由空间工作，如民用的落地扇、台扇和吊扇等。

隔板安装的轴流通风机：此种风机安装于隔板或墙壁上，将空气从一较大空间或自由空间输送到另一较大空间或自由空间．

射流式轴流通风机：用于在一个空间内产生空气射流，且不和任何管道相连接的轴流通风机.

管道轴流通风机：此种风机和管道（网）系统相连接并在管道内工作；气流沿风机的轴线方向流入和排出，使其在管网内获得输送。

管道轴流通风机由于有不同的结构型式而有不同提法，了解并弄清楚其不同含意，对于管道轴流通风机设计很重要。

1.2.1 风机本体

轴流通风机本体由叶轮和导叶组成；其中导叶可以是前导叶，亦可以是后导叶，还可以是前、后导叶。

轴流通风机本体亦称作轴流通风机的级，还可称作轴流通风机的空气动力略图，简称气动略图。

轴流通风机的气动略图有多种型式。对于普通轴流通风机（和子午加速轴流通风机相比较而言），主要有：

单级：单叶轮（R ）

叶轮+ 后导叶（R+S ）

前导叶+ 叶轮（P+R ）

前导叶+ 叶轮+ 后导叶（P+R+S ）

双级：叶轮+ 中导叶+ 叶轮+ 后导叶（R+C+R+S ）

前导叶+ 叶轮+ 中导叶+ 叶轮+ 后导叶（P+R+C+R+S ）

Ⅰ级叶轮+ Ⅱ级叶轮，对旋（R Ⅰ+R Ⅱ）

上述略图如图 1.1 （a ）～(g) 所示。

图 1.1 普通轴流通风机常见的气动略图

1.2.2 风机装置

轴流通风机装置是风机本体、电动机和辅助设备的总称。辅助设备包括进气箱、集流器、头罩、扩压器、扩散塔、消声器等，并按需要配置。

典型的轴流通风机装置如图 1.2 所示。

图1.2轴流通风机装置示意图

各组成部件的功能简述如下：

——叶轮

吸收电动机提供的能量并对气流做功，是轴流通风机的“心脏”。对于管道轴流通风机，由于叶轮前后的管道截面不变，气流的轴向速度不发生变化，叶轮的作用是使气流的压力提高。叶轮由轮毂和一定数量的叶片组成。每个叶片如同旋转的机翼。为了更好地发挥叶片的作用，输送空气时应具有最小的摩擦损失、气流分离损失和二次流损失等，从而提高叶轮的工作效率。

——导叶

气流通过叶轮时，由于叶片旋转的诱导作用，使气流产生和叶轮旋转方向相同的旋流（诱导）速度。设置前导叶，就是让气流通过它可预先产生一个和叶轮旋转方向相反的旋流速度（或称予旋速度），此旋流速度和叶片诱导的旋流速度相抵消，从而使气流形成单一的轴向流动。由于予旋速度的产生，所以通过前导叶片的气流为加速减压过程。此外，通过改变前导叶的安装角度，尚可在变工况时起到调节流量的作用。后导叶一是可以消除流经叶轮后产生的气流的旋转，保证气流的单一轴向运动；二是把气流的旋转动能转变为压力能，提高风机效率。由于旋流速度的消失，所以通过后导叶的气流为一减速加压过程。

——集流器和头罩

集流器和头罩相结合，对于改善和保证均匀的入流条件、提高风机效率十分重要。

——扩压器

通常是包含中间整流体的环形扩压器，是用来回收出口动压并转变为静压、进一步提高轴流通风机装置静压效率的重要措施。

1.2.3 管道轴流通风机的进口和出口

对管道轴流通风机上游进口和下游出口边界做出严格规定有利于风机或风机装置的设计及其性能的标定。

管道轴流通风机的进口指的是风机进口法兰处；若进口带有辅助设备、如集流器或进气箱等，则辅助装置的进口法兰处就是风机（装置）的进口。管道轴流通风机的出口指的是风机出口法兰处；若出口带有辅助设备、如扩压器或扩散塔等，则辅助设备的出口法兰处即为风机装置的出口。

国内外轴流通风机技术发展水平和现状概述

1.4.1 国外轴流通风机技术发展水平和现状概述[1]

1) 德国

德国主要有三大公司设计制造轴流通风机。

透平通风技术有限公司（TLT）

该公司早在20 世纪40 年代就研制出动叶可调的大功率单级和双级矿井轴流通风机。1970年以后，又研制出电站锅炉轴流通风机。