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【知识分享】了解风机、离心风机的常识与选型

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风机类型


离心风机分类与结构

离心风机(后简称风机)是依靠输入的机械能,提高气体压力并排送气体的机械,它是一种从动的流体机械。离心风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却;锅炉和工业炉窑的通风和引风;空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风;风洞风源和气垫船的充气和推进等。


离心风机分类


主要结构部件


一些常识

1、压力:离心通风机的压力指升压(相对于大气的压力),即气体在风机内压力的升高值或者该风机进出口处气体压力之差。它有全压、动压、静压之分。性能参数指全压(等于风机出口与进口总压之差),其单位常用Pa、kPa、mH2O、mmH2O等。

2、流量:单位时间内流过风机的气体容积的量,又称风量。常用Q来表示,常用单位是;m3/s、m3/min、m3/h。

3、转速:风机转子旋转速度。常以n来表示,其单位用r/min。

4、功率:驱动风机所需要的功率。常以N来表示,其单位用KW。


关于全压、动压、静压

1、气流在某一点或某一截面上的总压等于该点截面上的静压与动压之和。而风机的全压,则定义为风机出口截面上的全压与进口截面上的全压之差,即:

Pt =(Pst2 +ρ2 V2 2/ 2)-( Pst1 +ρ1 V12/2)

Pst2 为风机出口静压,ρ2为风机出口密度,V2为风机出口速度

Pst1 为风机进口静压,ρ1为风机进口密度,V1为风机进口速度

2、气体的动能所表征的压力称为动压,即:Pd=ρV2/2

3、气体的压力能所表征的压力称为静压,静压定义为全压与动压之差,即:Pst = Pt–Pd

注:我们常说的机外余压指的是机组出风口处的静压和动压之和。

如下图所表示管道内全压、静压和动压:



静压(Pj)由于流体分子不规则运动而撞击于器壁,垂直作用在器壁上的压力叫静压,用Pj表示,单位用毫米水柱。计算时,以绝对真空为计算零点的静压称为绝对静压。以大气压力为零点的静压称为相对静压。空调中的空气静压均指相对静压。大于周围大气压的静压为正值,小于周围大气压时静压为负值。例如:风道上的静压力测点是从烟风道壁面上引出的,因此,仪表盘上的风压压力计指示的仅是静压。

动压(Pd)流体在管道内或风道内流动时,由于速度所产生的压力称为动压或速度压头。动压值总是正的,用Pd表示,单位用毫米水柱。

全压(Pq)是指某点上静压力和动压力的代数和,即:Pq=Pd+Pj;单位也是毫米水柱。

全压=静压+动压

余压=全压-系统内各设备的阻力

比如:机组共有:回风段、初效段、热交换段、中间段、加热段、送风机段组成,各功能段阻力分别为:20Pa、80Pa、120Pa、20Pa、80Pa、50Pa,机内阻力为370Pa,若要求机外余压为300Pa,送风机的全压应不小于670Pa,若要求机外余压为800Pa,则送风机的全压应不小于1170Pa,风压的大小与风机转速电机功率的选择有关。一般应根据工程实际需要选择用合适的余压,高余压并不都是好事。


关于风机功率、风机效率

1、风机所输送的气体,在单位时间内从风机中获得的有效能量称为风机有效功率;

N = Pt ×Q / 1000 (单位:kW)

上式中Q表示风机流量,单位:m3/s。

2、风机轴功率:N轴

N轴 = N/η (单位:kW)

上式中η表示风机效率,N轴又称风机的输入功率。

3、风机的静压内效率为

η静内=Nst / N轴 = Pst × Q /1000/ N轴

4、风机的全压内效率为

η全内=Nt / N轴 = Pt× Q /1000/ N轴

风机的全压内效率和风机的静压内效率均表征风机内部流动过程的好坏,是风机空气动力设计的主要指标。

上述公式还可以写成:N轴= Pt×Q /1000/η全内 (单位:kW)


风机定律

在风机规格和气体密度相同条件下,转速变化时:


风机的并联运行

目前并联双风机尚无统一的测试标准,并联双风机的性能往往是通过单风机的性能计算出来的。其计算公式如下:


风机选型原则及常用参数

风机选型原则:

1.选用效率较高,风机规格较小,调节范围较大的风机,来满足系统可接受的性能,效率和质量要求。

2.风机运行工作点,应选择在风机高效点附近,以确保运行稳定,避免风机在喘振区工作。

3.要降低噪声,必须降低风机转速,选择较大的风机。

4.过大风机选择,往往使风机运行在小风量区,风机进出口压差大,会引起运行不稳定和噪声脉动,发出较高噪声。

5.过小风机选择,会引起风机转速提高,空气在离开叶片时有较高速度,也会产生较高噪声。

6.通常风机出风口平均风速在10-15m/s,最好不要超过17m/s。

7.风机转速≤450rpm,选8极电机;451~799rpm,选6极电机;800~1500rpm,选4极电机;1500rpm以上的,选2极电机。


风机选型参数及常用类型

一般说来,我们在准备风机选型前需要确定两个关键参数,即:风量、风压。根据不同的风量和风压,来选择相应的风机。对空调设备而言,风压通常按全压来选,全压=静压+动压=机组内阻+机外余压。

对于前倾风机,其优点是造价低、转速低,可选用较细的轴和较小的轴承,且具有较宽的操作范围。缺点是性能曲线形状可能与管网阻力曲线平行,且系统静压降低可能导致电机过载。另外,叶片结构强度较低,不能运行于较高的转速。(由于其功率曲线具有增加的倾向,是“易过载型”风机,因此其全压最好不要超过1200Pa。)

对于后倾风机,其优点是效率高且功率曲线无过载。其功率曲线通常在常用范围的中部达到最大值,这样一般不会超载。叶片及叶轮的自身结构强度较高,可使用于较高的静压系统。其缺点是由于叶轮运行速度较高,所以需要较粗的轴及较大的轴承且对平衡的要求较高,另外静压的波动容易引起工况的变化。后倾叶片风机的改进是用机翼型截面的叶片代替等截面的叶片,这个改进使风机的静压效率提高到86%左右,也使风机的噪声相应的得到降低,设计良好的机翼型叶片风机比噪声可达到甚至低于前倾叶片风机。

亿利达风机,其常用风机有以下几个系列:

1、SYT:前倾英制系列,叶轮直径7英寸至18英寸,风量范围1000-40000m3/h,全压范围100-1100Pa。

2、SYD:前倾公制系列,叶轮直径200至1000mm,风量范围1500-100000m3/h,

全压范围400-1600Pa。

3、SYQ:后倾直板型系列,叶轮直径200至1000mm,风量范围1000-100000m3/h,全压范围400-3000Pa。

4、SYH:后倾机翼型系列,叶轮直径280至1400mm,风量范围2000-250000m3/h,全压范围400-3000Pa。


各类风机选用准则

风机旋向

风机旋向:有左旋(LG)和右旋(RG)二种。

判断方法:从电机一端正视,叶轮顺时针旋转的称右旋风机,逆时针旋转的称左旋风机。由于皮带轮可左右调向,风机订货时不受左右方向限止。

出风口

出风口方向:有0°、90 °、 180 °和270 °等4 种出风方向。

出风口法兰:采用热镀锌钢板制成,法兰与壳体连接采用TOX免焊工艺,外观精美,具有足够的刚度和强度。

风舌

前向风机:常规平风舌。

设有最佳的风舌角和风舌间隙。

后向风机:V形斜风舌

可改善风机出风口气流的倒流,有效提高大风量区风机的气动性能。

可改善气流冲击风舌的频率,能有效降低风机旋转噪声。

主轴与轴承

主轴:采用40Cr钢,经粗加工,调质处理及磨削加工制成,最后作防锈处理。

轴承:

采用优质外球面调心球轴承,预先加有润滑油并自动对中。

R、L型风机轴承安装在轴承支架上并设有防振垫圈。

K型风机采用带座向心球轴承。

Z型风机采用重载荷带座双列滚珠轴承。

电机

皮带传动风机:配用三相异步电机,380V,50Hz,防护等级为IP44或IP54,绝缘等级为B级,也可配用双速电机或变频电机。

电机直驱风机:

SYZ系列配用单相220V,50HZ三速电机。电机具有调速灵活,安装方便的特点。采用可控硅调压器及变频器等手段,可实行无级调速。采用直流无刷电机可用于高效低噪的VAV空调系统。

SYB系列配用380V,50Hz外转子低噪声三相异步电机。 防护等级为IP54。普通型: B级绝缘。调速型: F级绝缘。也可采用单相220V,50HZ三速电机。

电机具有轴固定,外壳旋转的特点。电机安装在叶轮的中盘上,由电机外壳旋转直接驱动叶轮。

采用三相调压器,可控硅调压器及变频器等手段,可实行风机的无级调速。

风机选用

选用效率较高,风机较小,调节范围较大的风机,来满足系统可接受的性能,效率和质量要求。

风机运行工作点,应选择在风机高效点附近,以确保运行稳定,避免风机在喘振区工作。

要降低噪声,必须降低风机转速,选择较大的风机。

VAV系统风机,风量风压应按运行时间较长的部分负荷工况选取。

过大风机选择,往往使风机运行在小风量区,风机进出口压差大,会引起运行不稳定和噪声脉动,发出较高噪声。

过小风机选择,会引起风机转速提高,空气在离开叶片时有较高速度,也会产生较高噪声。

通常风机出风口平均速度在10-15 M/S。

前向多翼风机:具有转速低、结构轻、低噪、调速性能好和价格便宜等特点,当设计风量和压力较小,或大风量低压力时应优先选用前向风机。

后向风机:具有效率高,噪声低,压力高和结构强等特点,当设计风量和压力较大,机号>500时,应优先选用后向风机。

无壳风机:当管网需要灵活出口位置,需要降低管道出口噪声,或管网在将来可能要变化的场合时应优先选用。

全压曲线平坦,陡度小,静压对风量功率影响大,性能区间宽的风机,适用于系统风量对静压变化敏感,需VAV风量调节的空调机组。

全压曲线陡峭,陡度大,静压对风量功率影响小的风机,适用于风量固定的空调器,前向风机的电机也不会超载。

风机转速

风机叶轮和轴的最大转速,要低于第一临界转速的25%,避免风机在共振区工作。

尽量配用4/6极电机,当机号≤500时,应优先选用前向风机。当机号> 500时,应优先选用后向风机。


风机风量计算

按夏季送风量计算:

G=Q/ (iN-iO)=1000*W/(dN-dO) kg/s

式中:

Q—空调房间冷负荷,W;

iN—空调房间室内空气状态焓值, kj/kg

iO—送风状态焓值,kj/kg;

W—湿负荷,g/s;

dN—空调房间室内空气状态含湿量,g/kg

dO— 送风状态含湿量,g/kg

风机的容积流量:

G′= 3600*G/ρ m3/h

式中:

G —重量流量,kg/s

ρ—空调房间空气的密度,kg/ m3,

标准状态空气密度为1.2。

按夏季送风量计算风量:

G′=(L*W*H)*n m3/h

式中:

L,W,H —为空调房间长,宽,高,m。

n —为房间换气次数,按下表取。

一般,取 n=5~10 1/h。


风机全压计算

全压=静压+动压

=机外静压+机内静压+动压

=系统管道阻力+机内静压+动压

计算全压,一般要考虑10%余量,以补偿可能存在的漏风和阻力计算不精确。

评价:一个好的送风管道设计应达到系统阻力平衡,较低噪声,较小压损和造价便宜。

机外静压计算

根据空气处理装置及各送风点所在位置,设计送风管道的走向和联接管,同时确定回风管的走向和联接部件。空调机房内的新风通路和排风通路亦需确定位置与走向。

画出空调系统的轴侧图,管段编号,并标注长度和风量。

选择各管段内的风速,并计算管道断面。在确定断面时,应尽量选用通风管道的标准规格,以合理用料和制作。

按选定的管道断面,求实际管内流速。并查图计算各管段的摩擦阻力和局部阻力。在阻力计算时应选择最不利管路,即阻力最大的管路。

对与不利管路并联的管路作阻力平衡计算。一般希望并联管路之间阻力不平衡偏差不大于15%。如通过调整管路尺寸不能达到上述要求,则必须设调节阀门以保证风量分配。

机外静压计算

机外静压还可按下列方法计算:

系统风管压力损失为:

△P=Rm*L(1+k) Pa

式中:

Rm—单位长度风管摩擦阻力损失,Pa/m;

L—最远送风口送风管总长加上最远回风口回风管总长,m;

k—局部阻力损失与摩擦阻力损失的比值。

弯头三通少时,取k=1.0~2.0;

弯头三通多时,取k=3.0~5.0。

经试算,对具有 5只弯头,风速为4-6m/s,最长送风管为30m的管道系统,如取比摩阻Rm=5.0 Pa/m,k=2.0,由公式计算,风管压力损失为450 Pa,与分段计算摩擦阻力和局部阻力的结果445.7 Pa,其误差仅为1%。

组合式空调器中,含有混合段、过滤段、盘管段和风机段等不同功能段,每个功能段都有各自的阻力损失。

机内静压=各功能段(风机段除外)阻力之和。


无壳风机在风机箱内运行时,会产生系统效应,引起风机性能的降低,计算机内静压时,必须加上这一压力损失。

风机箱系统效应,与箱体接管位置和接管方式有关,其压降为:

ΔP= ζ×(ρv2/2),Pa

式中,ζ为阻力系数,其值为:

不接管:ζ=1.8(径向),2.5(轴向)

接管:ζ=1.3(径向),1.8(轴向)

当风机箱出口较多,且出风速度不同时,应选择最高出风速度和最大阻力系数的出口,计算箱体的压降。

利用风机性能定律,可推算几何相似风机,在不同运行条件或机号时的风机性能。这些定律对所有型式风机都适用。

风机定理

转速n变化

Q2=Q1(n2/n1)

P2=P1( n2/n1 )2

N2=N1 ( n2/n1 )3

LW2=LW1+50log (n2/n1)

密度ρ变化

Q2=Q1

P2=P1( ρ2/ ρ1 )

N2=N1 ( ρ2/ ρ1 )

LW2=LW1+10log ( ρ2/ρ1 )

直径D变化

Q2=Q1 ( D2/D1 )3

P2=P1( D2/D1 )2

N2=N1 ( D2/D1 )5

LW2=LW1+70log (D2/D1 )

式中: Q—风机风量

P—风机静压或全压

N—风机轴功率

n—风机转速

D—风机直径

ρ—空气密度






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