《通风系统优化方法》PPT课件

第七章,通风风机与 通风系统优化方法,本章内容,通风风机的了解与选择 通风除尘系统的维护管理 通风除尘系统的技术经济分析 通风管网的系统分析与优化,通风风机 风机的分类 离心风机和轴流风机原理； 风机的性能及特性曲线； 风机在通风系统中的运行规律； 风机的选择计算。,1.按风压分 根据风机的压力, 可将风机分为 低压风机、中压风机和高压风机。 其压力范围如下: 低压: 风机全压 H 1000Pa 中压: 1000Pa H 3000Pa 高压: 3000Pa H 15000 Pa 通风工程中大多采用低压与中低压风机。,风机分类,2.按用途分 根据用途不同, 风机可分为通用风机，排尘风机，工业通风换气风机, 锅炉引风机，矿用风机等。 矿用风机按其用途不同又可分为: 主扇、辅扇和局扇。主扇用于全矿井的通风, 辅扇用于通风网络中某分支风路的风量调节, 局扇用于局部地点的通风。,3.按原理分 离心式风机 离心风机的风量和风压范围大, 在通风工程中被广泛应用。 轴流式通风机 空气轴向流入, 轴向流出。在地下工程施工通风中得到广泛应用。,风机结构及原理-离心风机,离心风机的基本组成： 由旋转的叶轮和蜗壳式的外壳组成。 旋转叶轮的功能是使空气获得能量； 蜗壳的功能是收集空气，并将空气的动压有效地转化为静压。,离心风机结构简图 1-进气室；2-进气口；3-叶轮；4-蜗壳；5-主轴；6-出气口；7-扩散器,离心风机的原理,叶轮旋转产生的离心力使空气获得动能, 然后经蜗壳和蜗壳出口扩散段将部分动能转化为静压。这样,风机出口的空气就是具有一定静压的风流。,离心风机的主要结构参数,叶轮外径, 常用D表示； 叶轮宽度, 常用b表示； 叶轮出口角,一般用表示.,b,D,叶轮,叶轮出口角（即叶片安装角）,前向式 径向式 后向式,叶片弯曲方向与旋转方向相同, 90(90 160),叶片出口沿径向安装,= 90,叶片弯曲方向与旋转方向相反, 90(20 70),离心风机的传动形式,风机结构及原理-轴流风机,轴流风机的基本组成: 1-集风器 2-叶轮 3-导叶 4-扩散筒,轴流风机结构简图,集风器的作用是减少入口风流的阻力； 叶轮的作用是, 叶轮旋转时叶片冲击空气, 使空气获得一定的速度和风压； 导叶的作用扭转从叶轮流出的旋转气流, 使一部分偏转气流动能变为静压能, 同时可减少因气流旋转而引起的阻力损失 扩散筒的作用是将一部分轴向气流动能转变为静压能。,轴流风机的原理,叶片的旋转使空气受到冲击力, 从而使空气获得一定的速度和风压, 并由导叶和扩散筒将部分动能转变为静压, 从而使风机出口具有一定的风速和风压。,轴流风机的主要结构参数,叶轮外径D 叶轮轮毂直径d 叶片的安装角, 安装角一般为10、15、20、25、30、35,叶片安装角,1-叶片 2-导叶 3-轮毂,d,D,轴流风机结构型式及传动方式,传动方式,结构型式,对旋式轴流风机,对旋式轴流风机与普通型轴流风机的不同之处是没有静叶，仅由动叶构成。两级动轮分别由两个不同旋转方向的电动机驱动。对旋式轴流风机具有以下特点： 可以省略导叶，结构比较简单； 效率高，效率可提高5 8； 反风性能好，普通型风机，其反风量约为40，而对旋式轴流风机的反风量可达6070。该种风机广泛用于地下工程、船舶、冷却塔和锅炉上。,风机性能-工作性能参数,风机的工作性能参数(或称为有因次性能参数)包括风压、风量、功率、效率与转速等。 （1）风压: 风机风压系指全压H, 单位为Pa, 它是单位体积的气体流过风机叶轮时所获得的能量增量。它等于风机的静压Hs与动压Hv之和。一般通风机在较高效率范围内工作时, 其动压约占全压的1020% 左右。,风机性能-工作性能参数,（2）风量Q: 指通风机在单位时间内所输送的气体体积。风机说明书中的风量与风压, 一般均指标准气态下(即大气压为760mmHg, 温度为20, 湿度为50%, 密度为1.2kg/m3 )的数值。风量单位常用有m3 /s , m3 / min , m3 / h 。,风机性能-工作性能参数,（3）功率: 单位时间内所做的功, 单位 kw（千瓦）。风机的功率可分为: 全压有效功率Na指单位时间内通过风机的空气所获得的实际能量, 它是风机的输出功率, 也称为空气功率。 Na=HQ/1000 （kw） 静压有效功率指单位时间内通过风机的空气所获得的静压能量。是全压有效功率的一部分。 轴功率Nz电动机传递给风机转轴上的功率。也就是风机的输入功率。 电机功率考虑了传动机械效率和电机容量安全系数后, 电动机的功率。,风机性能-工作性能参数,（4）效率: 表明风机将输入功率转化为输出功率的程度。分为全压效率(也称为空气效率或总效率)和静压效率。,风机性能-工作性能参数,（5）转速: 系指风机叶轮每分钟的转数, 单位为转/ 分。风机转速改变时, 风机的流量、风压和轴功率都将随之改变。,同类型风机性能的关系,风机性能也可用无因次的流量系数, 压力系数和功率系数来表示。这些无因次性能参数(也称无因次系数)的换算公式是由相似理论推导出来的。同类型风机相似(包括几何相似, 运动相似和动力相似), 因此, 同一类型风机的无因次性能参数相等。即,同类型风机性能的关系,流量系数,压力系数,功率系数,空气密度，kg/m3； D风机的叶轮外径，m； U叶轮周边切线速度，m/s； H风机的风压，Pa； Q风机的风量，m3/s。,由上式无因次系数式，可得同类型风机性能的换算关系式为: Q/Q = ( D/D)3(n/n) H/H = (/)( D/D)2(n/n)2 N/N = (/)( D /D )5(n/n)3 Q、Q分别为所要换算的两台风机的风量，m3/s； H、H分别为所要换算的两台风机的风压，Pa； N、N分别为所要换算的两台风机的功率，kw； D、D分别为所要换算的两台风机的叶轮直经，m； n、n分别为所要换算的两台风机的转速，转/分； 、分别为所要换算的两台风机工作的空气密度，kg/m3。,同类型风机性能的换算,风机性能-风机个体特性曲线,通风机在一定的转速下, 其风压、功率、效率与流量之间是个函数关系, 由于风机工作过程的复杂性, 很难从理论上得出这个函数关系的精确数学表示式。因此, 实际应用中通常通过实测并用曲线来描述风压、功率、效率与流量之间的关系，这种曲线就称为风机的个体特性曲线。它由全压H流量Q、静压Hs 流量Q、功率N流量Q 、全压效率流量Q和静压效率s 流量Q五条曲线组成。每一台通风机都有一组个体特性曲线。,轴流风机,离心风机,离心风机与轴流风机个体特性曲线的比较：风压曲线：离心的较平缓, 风压随风量的变化不大；轴流的较陡, 有“马鞍形”驼峰区, 风压随风量的变化较大；功率曲线：在工作区内, 离心的功率随风量的增加而增加, 因此应闭闸启动；轴流的功率随风量的增加而减少，应开闸启动。,风机性能-风机类型特性曲线,每台风机都有一组个体特性曲线, 使用起来不方便, 且不能比较不同类型(即不相似)风机的性能。为了减少个体特性曲线的图表数量, 根据相似理论得出的无因次系数、，对于同一类型的风机都相等。因此, Q 、Q、Q曲线代表同一类型风机在各种转速下的性能。这样一组曲线就称为风机的类型特性曲线。同一类型的风机就只有一组类型特性曲线。类型特性曲线也是通过试验方法确定。,风机运行-单台风机的运行,运行工况点: 风机风压特性曲线H与风管阻力特性曲线Km的交点, 即为风机的运行工况点。在工况点上风机的风压与系统中的阻力相等,风机的风量就是系统的风量。工况点随系统阻力和风机转速的变化而变化。,风机运行-单台风机的运行,对运行工况点的要求: 运行工况点落在风压曲线的稳定工作区范围内； 运行工况点落在效率较高的范围内, 一般要求工况点的运行效率不能低于最高效率的85%。即，要求0.85max。满足这两项要求的运行范围，即为风机的工作区。,风机运行-单台风机的运行,对工况点的调节: 当风机的风量和风压不能满足设计要求时, 就应调节工况点。 两种调节法: 一是调节阻力特性曲线Km, 需增大风量时, 将Km值调小, 反之将Km值调大；二是调节风机转速, 从而使风机风压曲线改变。,多台风机联合运行,多台风机联合分为: 并联 串联，包括： 集中串联 间隔串联,多台风机联合运行-并联,并联系指两台或数台风机平行地联合在一起, 向同一系统输送空气, 其目的是增加系统的风量, 用于风量大, 阻力小的通风系统。,多台风机联合运行-并联,并联的合成性能参数确定（图解法）: 首先求出合成风压曲线, 按风压相等风量相加的原则，确定合成风压曲线； 然后确定等效工况点,合成风压曲线H与风筒风阻R曲线的交点即为等效工况点。 等效工况的风量和风压即为所求的合成风量和合成风压。,多台风机联合运行-串联,串联就是将前一台风机的出风口与后一台风机的进风口相连接, 向同一系统输送空气, 其目的是提高风压, 用于阻力大的通风系统。串联分为集中串联和分散串联。,多台风机联合运行-并联,集中串联的合成性能参数确定（图解法）: 按风量相等, 风压相加原则求出串联合成风压曲线； 合成风压曲线H与风阻K曲线的交点即为等效工况点； 等效工况点的风量、风压即为合成风量和合成风压。,多台风机联合运行-注意事项,对于不同性能风机并联,要注意无效并联问题。 不同性能风机串联，要注意无效串联问题。,通风除尘系统的维护管理是一项十分重要的工作。在系统建成以后，要保持其正常运行，发挥其应有的作用，主要依靠科学的维护管理。,通风空调系统的维护管理,维护管理工作的内容 ：1建立、健全组织机构和规章制度 2联工教育和人员培训 3系统的运行操作 4定期检测 5计划检修,通风空调系统的维护管理,维护管理工作的内容 ：,检查管道、风口、阀门,通风空调系统的维护管理,维护管理工作的内容 ：,检查管道、风口、阀门,通风空调系统的维护管理,维护管理工作的内容 ：,检查通风系统环境是否整洁、安全,通风空调系统的维护管理,技术经济分析的指标主要有：价值指标，人员指标和实物指标等。在通风除尘系统的功能可满足要求的条件下，根据这些指标进行分析和综合评价，才能全面地反映设计方案的正确性。,通风空调系统的技术经济分析,技术经济分析的主要内容：（1）通风除尘系统的总费用分析（2）初投资分析（3）运行费分析,通风空调系统的技术经济分析,优化设计简介,为了使系统达到最优的目标所提出的各种求解方法称为最优化方法。 常用的优化方法有线性规划法、非线性规划法、动态规划法、极大值法等。 它对促进运筹学、管理科学、控制论和系统工程等新兴学科的发展起到了重要的作用。,优化设计步骤,最优化方法解决问题一般可以分为以下几个步骤： （1）提出需要进行最优化的问题，开始收集有关资料和数据； （2）建立求解最优化问题的有关数学模型，确定变量，列出目标函数和有关约束条件； （3）分析模型，选择合适的最优化方法； （4）求解方程。一般通过编制程序在电子计算机上求得最优解； （5）最优解的验证和实施。 通过上述五个相互独立和互相渗透的步骤，最终求得系统的最优解。,通风空调中的优化设计,优化目标 资源优化：原料利用最大化 能源优化：能量损失最小化 优化对象 设备组合：风罩，净化， 通风管网：管径，管路 风机选型：功率，风压,