离心式通风机的构造和工作原理

第二章 通风机通风机作为空气动力机械，在通风除尘与气力输送系统中，都用来输送空气和粉尘或物料。因而，合理地选择风机，对通风除尘与气力输送的效果有着很大的影响。通风系统常见的风机有离心式通风机和轴流式通风两种，而在通风除尘和气力输送系统中大都有采用离心式通风机，另外，随着制粉技术的发展，配粉技术的广泛应用，作为正压输送的动力来源-罗茨鼓风机也受到重视。因此，本章重点介绍离心式通风机，同时介绍罗茨鼓风机。2.1 离心式通风机的构造和工作原理离心式通风机的构造如图所示。它的主要部件是机壳、叶轮、机轴、吸气口、排气口。此外还有轴承、底座等部件。通风机的轴通过联轴器或皮带轮与电动机轴相连。当电动机转动时，风机的叶轮随着转动。叶轮在旋转时产生离心力将空气从叶轮中甩出，空气从叶轮中甩出后汇集在机壳中，由于速度慢，压力高，空气便从通风机出口排出流入管道。当叶轮中的空气被排出后，就形成了负压，吸气口外面的空气在大气压作用下又被压入叶轮中。因此，叶轮不断旋转，空气也就在通风机的作用下，在管道中不断流动。图2-1通风机的各部件中，叶轮是最关键性的部件，特别是叶轮上叶片的形式很多，但基本上可分为前向式、径向式和后向式三种。如图所示。图2-2这三种不同形式的叶片是以叶片出口角来区分的，所谓叶片出口角就是叶片的出口方向（出口端的切向方向）和叶轮的圆周方向（在叶片出口端的圆周切线方向）之间的夹角（）。这三种叶片形式各有特点。后向式叶片的弯曲度较小，而且符合气体在离心力作用下的运动方向，空气与叶片之间的撞击很小。因此能量损失和噪音较小，效率较高。但后向式叶片只能使空气以较低的流速从叶轮甩出，空气所获得的动压较低。前向式叶片与后向式不同，它的形状与空气在离心力作用下的运动方向完全相反，空气与叶片之间撞击剧烈。因此能量损失和噪音都较大，故效率就低，但前向式叶片能使空气以较高的流速从叶轮中甩出，从而使空气在风机出口处获得较大的静压。径向式叶轮的特点介入后向式和前向式之间。机壳一般呈螺旋形，它的作用是吸集从叶轮中甩出的空气，并通过气流断面的渐扩作用，将空气的动压力转化为静压。离心式通风机所产生的压力一般小于1500毫米水柱。压力小于100毫米水柱的称为低压风机，一般用于空气调节系统。压力小于300毫米水柱的称为中压风机，一般用于通风除尘系统。压力大于300毫米水柱的称为高压风机，一般用于气力输送系统。2.2 离心式通风机的性能参数与性能曲线2.2.1 离心通风机的主要性能参数离心式通风机有一定的参数表示它的性能和规格，为了合理地选择与使用风机，就必须分析了解这些参数以及其相互间的关系。表示风机性能的主要参数有：1风量通风机每单位时间内所排送的空气体积，称为风量Q，又称送风量或流量，其单位为米3/秒或米3/时，工程上常用单位是米3/时。风机所产生的风量与风机叶轮直径、转速、叶片形式等有关，其三者之间的相互关系要用下式表示： (m3/s) (2-1) (m3/h) (2-2)式中：Q通风机的风量；D2通风机叶轮的外径，米；V2叶轮外周的圆周速度，米/秒n通风机的转速，转/分；流量系数，与风机型号有关。常用离心式风机的流量系数见表2-1：表：2-1No 代号 4-72 C4-73 4-79 Y4-56 6-23 6-30 9-19 9-26 1 0.146 0.154 0.170 0.108 0.024 0.044 0.030 0.080 0.454 0.462 0.484 0.266 0.614 0.634 0.814 0.874 2 0.164 0.174 0.190 0.121 0.029 0.049 0.037 0.090 0.445 0.462 0.473 0.264 0.600 0.626 0.834 0.857 3 0.182 0.191 0.210 0.137 0.033 0.054 0.044 0.100 0.436 0.444 0.467 0.260 0.582 0.617 0.828 0.832 4 0.199 0.209 0.230 0.151 0.034 0.063 0.051 0.110 0.418 0.425 0.450 0.260 0.573 0.590 0.803 0.799 5 0.216 0.228 0.250 0.166 0.039 0.068 0.058 0.120 0.392 0.406 0.433 0.251 0.537 0.573 0.772 0.761 6 0.234 0.246 0.270 0.182 0.044 0.073 0.065 0.130 0.365 0.370 0.421 0.243 0.490 0.550 0.732 0.714 7 0.252 0.263 0.300 0.194 0.049 0.078 0.073 0.140 0.338 0.314 0.359 0.227 0.433 0.525 0.692 0.667 8 0.269 0.282 0.330 0.209 0.054 0.083 0.080 0.150 0.303 0.277 0.290 0.208 0.366 0.496 0.652 0.620 风机的风量一般用实验方法测得。风量的大小与通风机的尺寸和转速成正比。在管道系统中，风量可以通过闸门或改变通风机的转速来调节。但通风机最大的转数不可超过性能选用表上规定的最高转数。以叶轮外周的圆周速度表示，压力在300-1500毫米水柱的风机，v2100米/秒，压力在300毫米水柱以下的风机v270米/秒。2风压通风机的出口气流全压与进口气流全压之差称为风机的风压H，其单位为毫米水柱。风机所产生的风压与风机的叶轮直径、转速、空气密度及叶片形式有关，其关系可用下式表示： (mmH2O) (2-3)(mmH2O) (2-4)式中：H通风机全压，毫米水柱；空气的密度，千克/米3；通常取标准空气密度千克/米3；v2叶轮外周的圆周速度，米/秒；全压系数，根据实验确定，一般如下：后向式：；径向式：；前向式：；D2风机叶轮的外径，米；n风机的转速，转/分。风机的风压与转速的平方成正比，适当提高转速就能增大风压。在管道系统中，风压也可用调节闸门来改变。3功率通风机在一定的风压下输送一定数量的空气时，需要消耗一定的能量，这个能量是由带动它的电机提供的。单位时间内所消耗的能量称为功率N，功率的单位用千瓦来表示。通风机的有效功率（Ny千瓦）即： (2-5)式中：Q通风机输送的风量，米3/秒；H通风机产生的风压，毫米水柱；102千瓦与千克米/秒之间的换算关系系数，1千瓦=102千克米/秒。实际上，消耗在通风机轴上的功率（轴功率）要大于有效功率，这是因为通风机在运转过程中轴承内部有磨擦损失和空气在通风机中流动也有能量损失的缘故。轴功率N与有交效功率NY之间的关系如下： (2-6)式中：通风机效率，%。N轴功率，千瓦当通风机的转速一定时，它的轴功率随着风量的改变而改变，一般离心式通风机的轴功率随着风量的增加而增加。4效率通风机的有效功率与轴功率之比为通风机的效率，即： (2-7)通风机的有效功率反映了通风机工作的经济性。后向叶片风机的效率一般在之间，前向叶片风机的效率在之间。同一台风机在一定的转速下，当风量和风压改变时，其效率也随之改变，但其中必有一个最高效率点，最高效率时的风量和风压称为最佳工况。通风机在管道系统中工作时，它的风量与风压应尽可能等于或接近最佳式况时的风量和风压，应注意使其实际运转效率不低于最高效率的90 %。5转速通风机的转速n可用转速表直接测量，其数值用每分钟多少转（转/分）来表示。小型风机的转速一般较高，往往与电动机直接相连。大型风机的转速较低，一般用皮带传动与电动机相连，改变皮带轮的直径即可调节风机的转速，其关系如下： （2-8）式中：n1、n2风机；电动机的转速d1、d2风机和电动机的皮带轮的直径。从上述可见，如要改变风机的转速，只要改变通风机或电动机中任意一个皮带轮的直径即可。当改变风机转速时，风机的特性参数；特性曲线也随之改变，亦即，风机在每一转速下都有其相应的特性曲线。当转速改变时，风机的特性参数Q，H，N的变化可按下式计算： (2-9)以上可见，如果通风机的转速由n改变为n时，风机的风量变化与的一次方成正比，功率变化与的三次方成正比。所以在增加风机转速时，必须重新计算所需功率，注意原来配备的电机是否会过载。必须指出，上述通风机的几个性能参数不是固定不变的，它们之间都有一定的内在联系。当通风机在管网中工作时，这些参数又受到网路特性的影响，所以要选择使用好一台通风机，不但要熟悉通风机的性能，还要了解网路特性以及它们之间的关系。图2-3通风机的性能曲线一般有HQ曲线，NQ曲线，Q曲线三种，这三种曲线常画在同一图上，统称为风机的特性曲线。根据特性曲线，已知Q米3/时，H毫米水柱，N千瓦，（%）中的任何一值即可求得其它各值。图2-4通风机都根据实验预先作出其特性曲线，以供选择通风机时参考。图2-5但是，有的风机样本中风机中不列出特性曲线，而只列出选择风机的数字表格，性能表中每一种转速按流量、风压等分为八个性能点。见表2-2表2-2转数 转/分 序 号 全压 毫米水柱 流量 （米3/时） 效 率% 轴功率 千瓦 所需功率 千瓦 电动机 千瓦 2900 1 324 7950 82.4 8.52 9.8 13 2 319 8910 86 8.9 10.23 3 319 9880 89.5 9.42 10.85 4 303 10850 91 9.9 11.4 5 290 11830 91 10.2 11.8 6 268 12780 88.5 10.5 12.1 7 246 13750 86.5 10.7 12.4 8 224 14720 82.4 10.9 12.5 表中所列出各性能点的最高效率，均在风机最高效率的范围内。离心式通风机的选择正确和合理地选择通风机，是保证通风与气力输送系统正常而又经济运转的一个十分重要的步骤，选择的通风机不但要满足管道系统在工作时所必须的风量和风压，而且要使通风风在这样的风量与压力下工作，效率为最高或在它的经济使用范围之内。目前，通风与气力输送所常用的一些通风机在国内都有生产，可直接从国家产品样本中找到，为了用户选择方便，样本上载有各种型式风机的性能曲线和选择曲线，并对不同型式和机号的风机用一定的符号和参数进行了编制。因此在进行风机选择前，必须熟悉产品样本。现将有关这方面的知识介绍如下：离心式通风机的完全标志包括：名称、型号（由全压系数、比转数、进风口形式、设计顺序号四个数组成），机号、传动方式、旋转方向和出风口位置。一般书写顺序举例如下：例：某排尘离心式通风机全压系数为，比转数为73，单面吸入，第一次设计，叶轮外径600毫米，用三角皮带传动，悬臂支承，皮带轮在轴承外侧，从皮带轮方向正视轩轮为顺时针方向旋转，出风口位置向上。按规定其完全标志为：排尘（或C）离心式通风机473-1 1 No6 C右90排尘（或C）用途； 离心式通风机名称； 4全压系数；73比转数；1进口型；1设计序号；No机号；C传动方式；右旋转方向；90出口位置名称：按其作用原理称为离心式通风机。在名称之前冠以用途字样，一般也可以省略不写。当在名称前必须冠以用途字样时，要按表中规定采用汉字，或用汉语拼音字首的简写。见表2-3。表2-3风机代号用途 代号 汉字 汉语拼音 简写 排尘风机 排尘 CHEN C 防腐蚀 防腐 FU F 工业炉吹风 工业炉 LU L 耐高温 耐温 WEN W 防爆炸 防爆 BAO B 冷却塔通风 一般通风换气 冷却 通风 LENG TONG L T 型号：由基本型号的变形型号组成，共分三组，每组用阿拉伯数字表示，中间用横线隔开，表示内容如下：第一组表示通风机的压力系数乘10后化整数。第二组表示通风机的比转数。第三组表示通风机进风型式（见表2-4）和设计顺序号。表2-4风机进风形式：代号 0 1 2 通风机进风口形式 双侧吸入 单侧吸入 二级串联吸入 通风机的压力系数是指风机在最高效率点时的H值，可用下式表示： (2-10)式中：H效率最高时的压力系数；空气重度，千克/米3；g重力加速度，米/秒2；H效率最高的风机的风压，毫米水柱；叶轮出口圆周速度，米/秒。通风机的比转数是在最高效率下，风量、风压与转速的关系，亦即标准风机在最佳情况下产生的风压为1毫米水柱、风量1米3/秒时的转数。它们的关系用公式表示： (2-11)式中：ns比转数n转速Q风量H风压比转数是通风机的一个基本参数，上式表明，当风机转速n不变时，比转数ns大的风机型号，其风压较小，风量较大，比转数ns较小的风机型号，其风量较小风压较大。机号：用通风机叶轮外径的分米数前冠以符号No6（6号）风机的叶轮外径是6分米，即600毫米。传动方式：共有六种，用表示，如图2-6所示：图2-6旋转方向：指叶轮的旋转方向，用“右”或“左”表示。从电动机或皮带轮一端正视，如叶轮按顺时针方向旋转，称为右旋风机，反之称为左旋风机，但以右旋作为基本旋转方向。出风口位置：用角度表示，如图2-7所示：图2-72.3.2 离心式通风机的选择首先根据被输送空气的性质，如清洁空气，易燃易爆气体，具有腐蚀性的气体以及含尘空气等选取不同用途的风机。根据所需的风量，风压及已确定风机类型，由通风机产品样本的性能表或性能曲线中选取所需要的风机。选择时应考虑到可能由于管道系统连接不够严密，造成漏气现象，因此对系统的计算风量和风压可适当增加10-20%。通风机产品样本中列出的风机性能参数，除个别特殊注明者外，都是指在标准状态（大气压力760毫米汞柱，温度20，相对温度50%）下的性能参数，如实际使用情况离标准状态较远，则选择时应按下列公式对样本所列参数进行换算。（2-12）式中：Q1、H1、N1、1标准状态下风机的风量、风压、功率、空气容重，即产品样本上所列的数据。Q2、H2、N2、2使用工况下的风机风量、风压、功率、空气容重。 (2-13)Pa大气压力，毫米水柱，t空气温度，。在满足所需风量，风压的前提下，应尽量采用效率高，价廉的风机。如对噪音有一定要求，则在选择时也应加以注意。常用风机性能见附录。带动通风机的电动机额定功率按下式计算： (2-14)式中：Nd电动机额定功率（千瓦）；Q风机风量（米3/时）；H风机风压（毫米水柱）；风机效率（%）；1机械传动效率（%），按表2-5选用；K电机容量安全系数，按表表2-6选用。表2-5风机机械传动效率传动方式 机械效率n 电动机直联传动 1.00 联轴器直联传动 0.98 三角带传动（滚动轴承） 0.95 表2-6电机容量安全系数电动机功率 （千瓦） 电机容量 安全系数K 电动机功率 （千瓦） 电机容量 安全系数K 0.5 1.5 25 1.2 0.51 1.4 5 1.15 12 1.3 例1 有一通风网路，设计计算所需风量Q计=5900米3时，风网阻力H计=140牛米2。试选用4-72型通风机，其转速及电机功率各是多少?解：考虑10的附加量，风机风量为： Q机：5900(1+0.1)=6500 (米3时)考虑15的附加量，风机压力为 H机=140X9.8(1+0.15)=1619.8 (牛米2) 根据Q机及H机查样本中4-72型风机性能表格得，风机机号为比4A，对应序号6，其流量(风量)为6450米3时，压力为163牛米2，接近该风网的需要。此时，风机转速n=2900转分，电机功率千瓦，效率在经济使用范围内。 例2某米厂有一通风除尘网路，经计算，所需风机风量Q机=3000米3时，压力H机=100牛米2。今确定选用6-46型风机，试确定该风机的机号，转速和电机功率。 解： 根据Q机和H机，在风机样本中根据6-46型通风机系列产品综合性能曲线进行选择： 首先选用在横座标上找到风量Q机=3000米3时的点，并向上作垂线。再从纵座标上找到压力H机：1009. 8牛米3(100毫米水柱)的点，并向右作水平线。这两条线相交的点，就是通风机的工作点。该点在曲线图中位于转速为1740和1810两条曲线之间，按比例推算约为1775，即通风机转速n=1775转分。同时，该点又位于功率线和之间，在这里应取大值，故通风机应配用电动机功率千瓦。 本例亦可选用6-46型风机。在该号风机的选择曲线上按上述方法可得n=1345转分，电机功率千瓦。 上例选用或风机，都能满足所需风量和风医的要求，且电机昔为千瓦只是前者的转速高于后者。 例3某面粉厂有一气力输送网路，其设计计算风量QN0.=5000米3时，风网阻力H机：500牛米2。若采用6-30型风机，试确定风机的机号，转速及电机功率。解：考虑20的漏风量，于是风机风量为：Q机=5000(1+0.2)=6000 (米3时)考虑10的压力附加量，风机压力为H机=500X9.8(1+0.1)二550X 9.8 (牛米2) 根据Q机及H机，查630型通风机性能综合曲线(见图3-13或风机样本)。 首先在机号Ne6的横座标轴上，找到风量Q=6000米3时的点，由此向上作垂线，再从纵座标轴上找到压力H=550牛米3 (550毫米水柱)，由此向右作水平线。两条线相交于一点，该点就是通风机的工作点。该点位于公称，转速为16100和17500两条曲线之间，按比例可推算出该点的公称转速Al6750。根据公称转速与机号的关系式可得 (转/分) 此时通风机的效率，可根据工作点在效申曲线间的位醒来确定。从图中可以看到，该点位于和两条牧率曲线之间。利用比例关系推算得。则风机的轴功率为 （千瓦） 通风机的转速n=2800转/分，不能采用直联传动，故采用三角带传动，传动效率取传。在选用电动机时，还需考虑电机容量安全系数K=1.15(见表37)，则电机功率为 (千瓦) 查电机产品规格，可选用功率N=17千瓦、转速n=2940转分的异步电动机。 离心式通风机的安装与使用离心式通风机是一种比较精密的运转机械，安装的质量好坏会影响风机的性能，使用寿命及经济效果等一系列问题。风机在安装前，必须对风机各部分机件进行检查，特别对叶轮主轴和轴承等主要部件应细致检验。如发现损伤或部件装配不符合标准，应予以修理和调整。风机的基础（或基座），一般小型风机的重量不大，所需动力较小，基座比较简单，可采用钢结构基座。但大、中型离心风机一般要求在地面上有永久性的混凝土基础。安装风机必须保证机轴的水平位置。采用联轴器传动的风机，风机主轴与电动机轴的不同凡度误差小于毫米，联轴器端面不平行度误差应小于毫米，否则在运转过程中产生剧烈振动，轴承易烧坏。风机进风口与叶轮之间的间隙对风机出风量影响很大，安装时应按图纸进行较正。安装风机时，进风口管道可直接利用进风口本身的螺栓进行连接，但输气系统的管道重量不应加在机壳上，应另加支撑。风机安装完毕后，需用手或杠杆拔动转子，检查是否过紧，过松或碰撞现象，如无，方可进行试转。2.4.2 离心式通风机的使用风机安装后，只有在它的设备完全正常的情况下方要启动运转。此外还需注意以下一些问题。（1）风机所配的电动机的功率，是指在特定的工作情况下，加上机械损失与应有储备容量的功率，并非进、出口全开时所需功率。因此，在风机进出口不加阻力的情况下运转，电机有被烧坏的危险。为安全起见，应在风机进口或出口加装闸门，在启动电机时将其关闭，以减少启动电流，防止风机烧坏。当风机达到一定转速后，将闸门慢慢开启，达到规定工作状况为止，并注意电机电流是否超过额定值。（2）在风机启动，停车或运转过程中，如发现不正常现象，应立即进行检查。（3）定期清除风机及管道内部的粉尘，污垢及水等杂质，并防止锈蚀。（4）除每次拆修后应更换润滑油外，还应定期更换润滑油。2.4.3 离心式通风机的调整风机安装后，正式运转时可能发生风量过大或风量不足现象，这就需要分析原因，并对整个通风除尘系统进行必要的调整。风机在运转过程中，通风除尘与气力输送系统发生风量过大或过小的现象，原因很多，主要有下列各点：管道系统阻力的实际值与设计值相差过大。风机由于制造、安装质量可电源电压波动和频率不稳定引起转速变化，影响风量的变化。由于管道系统堵塞，使通风系统在使用过程中，经过较长时间，风量逐渐减小。或者在短时间内，风量突然减少。通风除尘系统风量调整基本上是通过调整风机特性和改变管道系统阻力两个途径来实现。其方法主要有：利用调节闸门来调整管道系统阻力来达到调整风量的目的。这种方法比较简单，只需要在进口端或出口端（一般多装在出口端），装设一个闸门，通过高速闸门的启闭来调节风量。这种方法调节方便，但当实际风量比需要风量大得很多时，消耗电力过多，很不经济。若当闸门全开以后，风量仍不满足，这时调节闸门就失去了调节作用。改善管道系统的阻力，减小阻力值，增大风量。如扩大管道直径减小管道的摩擦阻力，或减少管道的弯头等，以减少管道的局部阻力等。这种方法可以节约动力，但要考虑到管道直径扩大以后，会使管道内风速降低，是否符合原设计中最低速度的要求，特别是含尘空气的管道可能因风速过低而积尘，此外还要考虑到整个管道系统的平衡问题和工程量的大小问题。调整风机转速。风机的风量与转速成正比，因此通过风机转速的调整，能够得到较大的风量调整。但此法只有皮带传动的风机才可通过改变皮带轮直径大小调整转速，调整范围不能通过风机性能所规定的最高转速。必须注意，因为风机功率与转速的三次方杨正比，若风机改变转速以后，电机有过负荷被烧坏的危险。2.4.4 离心式通风机的主要故障及产生原因风机在运行过程中常会发生某些故障，对于这些故障应及时分析原因，加以排除，以防止事故的发生。表表2-7列出了风机的主要故障及其原因。表2-7风机主要故障及其产生原因故障名称 产生原因 轴承箱振动剧烈 风机轴与电动机轴不同心，联轴器装歪。 机壳或进风口与叶轮摩擦。 基础的刚度不够或不牢固。 叶轮轴盘与轴松动，联轴器螺栓活动。 叶轮铆钉松动或轮盘变形。 机壳与支架，轴承箱与支架，轴承箱与座 等联接螺栓松动。 风机进出气管道的安装不良，产生振动。 转子不平衡。 轴承温升过高 轴承箱振动强烈。 润滑油质量不良，变质，填充过多或含有粉尘粘砂、 污垢等杂质； 轴承箱盖座联接螺栓的紧力过大或过小； 轴与滚动轴承安装歪斜，前后两轴承不同心； 滚动轴承损坏。 电动机电流过大或温升过高 开车时进气管内闸门未关严； 流量超过规定值，或风管漏气； 由于风机输送的气体密度过大而导致风压过大； 电动机输入电压过低或电源单相断电； 联轴器联接不正，皮圈过紧或间隙不均； 受轴承箱振动剧烈的影响； 受并联风机工作情况恶化或发生故障的影响。 皮带滑下 皮带跳动 两皮带位置不在一中线上，使皮带从小皮带轮上滑下 两皮带轮距离较近或皮带过长