机械风机基础知识工程课件

风机基础知识风机定义风机是一种品种繁多、应用广泛的输送气体的通用机械。从能量观点来分析，它是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械。风机分类按原理分类：1、容积式：往复式、回转式 日常我们所说的罗茨风机就属于回转式的一种2、透平式：离心、轴流、混流、横流 透平式的共同特点是通过旋转叶片把机械能转变 成气体能量，因此又称为叶片式机械。（此为我们常见的一种形式，也是我们要重点讲解的）3、喷射式风机分类按绝对排气压力分类：1、通风机：11.27104 Pa 2、鼓风机：（11.27-34.2)104 Pa 3、压缩机：34.2 104 Pa（仅供参考）风机分类按用途分类 工业锅炉用风机 地铁隧道用风机 一般通风排风用风机 消防风机 工业风机 矿井风机风机主要性能参数进口标准状态:进口压力：1个标准大气压，即101325Pa，或760mmHg 温度：20 相对湿度：50%一般我们常用的风机由于压力温度变化较小，所以可不考虑气体由于温度、压力变化所产生的密度变化，可以按照标准状态下空气密度：1.2 kg/m3来做计算。风机性能参数流量Q定义：单位时间内通过风机流道某一截面的气体容积，故又称容积流量单位：m3/s，m3/min，m3/h，CFM 一般风机流量的计算用风机出风口面积A与风机出风口处的风速来计算表示为风机性能参数压力 1，静压Pst：在平直流道中运动的气体于某一截面垂直作用于壁面的压力。通常为测得值。在某些离心风机样本里也被称为真空度。动压Pd：该截面上气体流动速度所产生的平均压力 Pd=v2/2全压Pt：同一截面上气体静压、动压之和称为气体全压，风机进出口气体全压之差称为风机全压，即 Pt=Pst+Pt风机性能参数静压比 在管道设计的水力计算中，要考虑管道的阻力损失，管道中风速越大，阻力损失就越大，能量衰减的越快，所以对于风机来讲，静压比是个非常重要的量值，表示为=Pst/Pt。风机性能参数功率 1、有效功率Pe：风机所输送气体在单位时间内从风机获得的有效能量 Pe=PtQ/1000 kW 式中：PtPa，Q m3/s 2、轴功率Psh：单位时间内原动机传递给风机轴上的能量，一般电机直连的风机轴功率即为电机功率，如果用皮带或者其他传动方式的，要考虑到功率传递系数的影响。风机性能参数风机效率风机全压效率t：风机全压有效功率与风机轴功率之比 t=Pet/Psh=PtQ/1000/Psh风机静压效率s：风机静压有效功率与风机轴功率之比 t=Pes/Psh=PstQ/1000/Psh风机性能参数风机转速n 单位：r/min 或 rpm 作用：风机所有性能参数均将随转速的变化而变化常用的电机转速计算公式为，n=120f/p，n为转速，f为电源频率，P为电机极数(常见2、4、6、8、10）电机直连风机的转速为电机转速，可通过改变电源频率改变风机转速。若是皮带传送可根据调节原、被动皮带轮直径比例改变风机转速。风机性能参数下图中就是主要的测试风压的参数风机性能参数 如上图所示，Pt1测试值为进风口全压，Pt2为出风口全压，则风机全压Pt=Pt2-Pt1。Ps1为进风口静压，Ps2为出风口静压，则风机静压为Ps=Ps2-Ps1。风机动压一般为Pd=0.5v2，所以一般测量出风速v，则动压可得。风量的得出也是通过计算得出Q=A*v，A为风机出风口面积。风机的噪音也是测试得出，一般在距离出风口1米，下方45角放置测试仪，然后得出频谱图，最后得出风机的实际噪音。当然风机噪音也可以通过风机流量、压力估算得出，这个会在后面详细讲到。风机相似理论相似条件 1、几何相似 模型与实物几何形状相同，对应的线形长度成比例，对应角度相等 2、运动相似 模型与实物各对应点速度方向相同、大小成比例，对应各气流角度相等，即对应点速度三角形相似 3、动力相似 模型与实物之间相对应的各种力方向相同、大小成比例 一般对于一个特定类型的风机，都可以认定为相似风机，可以通过相似计算得出不同机号、不同转速下的风机参数。风机相似理论相似风机性能参数换算 假设某型风机参数分别为流量Q 压力P 功率N 转速n 效率 需换算风机参数流量Qm 压力Pm 功率Nm 转速nm 效率m则二者之间的换算关系如下：轴流风机结构基本构成及其作用：1、集流器-改善进口流场2、导流器-改善进口流场3、整流罩-改善进口流场4、机壳-约束流场5、叶轮：叶片、轮毂及其紧固件-能量转换6、导叶-改善出口流场、回收扭速7、扩散筒-转换动压为静压轴流风机结构轴流风机基本安装方式1、立式安装2、卧式安装3、倾斜式安装轴流风机基本调节方式1、变转速2、动叶静态调节3、动叶动态调节轴流风机原理及特点 气体沿轴向经过集流器，在叶轮处收到叶轮冲击而获得到一定的动压和静压，然后流入后导叶，导叶将一部分偏转的气流动能变为静压能，最后，气体经过扩压器将一部分轴向气体动能转变为静压能，然后从扩压器流出，进入管道。相比于离心风机轴流风机体积小，压力小，风量较大，易于安装。离心风机原理工作介质轴向流入叶轮，进入叶片流道，转变为垂直与风机轴的径向运动；在叶片的作用下，介质获得能量提升：静压提高、动能增加待所升高的能量足以克服阻力，则可输送介质离心风机结构离心风机的结构根据动能转换为势能的原理,利用高速旋转的叶轮将气体加速,然后减速、改变流向，使动能转换成势能（压力）。离心风机中，气体从（集流器）轴向进入叶轮，气体流经叶轮时改变成径向，然后进入扩压器（蜗壳）。在蜗壳中，气体改变了流动方向造成减速，这种减速作用将动能转换成压力能。压力增高主要发生在叶轮中，其次发生在扩压过程。离心风机的出口方向 从电机侧正视风机1、叶轮顺时针方向旋转：右 出风口水平向左时为：右0o，角度沿 顺时针方向变化2、叶轮逆时针方向旋转：左 出风口水平向右时为：左0o，角度沿 逆时针方向变化 离心风机的出风口方向示意图离心风机三种主要的叶轮形式 离心风机的叶轮相比轴流风机的叶轮复杂的多，工艺上要求较高，根据叶轮出风口端的叶片角度可将风机叶轮分为前向型、径向型、后向型。离心风机三种主要的叶轮形式离心风机叶片型式前向叶片出口角度290产生风压较高，但是效率较低前向型的叶片容易在叶轮间聚集杂质，易结垢一般用于风量一般，但是压力要求高的区域。应用广泛叶片一般较窄，叶片数量多常见的9-19系列、9-26系列离心风机即是这种叶轮离心风机叶片型式径向叶片出口角度2=90结构简单生产成本较低参数介于前向型和后向型之间，但是效率较低，所以现在应用不是十分广泛，又由于其不易结垢的特点，只有在矿井等少数场合使用。离心风机叶片形式后向叶片出口角度2 90此种叶轮由于其空气动力学性能优秀，风量大，压力低，但是效率很高，国内一般的后向型叶轮的离心风机其效率能达到80%90%，所以应用十分广泛，而且因为其不易结垢的特点，在工业、化工、电厂等领域应用十分广泛工艺要求较高离心风机叶片型式后向机翼由于其叶片断面与机翼相同故称之为后向机翼型叶片由于其独特的结构特点，在生产过程中要求的工艺十分严格独特的叶片形式使其在大流量状态下功率变化能够保持一定的幅度，对风机的设备安全又一定的保护作用离心风机理论特性离心风机理论特性离心风机理论特性从上面的两个图表中可以看出在相同的风量下有余前向型风机的出风口较小，风速较大，导致其动压部分过高，能量衰减过快，故而效率较低；而后向型的叶轮则刚好相反，较大的出风口能使大量的风机动压转换成静压，大大提高了其效率，而且在风量不断增大的过程中，前向型叶轮的功率急剧增加，后向型叶轮则平稳过渡，显示出良好的应变能力，所以在很多大风量的风机都会选择后向型的叶轮，而在小风量高压力的环境下前向型的叶轮则表现的更好。管网的性能曲线管网：通风机所工作的系统，包括通风管道及其附件，如过滤器、换热器、调节阀等。管网阻力：在一定的气体流量下所消耗的压力，它与管网的结构、尺寸、气流速度有关。管网阻力表达式管网阻力 P=KQ2 式中：P-管网阻力 K-管网总阻力系数，对于确定的 管网，其阻力系数K也是确定的 通风机与管网的联合工作1、气体从通风机获得能量，其压力、流量之间的关系按通风机性能曲线变化。2、气体通过管网，其压力、流量关系又须遵循管网性能曲线。3、联合工作的通风机、管网的性能关系：（1）通过通风机与不漏气管网的气体流量完全相等（2）通风机的全压等于管网总阻力与出口动压损失之和4、通风机在管网调试过程中通过调节管道阻力达到调节通风机性能的目的。声 学 基 础 声学物理量周期T：完成一次振动的时间，s波长：相邻密部之间的长度，m频率 f：每秒钟的振动次数，Hz 一般人耳的听觉范围20Hz20kHz声速C：声波在媒质中的传播速度，m/s 空气中的声速C=20.05*(273+t)1/2 其中t为空气温度，声学物理量的相互关系f=1/TC=f声压与声功率声压p：声波以疏密波的形式在大气中传播，使大气压强发生周期性的波动，在大气压上下的波动值称为声压，Pa声功率w：单位时间内声源辐射的总声能量，W声 级声压级Lp Lp=10lg(p/p0)2 其中 p-有效声压 p0-声压基准值，210-5 Pa声功率级Lw Lw=10lg(w/w0)其中 w-声功率 w0-声功率基准值，10-12 W声压级与声功率级的关系 Lw=Lp+10lgS声功率是间接测量值声压级可以直接测量通过面积S和声压级可计算声功率级声级分贝值简便计算-加法 加入两个不同的生源，其声压级分别为L1、L2，那么两者叠加后的声压级L的计算公式可按照下表做简单计算如 L1L2，则 L1、L2的叠加值L=L1+LL1-L2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11L 3 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3噪音的测试与计算一般人耳能感受到的声音频率范围在2020000Hz之间，而风机的噪音频率在5010000Hz之间，所以在做风机噪音测试时，没必要考虑以外的频率段，所以为方便测试，该频率范围被分成24个独立波段，称为1/3倍频带。每3个1/3倍频带可以按照对数形式合成一个倍频带，所以在一般测试风机噪音时常常能看到8个不同的倍频带。噪音的测试与计算测试风机过程中需要测试出8个不同倍频带上所有的声能级，以下图为例：噪音的测试与计算在我们的选型文件中我们常常看到这样的表格 左边8列数字从638000即为频谱分析的八段音频，均为测试值。下行数字即为不同音频段下的声能级，Lwa为声功率级，dBA为声压级，Sones为响度，均为计算值，我们平时常说的风机噪音指的就是声压级dBA。Inlet Sound Power by Octave BandLwadBASones6312525050010002000400080007683787269655853756413.3通风机噪音特性预算方法风机比A声级LSA是指风机在单位流量单位压力时辐射的A声级，其与A声级之间的换算公式如下 LA=LSA+10lgQVPtf2-19.8 单位dBA Las是比A声级（dBA），La是风机A声级（dBA），Ptf是风机全压（Pa），QV是风机体积流量（m3/min）。一般对于同一结构样式或同一系列的风机，其比A声级是一定的，可以通过上面的公式计算A声级噪音，在多数时候可以预算出这种风机是否适合某项工程，但这只是预算，实际风机噪音还需以实际测量为准。通风机噪音预算方法通风机噪音A声级预算公式，由通风机噪音限值可知五种结构的风机的比A声级LSA，可将上述公式列成下表所示各式结构形式预算公式前向叶片离心通风机LA=29+10lgQVPtf2-19.8后向板型叶片离心通风机LA=30+10lgQVPtf2-19.8机翼型叶片离心通风机LA=25+10lgQVPtf2-19.8径向叶片离心通风机LA=25+10lgQVPtf2-19.8轴流风机LA=38+10lgQVPtf2-19.8通风系统的噪声主要噪声源：风机再生噪声：因气体流动，在系统各部件中产生的气流噪声噪声控制的基本措施噪声源的控制：低噪声产品的研制与选择传播途径的控制1、隔振装置：降低结构噪声的传播2、隔声装置：降低直达噪声3、吸声装置：提高吸声量、降低混响声消声器基本性能要求主要原理可分两种消声器：阻性、挠性消声性能：较宽频率范围内的消声效果。常用插入损失衡量。空气动力性能：空气流经消声器的阻力。机械性能：要求足够的机械强度和刚度，较长的使用寿命，结构紧凑、轻便，易于加工、安装，制造成本低。常见阻性消声器片式消声器 比如:隧道风机消声圆筒式消声器方形消声器