風(fēng)機(jī)軸功率計(jì)算

1、3、通風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)表示通風(fēng)機(jī)性能的主要參數(shù)是風(fēng)壓H風(fēng)量Q風(fēng)機(jī)軸功率N、效率和轉(zhuǎn)速n（一）風(fēng)機(jī)（實(shí)際）流量Q風(fēng)機(jī)的實(shí)際流量一般是指實(shí)際時(shí)間內(nèi)通過風(fēng)機(jī)入口空氣的體積，亦稱體積流量（二）風(fēng)機(jī)（實(shí)際）全壓Hf與靜壓H管網(wǎng)阻力hR和風(fēng)機(jī)出口動(dòng)能損失hv,即Ht=hR+hV,克服管網(wǎng)通風(fēng)阻力的風(fēng)壓稱為通風(fēng)機(jī)的靜壓HS,PaHs=hR=RQ24-4-2Ht=Hs+hV4-4-3（三）通風(fēng)機(jī)的功率通風(fēng)機(jī)的輸出功率（又稱空氣功率）以全壓計(jì)算時(shí)稱全壓功率Nt=HQx10-3用風(fēng)機(jī)靜壓計(jì)算輸出功率，稱為靜壓功率Ns,即第四節(jié)通風(fēng)機(jī)的實(shí)際特性曲線等。（無特殊說明時(shí)均指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），單位為媲衣或加陽。通風(fēng)機(jī)的全壓H

2、是通風(fēng)機(jī)對空氣作功,消耗于每1m空氣的能量（N m/m或Pa）,其值為風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流的全壓與入口風(fēng)流全壓之差。在忽略自然風(fēng)壓時(shí)，Ht用以克服通風(fēng)N，用下式計(jì)算:34-4-5因此，風(fēng)機(jī)的軸功率，即通風(fēng)機(jī)的輸入功率N（kW）為了指示主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以及通風(fēng)系統(tǒng)的狀況，在風(fēng)硐中靠近風(fēng)機(jī)入口、風(fēng)流穩(wěn)定斷面上安裝測靜壓探頭，通過膠管與風(fēng)機(jī)房中水柱計(jì)或壓差計(jì)（儀）相連接，測得所 在斷面上風(fēng)流的相對靜壓h。在離心式通風(fēng)機(jī)測壓探頭應(yīng)安裝在立閘門的外側(cè)。水柱計(jì)或壓差計(jì)的示值與通風(fēng)機(jī)壓力和礦井阻力之間存在什么關(guān)系？它對于 實(shí)際意義？下面就此進(jìn)行討論。1、抽出式通風(fēng)1）水柱（壓差）計(jì)示值與礦井通風(fēng)阻力和風(fēng)機(jī)靜壓之間關(guān)系

3、 如圖4-4-1,水柱計(jì)示值為4斷面相對靜壓h4，h4（負(fù)壓）=P4-Po4（P4為4斷面絕對壓力，Po4為與4斷面同標(biāo)高的大氣壓力）。沿風(fēng)流方向，對1、4兩斷面列伯努力方程hR14= (P1+hv 1+pm1 2gZ12)- (P4+hv4+pm3 4gZ34)式中hR141至4斷面通風(fēng)阻力，Pa ;P1、P4分別為1、4斷面壓力，Pa；hv1、hv4分別為1、4斷面動(dòng)壓，Pa;Z12、Z34分別為12、34段高差，m；pm12、pm34分別為12、34段空氣柱空氣密度平均值，kg/m3；因風(fēng)流入口斷面全壓Pt1等于大氣壓力Po1，即1551 12 2r r* *! 2E EH,Q10001

4、000式中t、重要。4-4-7S分別為風(fēng)機(jī)折全壓和靜壓效率。設(shè)電動(dòng)機(jī)的效率為m,傳動(dòng)效率為tr時(shí),電動(dòng)機(jī)的輸入功率為N Nm, ,則H,QH,Q4-4-8二、通風(fēng)系統(tǒng)主要參數(shù)關(guān)系和風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)（壓差計(jì)）示值含義掌握礦井主要通風(fēng)機(jī)與通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)之間關(guān)系，對于礦井通風(fēng)的科學(xué)管理至關(guān)通風(fēng)管理有什么或Pi+hvi=Pt 1=Po 1,又因1與4斷面同標(biāo)高，故1斷面的同標(biāo)高大氣壓P01 與4斷面外大氣壓P04相等。又pm12gZ12 pm34gZ34= HN故上式可寫為hR1 4=p04-P4-hV4+ HNhRi4=|h4|-hv4+Hb|h4| = hR14+ hv4-HN4-4-9根據(jù)通風(fēng)機(jī)靜壓與

5、礦井阻力之間的關(guān)系可得HS+HN=|h4|hv4= ht 44-4-10式4-4-9和式4410,反映了風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)測值h4與礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力、通風(fēng)機(jī)靜壓及自然風(fēng)壓之間的關(guān)系。通常hv4數(shù)值不大，某一段時(shí)間內(nèi)變化較小，HN隨季節(jié)變化，一般礦井，其值不大，因此，|h4|基本上反映了礦井通風(fēng)阻力大小和通風(fēng)機(jī)靜壓大小。如果礦井的主要進(jìn)回風(fēng)道發(fā)生冒頂堵塞，則水柱計(jì)讀數(shù)增大；如果控制通風(fēng)系統(tǒng)的主要風(fēng)門開啟。風(fēng)流短路，則水柱計(jì)讀數(shù)減小，因此，它是通風(fēng)管理的重要監(jiān)測手段。2）風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)示值與全壓H之間關(guān)系。與上述類似地對4、5斷面（擴(kuò)散器出口）列伯努力方程，便可得水柱計(jì)示值與全壓之間關(guān)系H =|h4|hv

6、4+hRd+hv5|h4|=Ht+hv4-hRd-hV5411式中hRd擴(kuò)散器阻力，Pa ;hv5-擴(kuò)散器出口動(dòng)壓，Pa；根據(jù)式4411可得H =hR12+ hRd+hv4Ht+HN=hR14+hRd+hv544122、壓入式通風(fēng)的系統(tǒng)因風(fēng)井出口風(fēng)流靜壓等于大氣壓，即P2=P02；1、2斷面同標(biāo)高，其Po1-P02,故P1-P2= P1-P0 1=h1hR12=h1+hV1-hV2+HN如圖4-4-2，對1、2兩斷面列伯努力方程得:hR12=(P1+hv 1+pm1gZ1)-(P2+ hv2+pm2gZ2)同標(biāo)高的大氣壓相等，又pm1gZ1-pm2gZ2= HN故上式可寫為所以風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)值h

7、1=hR12+hv2-hV1-HNHt=P11-P11 =Pt 1-P0=P1+hV1-P0=h1+hV1H +HN=hR12+hv24413由式4412和式4413可見，無論何種通風(fēng)方式，通風(fēng)動(dòng)力都是克服風(fēng)道的阻力和出口動(dòng)能損失， 不過抽出式通風(fēng)的動(dòng)能損失在擴(kuò)散器出口，而壓入式通風(fēng)時(shí)出口動(dòng)能損失在出風(fēng)井口，兩者數(shù)值上可能不等，但物理意義相同。三、通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線當(dāng)風(fēng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速、 在風(fēng)阻R的管網(wǎng)上工作時(shí)、 可測算出一組工作參數(shù)風(fēng)壓H、風(fēng)量Q、功率N、和效率n,這就是該風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)風(fēng)阻為R時(shí)的工況點(diǎn)。改變管網(wǎng)的風(fēng)阻，便可得到另一組相應(yīng)的工作參數(shù)，通過多次改變管網(wǎng)風(fēng)阻，可得到一系列工況參數(shù)。將

8、這些參數(shù)對應(yīng)描繪在以Q為橫坐標(biāo)，以H、N和n為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系上,并用光滑曲線分別把同名參數(shù)點(diǎn)連結(jié)起來，即得HQ、NQ和nQ曲線， 這組曲線稱為通風(fēng)機(jī)在該轉(zhuǎn)速條件下的個(gè)體特性曲線 。有時(shí)為了使用方便,僅采用風(fēng)機(jī)靜壓特性曲線(HSQ)。為了減少風(fēng)機(jī)的出口動(dòng)壓損失，抽出式通風(fēng)時(shí)主要通機(jī)的出口均外接擴(kuò)散器。通常把外接擴(kuò)散器看作通風(fēng)機(jī)的組成部分，總稱之為通風(fēng)機(jī)裝置。通風(fēng)機(jī)裝置的全壓Ht_為擴(kuò)散器出口與風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流的全壓之差，與風(fēng)機(jī)的全壓Ht之關(guān)系為通風(fēng)機(jī)裝置靜壓Hsd因擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格不同而有變化，嚴(yán)格地說4-4-15比較式4410與式4415可見，只有當(dāng)hd+hvdVhv時(shí)，才有HsdHs,

9、即通風(fēng)機(jī)裝置阻力與其出口動(dòng)能損失之和小于通風(fēng)機(jī)出口動(dòng)能損失時(shí), 會(huì)因加擴(kuò)散器而有所提高，即擴(kuò)散器起到回收動(dòng)能的作用。圖443表示了Ht、Htd、Hs和Hsd之間的相互關(guān)系，由圖可見，安裝了設(shè)計(jì)合理的擴(kuò)散器之后，雖然增加了擴(kuò)散器阻力，使HtdQ曲線低于HtQ曲線，但由于hd+hvdVhv，故HsdQ曲線高于HsQ曲線（工況點(diǎn)由A變至A）。若hd+hvdhv，貝U說明了擴(kuò)散器設(shè)計(jì)不合理。圖4-4-3Ht、Htd、Hs和Hsd之間的相互關(guān)系圖安裝擴(kuò)散器后回收的動(dòng)壓相對于風(fēng)機(jī)全壓來說很小，所以通常并不把通風(fēng)機(jī)特性和通風(fēng)機(jī)裝置特性嚴(yán)加區(qū)別。通風(fēng)機(jī)廠提供的特性曲線往往是根據(jù)模型試驗(yàn)資料換算繪制的，一般是未

10、考慮外接擴(kuò)散器。而且有的廠方提供全壓特性曲線，有的提供靜壓特性曲線，讀者應(yīng)能根據(jù) 具體條件掌握它們的換算關(guān)系。圖444和圖445分別為軸流式和離心式通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線示例。軸流式通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在。而且同一臺通風(fēng)機(jī)的駝峰區(qū)隨葉片裝置角度的增大而增大。駝峰點(diǎn)D以右的特性曲線為單調(diào)下降區(qū)段，是穩(wěn)定工作段;點(diǎn)D以左是不穩(wěn)定工作段，風(fēng)機(jī)在該段工作，有時(shí)會(huì)引起風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓和電動(dòng)機(jī)功率 的急劇波動(dòng)，甚至機(jī)體發(fā)生震動(dòng)，發(fā)出不正常噪音，產(chǎn)生所謂喘振（或飛動(dòng)）現(xiàn)象，嚴(yán) 重時(shí)會(huì)破壞風(fēng)機(jī)。離心式通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線駝峰不明顯，且隨葉片后傾角度增大逐漸減小, 其風(fēng)壓曲線工作段較軸流式通風(fēng)機(jī)平緩；

11、當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻作相同量的變化時(shí)，其風(fēng)量變化比 軸流式通風(fēng)機(jī)要大。離心式通風(fēng)機(jī)的軸功率N又隨Q增加而增大，只有在接近風(fēng)流短路時(shí)功率才略有下降。因而，為了保證安全啟動(dòng)，避免因啟動(dòng)負(fù)荷過大而燒壞電機(jī)，離心式通風(fēng)機(jī)在4-4-14hd擴(kuò)散器阻力。式中hvd擴(kuò)散器出口動(dòng)壓。通風(fēng)機(jī)裝置的靜壓才式中啟動(dòng)時(shí)應(yīng)將風(fēng)硐中的閘門全閉，待其達(dá)到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開。當(dāng)供風(fēng)量超過需風(fēng)量過大時(shí)，常常利用閘門加阻來減少工作風(fēng)量，以節(jié)省電能。軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片裝置角不太大時(shí)，在穩(wěn)定工作段內(nèi)，功率小。所以軸流式通風(fēng)機(jī)應(yīng)在 風(fēng)阻最小時(shí)啟動(dòng)，以減少啟動(dòng)負(fù)荷。在產(chǎn)品樣本中，大、中型礦井軸流式通風(fēng)機(jī)給出的大多是靜壓特性曲線；而離心式通

12、風(fēng)機(jī)大多是全壓特性曲線。對于葉片安裝角度可調(diào)的軸流式通風(fēng)機(jī)的特性曲線，通常以圖給出，HQ曲線只畫出最大風(fēng)壓點(diǎn)右邊單調(diào)下降部分，且把不同安裝角度的特性曲線 畫在同一坐標(biāo)上，效率曲線是以等效率曲線的形式給出。四、無因次系數(shù)與類型特性曲線目前風(fēng)機(jī)種類較多，同一系列的產(chǎn)品有許多不同的葉輪直徑，同一直徑的產(chǎn)品又有不同的轉(zhuǎn)速。如果僅僅用個(gè)體特性曲線表示各種通風(fēng)機(jī)性能，就顯得過于復(fù)雜。還 有，在設(shè)計(jì)大型風(fēng)機(jī)時(shí)，首先必須進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)。那么模型和實(shí)物之間應(yīng)保持什么關(guān)系?如何把模型的性能參數(shù)換算成實(shí)物的性能參數(shù)？這些問題都要進(jìn)行討論。N隨Q增加而減圖5-4-4軸流式個(gè)體特性曲線圖5-4-5離心式通風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲4

13、-7-2的形式（一） 無因次系數(shù)1通風(fēng)機(jī)的相似條件兩個(gè)通風(fēng)機(jī)相似是指氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)流動(dòng)過程相似，或者說它們之間在任一對應(yīng)點(diǎn)的同名物理量之比保持常數(shù)，這些常數(shù)叫相似常數(shù)或比例系數(shù)。同一系列風(fēng)機(jī)在相應(yīng)工況點(diǎn)的流動(dòng)是彼此相似的， 幾何相似是風(fēng)機(jī)相似的必要條件，動(dòng)力相似則是相似風(fēng)機(jī)-巴的充要條件，滿足動(dòng)力相似的條件是雷諾數(shù)R e ( = P)和歐拉數(shù)Eu= a)分別相等。同系列風(fēng)機(jī)在相似的工況點(diǎn)符合動(dòng)力相似的充要條件。2、無因次系數(shù)無因次系數(shù)主要有:同系列風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù)?？?用下式表示:4-4-16=常數(shù)4-4-17耳和耳叫全壓系數(shù)和靜壓系數(shù)。丑 為壓力系數(shù)，u為圓周速度。4

14、-4-17和式4-4-18代入得(1)壓力系數(shù)歹式中(2)流量系數(shù)由幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似可以推得式中4-4-18D、U、一分別表示兩臺相似風(fēng)機(jī)的葉論外緣直徑、圓周速度，同系列風(fēng)機(jī)的流量系數(shù)相等。(3)功率系數(shù)N N風(fēng)機(jī)軸功率計(jì)算公式1Q咖中的H和Q分別用式竺匹=迪=齊=常數(shù)同系列風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)的效率相等，功率系數(shù)W為常數(shù)。e、耳、N三個(gè)參數(shù)都不含有因次，因此叫無因次系數(shù)。（二）類型特性曲線G、豆、M和n可用相似風(fēng)機(jī)的模型試驗(yàn)獲得，根據(jù)風(fēng)機(jī)模型的幾何尺寸、實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)時(shí)所得的工況參數(shù)Q H、N和n。利用式4-4-17、4-4-18和4-4-19計(jì)算出該系列風(fēng)機(jī)的、歹、“和n。然后以為橫坐標(biāo)，以

15、歹、和n為縱坐標(biāo)，繪出豆-、川-和n - 2曲線，此曲線即為該系列風(fēng)機(jī)的類型特性曲線,的無因次特性曲線和抽象特性曲線。圖4-4-6和力圖4-4-7分別為4-72-11和G4-73-11型離心式通風(fēng)機(jī)的類型曲線，2K60型類型風(fēng)機(jī)的類型曲線如圖4-7-2（a）、（b）所示。可根據(jù)類型曲線和風(fēng)機(jī)直徑、轉(zhuǎn)速換算得到個(gè)體特性曲線。需要指出的是，對于同一系 列風(fēng)機(jī)，當(dāng)幾何尺寸（D）相差較大時(shí)，在加工和制造過程中很難保證流道表面相對粗 糙度、葉片厚度以及機(jī)殼間隙等參數(shù)完全相似，為了避免因尺寸相差較大而造成誤差, 所以有些風(fēng)機(jī)（4-72-11系列）的類型曲線有多條，可按不同直徑尺寸而選用。五、比例定律與通用

16、特性曲線1、比例定律由式4-4-17 4-4-18和4-4-19可見，同類型風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)的無因次系數(shù)、豆、腫和n是相等的。它們的壓力H、流量Q和功率N與其轉(zhuǎn)速n、尺寸D和空氣密度P成一定比例關(guān)系，這種比例關(guān)系叫比例定律。將轉(zhuǎn)速u=nDn/60代入式4-4-17 4-4-18和4-4-19得77=1.127x1 OpLffHpLffH4-4-19亦叫通風(fēng)機(jī)對于1、2兩個(gè)相似風(fēng)機(jī)而言,QQ = = Q)Q)、NN = =血,所以其壓力、風(fēng)量和功率之間關(guān)系為:4-4-200.041更 _刀0.0410呂q* QIDJ先4-4-214-4-22由比例定律知，同類型同直徑風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，其相似工況

17、點(diǎn)在等風(fēng)阻曲線上變化。例題某礦使用主要通風(fēng)機(jī)為4-72-1120B離心式通風(fēng)機(jī)，其特性曲線如圖DD社1)1)空為1 1 H H丹2 2z?L = A處=1 = 2總1 1 H H迪2 2PP = = PlPlDD 2溝1 1 = = 2 2P1P1 = = P2P2壓力_ A培丫換算H)H) PlPlIDJ1先丿禺 PlPl巴 g 丿風(fēng)量21 _ 2121 L L換算Q QJ叫QiQi= G2IA丿功率匹/魚丫佟V_ ATLTL T Tirirf fM M _ _找1 1跖JGV換算M A 16丿Vi JN N士J J込 2效率換算n1=n2表4-41兩臺相似風(fēng)機(jī)H Q和N的換算局_00027

18、4馬馬%瓦_(dá)p_p(璋礦 03274口歸/爲(wèi)-皿DJ旬-fe各種情況下相似風(fēng)機(jī)的換算公式如表441所示。4-4-7所示，圖上給出三種不同轉(zhuǎn)速n的H-Q曲線，四條等效率曲線。轉(zhuǎn)速為ni=630r/min,風(fēng)機(jī)工作風(fēng)阻R=0.0547X9.81=0.53657N.s2/m8,工況點(diǎn)為M(Q=58r3/s,Ht=1805Pa),后來，風(fēng)阻變?yōu)镽=0.7932 N. s7m8,礦風(fēng)量減小不能滿足生產(chǎn)要求，擬采用調(diào)整轉(zhuǎn)速方法保持風(fēng)量Q=58m/s，求轉(zhuǎn)速調(diào)至多少？解因管網(wǎng)風(fēng)阻已變，故應(yīng)先將新風(fēng)阻R =0.7932 N.s2/m8的曲線繪制在圖中，得其與其風(fēng)量Q=51.5 m3/s。在此風(fēng)阻下風(fēng)量增至Q=5