通風機地實際特性曲線

1、第四節(jié)通風機的實際特性曲線、通風機的工作參數(shù)表示通風機性能的主要參數(shù)是風壓 H、風量Q風機軸功率N、效率 和轉(zhuǎn)速n等。（一）風機（實際）流量Q風機的實際流量一般是指實際時間內(nèi)通過風機入口空氣的體積，亦稱體積流量無特殊說明時均指在標準狀態(tài)下，單位為 歹*-'丄丄一或叮I。（二風機（實際）全壓Hf與靜壓HS通風機的全壓 H是通風機對空氣作功，消耗于每 1m3空氣的能量Nm/m3或Pa， 其值為風機出口風流的全壓與入口風流全壓之差。在忽略自然風壓時,Ht用以克制通風管網(wǎng)阻力hR和風機出口動能損失 hv,即Ht =h R+h v,44 1克制管網(wǎng)通風阻力的風壓稱為通風機的靜壓Hs, PaHs=

2、h R=RCf4-4-2因 Ht =Hs+h v4-4-3（三）通風機的功率通風機的輸出功率又稱空氣功率以全壓計算時稱全壓功率N，用下式計算：N=HQX 10-34-5-4用風機靜壓計算輸出功率，稱為靜壓功率2,即：Ns=hSQX 1034-4-5因此，風機的軸功率，即通風機的輸入功率N kWHtQ100674-5-6HgQI®。厲4-4-7式中：t, S分別為風機折全壓和靜壓效率。設電動機的效率為m傳動效率為tr時，電動機的輸入功率為N,如此嘰=Jfi4-4-8二、通風系統(tǒng)主要參數(shù)關系和風機房水柱計壓差計示值含義掌握礦井主要通風機與通風系統(tǒng)參數(shù)之間關系，對于礦井通風的科學管理至關重

3、 要。為了指示主要通風機運轉(zhuǎn)以與通風系統(tǒng)的狀況，在風硐中靠近風機入口、風流穩(wěn)定 斷面上安裝測靜壓探頭，通過膠管與風機房中水柱計或壓差計儀相連接，測得所在 斷面上風流的相對靜壓 h。在離心式通風機測壓探頭應安裝在立閘門的外側。水柱計或 壓差計的示值與通風機壓力和礦井阻力之間存在什么關系？它對于通風管理有什么實際意義？下面就此進展討論。1抽出式通風1水柱壓差計示值與礦井通風阻力和風機靜壓之間關系圖 4-4-1如圖4-4-1 ,水柱計示值為4斷面相對靜壓h4, h4負壓=P4-Po4(P4為4斷面絕對 壓力，P04為與4斷面同標高的大氣壓力。沿風流方向，對1、4兩斷面列伯努力方程：hR14 = (P

4、 l+hv l+ p ml 2 gZ 12)- (P 4 + h v4 + p m34 gZ34)式中：hR14 1至4斷面通風阻力，Pa ;R、P4分別為1、4斷面壓力，Pa;hv1、hv4 分別為1、4斷面動壓，Pa;Z12、Z34 分別為12、34段高差，m；p m12、p m34 分別為12、34段空氣柱空氣密度平均值，kg/m 3；因風流入口斷面全壓Pt1等于大氣壓力P01 ,即R+hv1 二Pt 1 二P01,又因1與4斷面同標高，故1斷面的同標高大氣壓P01 '與4斷面外大 氣壓 P0 4 相等。又：p m1 2gZ12' p m34gZ34 =Hm故上式可寫為h

5、R1 4=Po4-P 4-h v4 +HnhR1 4=|h 4|-h v4 + Hn即：|h 4|=h R1 4+hv 4-H N4-4-9根據(jù)通風機靜壓與礦井阻力之間的關系可得Hh+HN=|h 4|-h v4=ht 44-4-10式4-4-9 和式44 10,反映了風機房水柱計測值h4與礦井通風系統(tǒng)阻力、通風機靜壓與自然風壓之間的關系。通常hv4數(shù)值不大，某一段時間內(nèi)變化較小，厲隨季節(jié)變化，一般礦井，其值不大，因此，|h 4|根本上反映了礦井通風阻力大小和通風機靜壓 大小。如果礦井的主要進回風道發(fā)生冒頂堵塞，如此水柱計讀數(shù)增大；如果控制通風系 統(tǒng)的主要風門開啟。風流短路，如此水柱計讀數(shù)減小，

6、因此，它是通風管理的重要監(jiān)測 手段。2風機房水柱計示值與全壓Ht之間關系。與上述類似地對4、5斷面(擴散器出口列伯努力方程，便可得水柱計示值與全壓 之間關系H = | h4|hv4 + h Rd +h v 5即 | h4 | =Ht +h v4-h Rd -h v 54-4-11式中hRd 擴散器阻力，Pa ;hv5 擴散器出口動壓，Pa；根據(jù)式4-4-11 可得Ht =h R1 2 + h Rd + h v4圖 4-4-2Ht +HN=h R14+ h Rd + h v54-4-122、壓入式通風的系統(tǒng)如圖4-4-2，對1、2兩斷面列伯努力方程得：hR12=(P 1+h v 1 + P m1

7、 gZ1 )-(P 2+h v2 + p m2 g乙) 因風井出口風流靜壓等于大氣壓，即P2 = P02 ；1、2斷面同標高，其同標高的大氣壓相等，即P01-P02故 P1 -P 2=P1 -P 01=h1乂 p m1 gZ1- p m2 gZ2=HN故上式可寫為h R1 2=h1+h V1 -h v2+Hn所以風機房水柱計值:h 1=h R12 + h v2-h V1 -H N又 Ht =Pt 1-P 11' =Pt1 -P 0=P1+h v1-P 0=h 1+h v1Ht+HN=h R12+hv24-4-13由式4-4-12和式4-4-13可見，無論何種通風方式，通風動力都是克制風

8、道的阻力 和出口動能損失，不過抽出式通風的動能損失在擴散器出口，而壓入式通風時出口動能 損失在出風井口，兩者數(shù)值上可能不等，但物理意義一樣。三、通風機的個體特性曲線當風機以某一轉(zhuǎn)速、在風阻R的管網(wǎng)上工作時、可測算出一組工作參數(shù)風壓H、風 量Q、功率N、和效率n,這就是該風機在管網(wǎng)風阻為R時的工況點。改變管網(wǎng)的風阻，便可得到另一組相應的工作參數(shù)，通過屢次改變管網(wǎng)風阻，可得到一系列工況參數(shù)。將這些參數(shù)對應描繪在以Q為橫坐標，以H、N和n為縱坐標的直角坐標系上，并用光滑曲線分別把同名參數(shù)點連結起來，即得HQ、 NQ和n Q曲線，這組曲線稱為通風機在該轉(zhuǎn)速條件下的個體特性曲線。有時為了使用方便,僅采用

9、風機靜壓特性曲線（HS Q ）。為了減少風機的出口動壓損失，抽出式通風時主要通機的出口均外接擴散器。通常把外接擴散器看作通風機的組成局部，總稱之為通風機裝置。通風機裝置的全壓H£為擴散器出口與風機入口風流的全壓之差，與風機的全 壓H t之關系為丄 丄"'I4-4-14式中：h 擴散器阻力。通風機裝置靜壓H sd因擴散器的結構形式和規(guī)格 不同而有變化，嚴格地說丄 ;:4-4-15|圖4-4-3 Ht、H td、H s和H sd之間的相互關系圖 式中:h vd擴散器出口動壓。'比擬式4 4 10與式4 4 15可見，只有當hd+hvd<hv時，才有H sd

10、>Hs，即通風機裝置阻力與其出口動能損失之和小于通風機出口動能損失時，通風機裝置的靜壓才會因加擴散器而有所提高，即擴散器起到回收動能的作用。圖4 4 3表示了H t、H td、H s和H sd之間的相互關系，由圖可見，安裝了設計合 理的擴散器之后，雖然增加了擴散器阻力，使HtdQ曲線低于H tQ曲線，但由于hd+hvd<hv,故H sd Q曲線高于H sQ曲線工況點由A變至A'。假如hd+hvd>hv,女口此說明了擴散器設計不合理。安裝擴散器后回收的動壓相對于風機全壓來說很小，所以通常并不把通風機特性和通風機裝置特性嚴加區(qū)別。通風機廠提供的特性曲線往往是根據(jù)模型試驗資

11、料換算繪制的，一般是未考慮外接擴散器。而且有的廠方提供全壓特性曲線，有的提供靜壓特性曲線，讀者應能根據(jù)具體 條件掌握它們的換算關系。圖4-4-4和圖4-4-5分別為軸流式和離心式通風機的個體特性曲線示例。區(qū)隨葉片裝置角度的增大而增大。駝峰點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D以左是不穩(wěn)定工作段，風機在該段工作，有時會引起風機風量、風壓和電動 機功率的急劇波動，甚至機體發(fā)生震動，發(fā)出不正常噪音，產(chǎn)生所謂喘振或飛動現(xiàn) 象，嚴重時會破壞風機。離心式通風機風壓曲線駝峰不明顯 ，且隨葉片后傾角度增大逐 漸減小，其風壓曲線工作段較軸流式通風機平緩；當管網(wǎng)風阻作一樣量的變化時，其風 量變化比

12、軸流式通風機要大。離心式通風機的軸功率N又隨Q增加而增大，只有在接近風流短路時功率才略有下降。因而，為了保證安全啟動，防止因啟動負荷過大而燒壞電機，離心式通風機在啟動 時應將風硐中的閘門全閉，待其達到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開。當供風量超過需風量過大時，常常利用閘門加阻來減少工作風量，以節(jié)省電能。軸流式通風機的葉片裝置角不太大時，在穩(wěn)定工作段內(nèi)，功率N隨Q增加而減小。所以軸流式通風機應在 風阻最小時啟動，以減少啟動負荷。在產(chǎn)品樣本中，大、中型礦井軸流式通風機給出的大多是靜壓特性曲線；而離心式 通風機大多是全壓特性曲線。對于葉片安裝角度可調(diào)的軸流式通風機的特性曲線，通常以圖4 7-2的形式給出，

13、HQ曲線只畫出最大風壓點右邊單調(diào)下降局部，且把不同安裝角度的特性曲線畫在同一坐標上，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機種類較多，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。如果僅僅用個體特性曲線表示各種通風機性能，就顯得過于復雜。還有，在設計大型風機時， 首先必須進展模型實驗。 那么模型和實物之間應保持什么關系？如何把模型的性能參數(shù)換算成實物的性能參數(shù)？這些問題都要進展討論。一 無因次系數(shù)1通風機的相似條件兩個通風機相似是指氣體在風機內(nèi)流動過程相似，或者說它們之間在任一對應點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

14、系列風機在相應工況點的流動是彼此相似的， 幾何相似是風機相似的必要條件，動力相似如此是相似風機的充要條件，滿足動力相似的條件是雷諾數(shù)R e二和歐拉數(shù)Eu=、漢丨分別相等。同系列風機在相似的工況點符合動力相似的充要條件。2、無因次系數(shù)無因次系數(shù)主要有：1壓力系數(shù)同系列風機在相似工況點的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù)。可用下式表示：2，'汽4-4-16耳二H =常數(shù)或宀4-4-17式中 E和"叫全壓系數(shù)和靜壓系數(shù)。 尸為壓力系數(shù)，U為圓周速度。2流量系數(shù)'由幾何相似和運動相似可以推得上一蕪常數(shù)44-4-18式中D u、一分別表示兩臺相似風機的葉論外緣直徑、圓周速度，同系列風機的

15、流量系數(shù)相等。3功率系數(shù)'TN =風機軸功率計算公式-中的H和Q分別用式4-4-17和式4-4-18代入得衛(wèi)匹=墜"卒數(shù)44-4-19同系列風機在相似工況點的效率相等，功率系數(shù)廠為常數(shù)。、L、叮三個參數(shù)都不含有因次，因此叫無因次系數(shù)。二類型特性曲線、“、匸和n可用相似風機的模型試驗獲得，根據(jù)風機模型的幾何尺寸、實驗條件與實驗時所得的工況參數(shù)Q、H、N和n。利用式4-4-17、4-4-18和4-4-19計算出該系列風機的-、-、"和n。然后以丿為橫坐標，以、兒和n為縱坐標，繪出八:、打-和n-曲線，此曲線即為該系列風機的類型特性曲線，亦叫通風機的無因次特性曲線和抽象特

16、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 心式通風機的類型曲線，2K60型類型風機的類型曲線如圖4-7-2 a）、（b）所示。可根據(jù)類型曲線和風機直徑、轉(zhuǎn)速換算得到個體特性曲線。需要指出的是，對于同一系列風 機，當幾何尺寸D相差較大時，在加工和制造過程中很難保證流道外表相對粗糙度、 葉片厚度以與機殼間隙等參數(shù)完全相似，為了防止因尺寸相差較大而造成誤差，所以有 些風機4-72-11系列的類型曲線有多條，可按不同直徑尺寸而選用。圖 44 6圖 44 7五、比例定律與通用特性曲線1、比例定律由式4-4-17 >4-4-18和4-4-19可見，同類型風機在

17、相似工況點的無因次系數(shù)匚、H、択和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成一定比例關系，這種比例關系叫比例定律。將轉(zhuǎn)速u=n Dn/60代入式4-4-17 >4-4-18 和4-4-19得円二D內(nèi)？片e = 004108Z）3?C1.127 xlOTpDJ«'AZ對于1、2兩個相似風機而言，匕比1、''1 、，' "；：,所以其壓力、風量和功率之間關系為：03即4越耳'昇耳 _ /?! f A 瓦 0 002740°/%'爲瓦也4-4-20Qi 0.0108Al aQ2 -O

18、2;4-4-21_衛(wèi)空座理.Qi （2 丫也 1.127耳0/疔圧丿l®丿4-4-22各種情況下相似風機的換算公式如表4 41所示。由比例定律知，同類型同直徑風機的轉(zhuǎn)速變化時，其相似工況點在等風阻曲線 上變化。表4-4 1 兩臺相似風機 H Q和N的換算呵工衍Pl * P)D = A 片i二叫 SVD = 6酚工尊 p = P)&匸a=堆A = A壓力R _a冏.gL網(wǎng)換算也IdJ 1叫丿月 p% &K丿風量2 _衍Cl _ 咼L換算Q）丿先3i = G2g3電 is /功率& A9 丫 仇 Y州_Q邸（小矗(A?換算% P> IA J l叫丿輒 p碼厲.例題某礦使用主要通風機為 4-72-1120B離心式通風機，其特性曲線如圖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 niX9.81=0.53657N . s /m ,工況點為 M Q=58rr/s,H t=1805Pa），后來，風阻變?yōu)?R =0.7932N. s2/m8，礦風量減小不能滿足生產(chǎn)要求，擬采用調(diào)整轉(zhuǎn)速方法保持風量Q=58ni/s，求轉(zhuǎn)速調(diào)至多少？解 因管網(wǎng)風阻已變，故應先將新風阻 R =0.7932 N . s2/m8的曲線繪制在圖 中，得其與n1=630r/min曲線的交點為 M,其風量Q=51