軸流式風(fēng)機性能曲線實驗

1、軸流式風(fēng)機的性能測試及分析摘 要軸流式風(fēng)機在火力發(fā)電廠及當(dāng)今社會中得到了非常廣泛的運用。本文介紹了軸流式風(fēng)機的工作原理、葉輪理論、結(jié)構(gòu)型式、性能參數(shù)、性能曲線的測量、運行工況的確定及調(diào)節(jié)方面的知識,并通過實驗結(jié)果分析了軸流式風(fēng)機工作的特點及調(diào)節(jié)方法。關(guān)鍵詞：軸流式風(fēng)機、性能、工況調(diào)節(jié)、測試報告目 錄1緒論1.1風(fēng)機的概述·······················&

2、#183;·····································41.2風(fēng)機的分類··········

3、3;·················································

4、3;41.3軸流式風(fēng)機的工作原理···············································&#

5、183;···42軸流式風(fēng)機的葉輪理論2.1概述···········································

6、83;······················42.2軸流式風(fēng)機的葉輪理論·························&

7、#183;························42.3 速度三角形······················

8、3;·····································52.4能量方程式···········&

9、#183;·················································6

10、3軸流式風(fēng)機的構(gòu)造3.1軸流式風(fēng)機的基本形式··············································&#

11、183;····63.2軸流式風(fēng)機的構(gòu)造···········································&#

12、183;···········74軸流式風(fēng)機的性能曲線4.1風(fēng)機的性能能參數(shù)··································

13、83;····················84.2性能曲線····························&

14、#183;·································105軸流式風(fēng)機的運行工況及調(diào)節(jié)5.1軸流式風(fēng)機的運行工況及確定···········

15、;·································115.2軸流式風(fēng)機的非穩(wěn)定運行工況··············

16、;······························115.2.1葉柵的旋轉(zhuǎn)脫流·················

17、83;·····································125.2.2風(fēng)機的喘振··········

18、83;················································12風(fēng)機并聯(lián)工作的

19、“搶風(fēng)”現(xiàn)象·············································135.3軸流式風(fēng)機的運行工況調(diào)節(jié)·&

20、#183;············································145.3.1風(fēng)機入口節(jié)流調(diào)節(jié)··

21、3;·················································

22、3;145.3.2風(fēng)機出口節(jié)流調(diào)節(jié)···············································&

23、#183;·····145.3.3入口靜葉調(diào)節(jié)··········································

24、···············145.3.4動葉調(diào)節(jié)·································&

25、#183;···························155.3.5變速調(diào)節(jié)····················&#

26、183;········································156軸流風(fēng)機性能測試實驗報告6.1實驗?zāi)康?#183;····

27、3;·················································

28、3;······156.2實驗裝置與實驗原理·········································&#

29、183;··········15用比托靜壓管測定質(zhì)量流量風(fēng)機進口壓力風(fēng)機出口壓力風(fēng)機壓力容積流量計算風(fēng)機空氣功率的計算風(fēng)機效率的計算6.3數(shù)據(jù)處理·····························

30、83;································197實驗分析················&#

31、183;··············································27總結(jié)··

32、3;·················································

33、3;···············28致謝詞··································

34、;································29參考文獻·················

35、;···············································30主要符號-當(dāng)?shù)卮髿鈮?測點平均

36、靜壓-測點平均動壓-平均質(zhì)量流量-風(fēng)機入口全壓-風(fēng)機出口全壓-風(fēng)機全壓-風(fēng)機靜壓-體積流量-流體平均流速-風(fēng)機有效功率-軸功率-風(fēng)機效率-風(fēng)機轉(zhuǎn)速-平衡電機力臂長度（m）-風(fēng)機運轉(zhuǎn)時的平衡重量（N）-風(fēng)機停機時的平衡重量（N）-風(fēng)機直徑（m）-流量系數(shù)-膨脹系數(shù)1緒論1.1風(fēng)機的概述風(fēng)機是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為被輸送流體的壓能和動能的一種動力設(shè)備其主要作用是提高氣體能量并輸送氣體。風(fēng)機的工作原理與軸流風(fēng)機透平壓縮機基本相同，只是由于氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。1.2風(fēng)機按壓力分類按風(fēng)機工作壓力（全壓）大小分類風(fēng)扇 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，風(fēng)機額定

37、壓力范圍為98Pa(10 mmH2O）。此風(fēng)機無機殼，又稱自由風(fēng)扇，常用于建筑物的通風(fēng)換氣。風(fēng)機 設(shè)計條件下，風(fēng)機額定壓力范圍為98Pa14710Pa(1500 mmH2O)。一般風(fēng)機均指通風(fēng)機而言，也是本章所論述的風(fēng)機。通風(fēng)機是應(yīng)用最為廣泛的風(fēng)機?？諝馕廴局卫?、通風(fēng)、空調(diào)等工程大多采用此類風(fēng)機。鼓風(fēng)機 工作壓力范圍為14710Pa196120Pa。壓力較高，是污水處理曝氣工藝中常用的設(shè)備。壓縮機 工作壓力范圍為196120Pa，或氣體壓縮比大于3.5的風(fēng)機，如常用的空氣壓縮機。1.3軸流式風(fēng)機的工作原理軸流式風(fēng)機得名于流體從軸向流人葉輪并沿軸向流出。其工作原理基于葉翼型理論：氣體由一個攻角。

38、進入葉輪時，在翼背上產(chǎn)生一個升力，同時在翼腹上產(chǎn)生一個大小相等方向相反的作用力，該力使氣體排出葉輪呈螺旋形沿軸向向前運動。同時，風(fēng)機進口處由于壓差的作用，氣體不斷地被吸入。對動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機，攻角越大，翼背的周界越大，則升力越大，風(fēng)機的壓差就越大，而風(fēng)量越小。當(dāng)攻角達到臨界值時，氣體將離開翼背的型線而發(fā)生渦流，導(dǎo)致風(fēng)機壓力大幅度下降而產(chǎn)生失速現(xiàn)象。軸流式風(fēng)機中的流體不受離心力的作用，所以由于離心力作用而升高的靜壓能為零，因而它所產(chǎn)生的能頭遠低于離心式風(fēng)機。故一般適用于大流量低揚程的地方，屬于高比轉(zhuǎn)數(shù)范圍。軸流風(fēng)機右圖為軸流式泵與風(fēng)機的示意圖，當(dāng)原動機驅(qū)動浸在工質(zhì)中的葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉輪內(nèi)流體就相

39、對葉片作用一個升力，而葉片同時給流體一個與升力大小相等方向相反的反作用力，稱為推力，這個葉片推力對流體做功使流體能量增加。2軸流式風(fēng)機的葉輪理論2.1概述軸流式通風(fēng)機的性能特點是流量大，揚程(全壓)低，比轉(zhuǎn)數(shù)大，流體沿軸向流入、流出葉輪。其結(jié)構(gòu)特點是：結(jié)構(gòu)簡單，重量相對較輕。因有較大的輪轂動葉片角度可以作成可調(diào)的。動葉片可調(diào)的軸流式通風(fēng)機，由于動葉片角度可隨外界負荷變化而改變，因而變工況時調(diào)節(jié)性能好，可保持較寬的高效工作區(qū)。2.2軸流式通風(fēng)機的葉輪理論翼型和葉柵的概念由于軸流式通風(fēng)機的葉輪沒有前后蓋板，流體在葉輪中的流動，類似飛機飛行時，機翼與空氣的作用。因此，對軸流式通風(fēng)機在研究葉片與流體之

40、間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系時，采用了機翼理論。為此下面介紹翼型，葉柵及其主要的幾何參數(shù)。翼型 機翼型葉片的橫截面稱為翼型，它具有一定的幾何型線，和一定的空氣動力特性。翼型見圖（21）：葉柵 由相同翼型等距排列的翼型系列稱為葉柵。這種葉柵稱為平面直列葉柵，如圖22所圖2-1翼型簡圖示。由于軸流式葉輪內(nèi)的流動類似并可簡化為在平面直列葉柵中繞翼型的流動，而在直列葉柵中每個翼型的繞流情況相同，因此只要研究一個翼型的繞流情況就可以了。這里要注意幾個參數(shù)的定義：圖2-2平面直列葉柵葉片安裝角：弦長（圖21中所示）與列線（葉柵中翼型各對應(yīng)點的連線,如圖2-2中B-B）之間的夾角。流動角1，2：葉柵進、出口處相對速度和

41、圓周速度反方向之間的夾角。2.3  速度三角形在葉輪任意半徑處取一如圖23所示的葉柵。在葉柵進口，流體具有圓周速度、相對速度，絕對速度，出口具有，由這三個速度矢量組成了進出口速度三角形。絕對速度也可以分解為圓周方向的分量，和軸面方向的分量，此時，軸面分速的方向為軸向，故用符號表示。軸流式葉輪進出口處流體沿同一半徑的流面流動，因而進出口的圓周速度u1和u2相等，即有u1 u2u。另外對不可壓縮流體，對風(fēng)機流體升壓很小，葉輪進出口軸面速度可視為相等，即圖2-3 葉柵進口及出口速度三角形u和可用下式計算： 式中： D計算截面所取直徑，m; n 葉輪轉(zhuǎn)速，r/min； m/s式中：實際工作流

42、量，m3/s; D2葉輪外徑，m; Dh輪轂直徑，m; 容積效率； 排擠系數(shù)；再計算出圓周分速，或已知1，2角，就可繪出葉輪進出口速度三角形，如圖23所示。由于葉輪進出口具有相同的圓周速度和軸面速度，因此為研究問題方便起見，常把進、出口速度三角形繪在一起，如圖24所示。因為葉柵中流體繞流翼型與繞流單冀型有所不同，葉柵將影響來流速度的大小和方向，因此為推導(dǎo)公式和論證簡化起見，可取葉柵前后相對速度的幾何平均值作為無限遠處(流體未受擾動)的來流速度。圖2-4葉柵進出口速度三角形重疊其大小和方向由進出口速度三角形的幾何關(guān)系來確定，即如用作圖法，只需要將圖24中CD線中點E和B連接起來，此聯(lián)線BE即決定

43、了的大小和方向。2.4能量方程式葉片式泵與風(fēng)機的基本方程式，是建立流體通過旋轉(zhuǎn)葉輪時獲得能量的定量關(guān)系式。該方程是由歐拉于1756年首先推倒出來的，所以又稱歐拉方程式，也叫能量方程式。其中有兩點假設(shè)：（1）理想葉輪：葉片數(shù)無限多，葉片厚度無限薄，即：流體質(zhì)點嚴(yán)格沿葉片型線流動，即跡線與葉片的型線重合；（2）流體為理想、不可壓縮流體，即：流動過程無能量損失，流體的密度為常數(shù)。依據(jù)：動量矩定律：即在定常流中，單位時間內(nèi)流出與流進控制體的流體對某一軸線的動量矩的變化，等于作用在該控制體的流體上所有外力對同一軸線力矩的代數(shù)和。能量方程式表達式： (pa) (pa)3軸流式風(fēng)機的構(gòu)造3.1基本型式軸流式

44、通風(fēng)機可分為以下四種基本型式：a）在機殼中只有一個葉輪，沒有導(dǎo)葉。如圖3-2(a)所示，這是最簡單的一種型式，這種型式易產(chǎn)生能量損失。因此這種型式只適用于低壓風(fēng)機。b）在機殼中裝一個葉輪和一個固定的出口導(dǎo)葉。如圖3-2(b)所示，在葉輪出口加裝導(dǎo)葉。這圖3-2軸流泵與風(fēng)機的基本形式（a）單個葉輪機（b）單個葉輪后設(shè)置導(dǎo)葉（c）單個葉輪前設(shè)置導(dǎo)葉(d) 單個葉輪前、后均設(shè)置導(dǎo)葉種型式因為導(dǎo)葉的加裝而減少了旋轉(zhuǎn)運動所造成的損失，提高了效率，因而常用于高壓風(fēng)機與水泵。c） 在機殼中裝一個葉輪和個固定的入口導(dǎo)葉。如圖3-2(c)所示，流體軸向進入前置導(dǎo)葉，經(jīng)導(dǎo)葉后產(chǎn)生與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)速度，即產(chǎn)

45、生反強旋。這種前置導(dǎo)葉型，流體進入葉輪時的相對速度比后置導(dǎo)葉型的大，因此能量損失也大，效率較低。但這種型式具有以下優(yōu)點：在轉(zhuǎn)速和葉輪尺寸相同時，具有這種前置導(dǎo)葉葉輪的泵或風(fēng)機獲得的能量比后置導(dǎo)葉型的高。如果流體獲得相同能量時，則前置導(dǎo)葉型的葉輪直徑可以比后置導(dǎo)葉型的稍小，因而體積小，可以減輕重量。工況變化時沖角的變動較小，因而效率變化較小。如前置導(dǎo)葉作成可調(diào)的，則工況變化時，改變進口導(dǎo)葉角度，使其在變工況下仍保持較高效率。d)  在機殼中有一個葉輪并具有進出口導(dǎo)葉。如圖3-2(d)所示，如前置導(dǎo)葉為可調(diào)的，在設(shè)計工況下前置導(dǎo)葉的出口速度為軸向，當(dāng)工況變化時，可改變導(dǎo)葉角度來適應(yīng)流量的

46、變化。因而可以在很大的流量變化范圍內(nèi)，保持高效率。這種型式適用于流量變化較大的情況。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了制造、操作、維護等的困難，所以較少采用。圖3-1 軸流式（通）風(fēng)機結(jié)構(gòu)示意圖（兩級葉輪）1 進氣箱 2 葉輪 3 主軸承 4動葉調(diào)節(jié)裝置 5 擴壓器 6 軸 7 電動機3.2軸流式風(fēng)機的構(gòu)造軸流式風(fēng)機與軸流式水泵結(jié)構(gòu)基本相同。有主軸、葉輪、集流器、導(dǎo)葉、機殼、動葉調(diào)節(jié)裝置、進氣箱和擴壓器等主要部件。軸流風(fēng)機結(jié)構(gòu)型式見圖3-1所示。a) 葉輪葉輪的作用與離心式葉輪一樣，是提高流體能量的部件，其結(jié)構(gòu)和強度要求較高。它主要由葉片和輪轂組成。葉輪上通常有46片機翼型葉片，葉片有固定式、半調(diào)節(jié)式和

47、全調(diào)節(jié)式三種，目前常用的為后兩種。它們可以在一定范圍內(nèi)通過調(diào)節(jié)動葉片的安裝角度來調(diào)節(jié)流量。半調(diào)節(jié)式只能在停泵后通過人工改變定位銷的位置進行調(diào)節(jié)。全調(diào)節(jié)式葉片葉輪配有動葉調(diào)解機構(gòu)，通過調(diào)節(jié)桿上下移動，帶動拉板套一起移動，拉臂旋鈕，從而改變?nèi)~輪安裝角。輪轂是用來安裝葉片和葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)的，有圓錐形、圓柱形和球形三種。球形輪轂可以使葉片在任意角度下與輪轂有一固定間隙，以減少流體流經(jīng)間隙的泄漏損失。b) 軸軸是傳遞扭矩的部件。軸流式風(fēng)機按有無中間軸分為兩種形式：一種是主軸與電動機軸用聯(lián)軸器直接相連的無中間軸型；另一種是主軸用兩個聯(lián)軸器和一根中間軸與電動機軸相連的有中間軸型。由中間軸的風(fēng)機可以在吊開機殼的

48、上蓋后，不拆卸與電動機相連的聯(lián)軸器情況下吊出轉(zhuǎn)子，方便維修。c) 導(dǎo)葉軸流風(fēng)機的導(dǎo)葉包括動葉片進口前導(dǎo)葉和出口導(dǎo)葉，前導(dǎo)葉有固定式和可調(diào)式兩種。其作用是使進入風(fēng)機前的氣流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，也就是使氣流由軸向運動轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運動，一般情況下是產(chǎn)生負預(yù)選。前導(dǎo)葉可采用翼型或圓弧版葉型，是一種收斂型葉柵，氣流流過時有些加速。前導(dǎo)葉做成安裝角可調(diào)時，可提高軸流風(fēng)機變工況運行的經(jīng)濟性。在動葉可調(diào)的軸流風(fēng)機中，一般只安裝出口導(dǎo)葉。出口導(dǎo)葉可采用翼型，也可采用等厚的圓弧版葉型，做成扭曲形狀。為避免氣流通過時產(chǎn)生共振，導(dǎo)葉數(shù)應(yīng)比動葉數(shù)少些。d) 吸入室軸流風(fēng)機的吸入室與離心風(fēng)機類似，為只有集流器的自由進氣和帶進氣箱的非自

49、由進氣兩種?；鹆Πl(fā)電廠鍋爐的送、引風(fēng)機均設(shè)置進氣箱。氣流由進氣箱進風(fēng)口沿徑向流入，然后在環(huán)形流道內(nèi)轉(zhuǎn)彎，經(jīng)過集流器(收斂器)進入葉輪。進氣箱和集流器的作用與結(jié)構(gòu)要求是使氣流在損失最小的情況下平穩(wěn)均勻地進土葉輪。e) 整流罩整流罩安裝在葉輪或進口導(dǎo)葉前，以使進氣條件更為完善，降低風(fēng)機的噪聲。整流罩的好壞對風(fēng)機的性能影響很大，一般將其設(shè)計成半圓或半橢圓形，也可與尾部擴壓器內(nèi)筒一起設(shè)計成流線型。f) 擴壓器擴壓器是將從出口導(dǎo)葉流出的流體的部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能，從而提高泵與風(fēng)機的流動效率的部件，它由外筒和芯筒組成。擴壓器按外筒的形狀分為圓筒形和錐形兩種。圓筒形擴壓器的芯筒是流線形或圓臺形的；錐形擴壓器

50、的芯筒是流線形或圓柱形的。g) 軸承軸承有徑向軸承和推力軸承。徑向軸承主要承受徑向推力，防止軸徑向晃動，起徑向定位作用。推力軸承主要承受軸向推力，并保持轉(zhuǎn)子的軸向位置，將軸向力傳到基礎(chǔ)上。推力軸承一般裝在電動機軸頂端的機架上。4軸流風(fēng)機性能曲線軸流風(fēng)機性能曲線是在葉輪轉(zhuǎn)速和葉片安裝角一定時測量的到的，即壓力、效率、功率與流量的關(guān)系曲線，其形狀特點是：曲線，在小流量區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)馬鞍形形狀，在大流量區(qū)域內(nèi)非常陡降，在=0時，最大。但是，由于流體的物理性質(zhì)的差異，使得在實際應(yīng)用中，軸流風(fēng)機的性能曲線與水泵有所不同。如軸流風(fēng)機的靜壓、靜壓效率曲線，軸流風(fēng)機的無量綱性能曲線，都在風(fēng)機中有重要的應(yīng)用。4.1

51、風(fēng)機的性能參數(shù)風(fēng)機的性能參數(shù)主要有流量、壓力、功率，效率和轉(zhuǎn)速。流量也稱風(fēng)量，以單位時間內(nèi)流經(jīng)風(fēng)機的氣體體積表示；壓力也稱風(fēng)壓，是指氣體在風(fēng)機內(nèi)壓力升高值，有靜壓、動壓和全壓之分；功率是指風(fēng)機的輸入功率，即軸功率。風(fēng)機有效功率與軸功率之比稱為效率。流量流量是指單位時間風(fēng)機輸出流體的數(shù)量?？煞譃轶w積流量QV ()、質(zhì)量流量Qm（），體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系為流量可通過裝設(shè)在工作管路上的流量計測量。全壓風(fēng)機提供的能量通常用壓頭表示，稱為全壓，系指單位體積氣體通過風(fēng)機后的能量增加值，用符號p表示，單位為Pa功率功率可分為有效功率和軸功率。有效功率指單位時間通過風(fēng)機的流體獲得的功，即風(fēng)機的輸出功率，用

52、Pe表示單位為kw軸功率即原動機傳到風(fēng)機軸上的功率，又稱輸入功率用Pa表示軸功率通常用電測法測定，即用功率表測出原動機輸入功率則其中、-原動機輸出功率及原動機效率；-傳動裝置效率效率效率是風(fēng)機總效率的簡稱，指風(fēng)機輸出功率與輸入功率之比的百分數(shù)。反映風(fēng)機在傳遞能量的過程中軸功率有效利用的程度，用表示建立風(fēng)機進出口的能量關(guān)系式，同氣體的位能(Z-Z)可以忽略，得到單位容積氣體所獲能量的表達式，即 (N/) (41)即風(fēng)機全壓等于風(fēng)機出口全壓與進口全壓之差。風(fēng)機進出口全壓分別等于各自的靜壓、與動壓、之和。式（4-1）適用于風(fēng)機進出口不直接通大氣（即配置有吸風(fēng)管和壓風(fēng)管）的情況下，風(fēng)機性能試驗的全壓計

53、算公式。該系統(tǒng)稱為風(fēng)機的進出口聯(lián)合實驗裝置，是風(fēng)機性能試驗所采用的三種不同實驗裝置之一。風(fēng)機的全壓是由靜壓和動壓兩部分組成。離心風(fēng)機全壓值上限僅為1500mm（14710Pa），而出口流速可達30m/s左右；且流量（即出口流速）越大，全壓就越小。因此，風(fēng)機出口動壓不能忽略，即全壓不等于靜壓。例如，當(dāng)送風(fēng)管路動壓全部損失（即出口損失）的情況下，管路只能依靠靜壓工作。為此，離心風(fēng)機引入了全壓、靜壓和動壓的概念。風(fēng)機的動壓定義為風(fēng)機出口動壓，即 (N/) （42）風(fēng)機的靜壓定義為風(fēng)壓的全壓減去出口動壓，即 (N/) （43）風(fēng)機的全壓等于風(fēng)機的靜壓與動壓之和，即 (N/) （44）以上定義的風(fēng)機全壓

54、，靜壓 和動壓，不但都有明確的物理意義；而且也是進行風(fēng)機性能試驗，表示風(fēng)機性能參數(shù)的依據(jù)。圖4-1軸流式風(fēng)機性能曲線4.2性能曲線在風(fēng)機的基本性能測試中，通常選用轉(zhuǎn)速作為固定值，然后建立全壓、軸功率、效率等隨流量的變化的函數(shù)關(guān)系。風(fēng)機的性能曲線是指在轉(zhuǎn)速和流體的密度、葉片安裝角一定時風(fēng)機的全壓、軸功率、效率等隨流量變化的一組關(guān)系曲線。風(fēng)機的性能曲線有以下五條：全壓與流量的關(guān)系曲線，用pQV表示；軸功率與流量的關(guān)系曲線，用P-QV表示；全壓效率與流量的關(guān)系曲線，用-QV表示。軸流式風(fēng)機性能曲線是在葉輪轉(zhuǎn)速和葉片安裝角一定時測量得到的，如圖4-1所示。其形狀特點是p-qV曲線，在小流量區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)馬

55、鞍形形狀，在大流量區(qū)域內(nèi)非常陡降，在qV =0時，p最大；Pa-qV曲線，在qV=0時，Pa最大，隨著qV的增大Pa減小，因此軸流風(fēng)機不允許在空負荷時啟動，除非動葉可調(diào)；曲線，高效區(qū)比較窄，最高效率點接近不穩(wěn)定分界點c。分析p-qV性能曲線出現(xiàn)馬鞍形狀的原因，是風(fēng)機在不同流量下，流體進入葉型沖角的改變，引起葉型升力系數(shù)變化。圖p-qV性能曲線上a,b,c,d,e為各工況點，曲線上d為設(shè)計工況，此時流體流線沿葉高分布均勻，效率最高；流量大于設(shè)計值時，葉頂出口處產(chǎn)生回流，流體向輪轂偏轉(zhuǎn)，損失增加，全壓降低，效率下降；當(dāng)流量減少時，在時，沖角增大，升力系數(shù)增大，全壓稍有升高，在時，全壓最高；當(dāng)流量再

56、減小，處于時，在葉片背部產(chǎn)生葉面層分離，形成脫流，阻力增加，全壓下降，在時全壓最低；而當(dāng)時，全壓開始升高，這是因為流量很小時能量沿葉高偏差較大形成二次流，使從葉頂流出的流體又返回葉根再次提高能量，使全壓升高，直到qV=0時，全壓達到最大值。5軸流式通風(fēng)機的運行工況及調(diào)節(jié)5.1軸流式通風(fēng)機的運行工況的確定圖解風(fēng)機裝置工況仍然是目前普遍采用的方法。風(fēng)機PQ性能曲線表示風(fēng)機給單位容積氣體提供的能量與流量的關(guān)系；管路PQ性能曲線表示管道系統(tǒng)單位容積氣體流動所需要的能量與流量的關(guān)系，這是兩條曲線的不同概念。但是，對風(fēng)機裝置來說，兩條曲線又相互聯(lián)系、相互制約，裝置工況即是風(fēng)機與管路的質(zhì)量平衡結(jié)果；也是風(fēng)機

57、與管路的能量平衡結(jié)果。風(fēng)機裝置的管路特性曲線圖 5-1管路性能曲線及工作點的確定風(fēng)機管路系統(tǒng)是指風(fēng)機裝置中除風(fēng)機以外的全部管路及附件、吸入裝置、排出裝置的總和。風(fēng)機管路性能曲線是指單位容積氣體從吸入空間經(jīng)管路及附件送至壓出空間所需要的總能量（即全壓）與管路系統(tǒng)輸送流量Q的關(guān)系曲線。一般吸入空間及壓出空間均為大氣，且氣體位能通常忽略，則管路性能曲線的數(shù)學(xué)表達式為 (N/) (5-1)式子中是管路系統(tǒng)的綜合阻力系數(shù)（/ ）。 決定于管路系統(tǒng)的阻力特性，根據(jù)管路系統(tǒng)的設(shè)置情況和阻力計算確定。式子（5-1）表示的管路性能曲線在坐標(biāo)系中是一條通過原點的二次拋物線。全壓表示風(fēng)機提供的總能量，但是用于克服管

58、路系統(tǒng)阻力的損失能量只能是全壓中靜壓能量。因此，風(fēng)機裝置工況的確定，有時需要用風(fēng)機的靜壓與流量關(guān)系（）曲線來確定相應(yīng)的裝置工況。此時，風(fēng)機裝置將出現(xiàn)全壓工況點N 和靜壓工況點 M ，如圖 5-1 所示，這是意義不同的兩個工況點。工作點的確定風(fēng)機的運行工況在其性能曲線上的位置即為運行工況點，通常稱為工作點。將風(fēng)機的工作管路特性曲線按同一比例繪于風(fēng)機工作轉(zhuǎn)速的性能曲線上，如圖5-1所示N點就是風(fēng)機的工作點，因為風(fēng)機在輸送該流量時產(chǎn)生的能頭恰好等于管路系統(tǒng)中通過這一流量時所需要的能頭，即N點為能量的供求平衡點。N點對應(yīng)的這組參數(shù)即為該風(fēng)機的運行工況。對于風(fēng)機要加以說明的是，雖然反映風(fēng)機總能量用全壓的

59、概念，但全壓中動能往往占有較大的比例，而真正能克服管路阻力的是全壓中的動能部分。當(dāng)官路阻力較大時，用全壓來確定工作點難以滿足系統(tǒng)的要求。因而風(fēng)機的工作點有時還用靜壓流量曲線Pst-QV與管路特性曲線的交點M，見圖5-1風(fēng)機p-QV性能曲線與管路特性曲線的交點N為風(fēng)機的總工作點。5.2風(fēng)機的非穩(wěn)定運行工況風(fēng)機正常工作時呈現(xiàn)的是穩(wěn)定工況；當(dāng)風(fēng)機選型不當(dāng)或風(fēng)機使用欠妥時，某些風(fēng)機就會產(chǎn)生非穩(wěn)定工況，風(fēng)機的非穩(wěn)定運行將影響甚至破壞其正常工作。與軸流泵相同，軸流風(fēng)機也具有駝峰形性能曲線，其最大特點就是存在著運行的不穩(wěn)定工作區(qū)，風(fēng)機一旦進入該區(qū)工作，就會產(chǎn)生不同形式的非穩(wěn)定工況，并表現(xiàn)出明顯的非正常工作的

60、征兆。圖5-2葉柵的旋轉(zhuǎn)脫流圖5-3軸流風(fēng)機葉輪均采用了翼型葉片，氣體與翼型之間的相對運動就是翼型繞流。在翼型繞流特性分析中，定義相對運動方向與翼弦線（即翼型前后緣曲率中心之連線）的夾角為沖角（或攻角），如圖5-2所示，沖角大小是影響機翼型繞流特性的最重要的因素。當(dāng)沖角為零時，葉片產(chǎn)生較大的升力和較小的摩擦阻力。當(dāng)沖角增大時，葉片背水面尾部流動產(chǎn)生分離，外力有所增加而阻力（主要是形體阻力）的增加更大，葉片升阻比減小。當(dāng)沖角增大到某一臨界值后，流動分離點前移，分離區(qū)擴大，致使升力明顯下降而阻力急劇增大。這種繞流現(xiàn)象稱為脫流（或失速）。對于依靠外力工作的軸流風(fēng)機，脫流是產(chǎn)生非穩(wěn)定工況的一個重要原因

61、。圖5-4風(fēng)機駝峰形性能曲線軸流風(fēng)機葉輪是由繞輪轂的若干個翼型組成的葉柵，圖5-3所示為展開后的平面葉柵，葉片之間為氣流通道，如圖中標(biāo)示的1、2、3。氣流在通過旋轉(zhuǎn)葉柵時也會產(chǎn)生脫流現(xiàn)象，但這種脫流總是在某一個葉片首先發(fā)生，并在該葉片背水面流道，如圖中的流道2的后部因渦流發(fā)生流動阻塞。2流道因阻塞減小的流量將向相鄰的1、3流道分流，并與原有的流動匯合使1、3流道的流量增大。由于匯流改變了1、3流道的流動狀況，也改變了1、3流道的進口流動方向。流道2向流道1的分流方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，將使葉片沖角減小而抑止了脫流的發(fā)生；與此相反流道2向流道3的分流方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，將使葉片沖角增大而誘

62、發(fā)了脫流的產(chǎn)生。這樣，流道1就保持了正常的流動狀況，而流道3因脫流而是非正常的流動狀況。與前面的分析完全相同，當(dāng)流道3因脫流而發(fā)生流動阻塞時，也將影響到2、4流道的流動，抑止了2流道的脫流卻誘發(fā)了4流道的脫流。因為葉輪是旋轉(zhuǎn)的，所以此過程是順序反復(fù)進行的。因此在旋轉(zhuǎn)葉輪中，葉片脫流將沿著葉輪旋轉(zhuǎn)的反方向，周期性而持續(xù)地依次傳遞；這種脫流現(xiàn)象稱為旋轉(zhuǎn)脫流。旋轉(zhuǎn)脫流逆葉輪旋轉(zhuǎn)方向的角速度小于葉輪旋轉(zhuǎn)角速度（約為轉(zhuǎn)速的30%-80%），脫流對葉片仍有很高的作用頻率。同時，脫流前后作用于葉片的壓力大小也有一定的變化幅度。因此，旋轉(zhuǎn)脫流除了影響風(fēng)機正常工作，使其性能下降之外；還由于葉片受到一種頻率，有一

63、定變幅的交變力作用，而使葉片產(chǎn)生疲勞損壞；當(dāng)這一交變力頻率等于或接近葉片的固有頻率時，葉片將產(chǎn)生共振甚至使葉片斷裂。為防止軸流風(fēng)機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)脫流，應(yīng)在風(fēng)機選型和運行中確保風(fēng)機工況點不進入風(fēng)機的不穩(wěn)定工作區(qū)。風(fēng)機的喘振風(fēng)機駝峰形性能曲線如圖5-4所示。根據(jù)圖解離心泵裝置工況的能量平衡關(guān)系可知，圖中K點為臨界點，K點右側(cè)為風(fēng)機穩(wěn)定工作區(qū)，左側(cè)為不穩(wěn)定工作區(qū)。現(xiàn)對具有大容量管路系統(tǒng)的風(fēng)機裝置，并且風(fēng)機在不穩(wěn)定運行的工作狀況進行討論。駝峰形曲線和大容量管路是風(fēng)機發(fā)生喘振的必要件。仍見圖5-4，裝置原工況點A為穩(wěn)定工況?，F(xiàn)在需要流量減小至，則工況點沿上升曲線AK達到K點，該段變化保持穩(wěn)定工況。至K點后沿下

64、降曲線KD變化，該段為不穩(wěn)定工作區(qū)，使風(fēng)機工作點即刻降至D點，。與此同時，管路性能也沿曲線AK變化，壓力上升至 ，由于管路容量大，其壓力變化滯后于風(fēng)機工作不穩(wěn)定變化，所以管路壓力保持不變。在風(fēng)機無流量輸出，并且管路壓力大于風(fēng)機壓力的條件下，風(fēng)機出現(xiàn)正轉(zhuǎn)倒流現(xiàn)象，風(fēng)機跳至C點工作。由于管路流量輸出使其壓力下降，倒流流量也隨之減小，風(fēng)機QP性能變化沿CD線進行。在D點，管路壓力與風(fēng)機壓力相等，倒流流量也等于零，風(fēng)機即無流量的輸出也無流量的輸入，但風(fēng)機仍然在持續(xù)運行，故風(fēng)機工作點又由D點跳到E點。但是，由于外界所需風(fēng)量仍保持，所以上述過程將按EKCDE的順序周期性地反復(fù)進行。以上討論也是對喘振機理的

65、分析。當(dāng)具有大容量管路系統(tǒng)的風(fēng)機處于不穩(wěn)定工作區(qū)運行時，可能會出現(xiàn)流量壓力的大幅度波動，引起裝置的劇烈振動，并伴隨有強烈的噪音，這種現(xiàn)象稱為喘振。喘振將使風(fēng)機性能惡化，裝置不能保持正常的運行工況，當(dāng)喘振頻率與設(shè)備自振頻率相重合時，產(chǎn)生的共振會使裝置破壞。為了防止喘振的發(fā)生，大容量管路系統(tǒng)的風(fēng)機應(yīng)盡量避免采用駝峰形性能曲線；在任何條件下，裝置輸出的流量應(yīng)充分地大于臨界流量，決不允許出現(xiàn)；采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)方法擴大風(fēng)機的穩(wěn)定工作區(qū)；控制管路容積等措施都是有效的。風(fēng)機并聯(lián)工作的“搶風(fēng)”現(xiàn)象當(dāng)風(fēng)機并聯(lián)工作也存在不穩(wěn)定區(qū)時，將會影響風(fēng)機并聯(lián)的正常工況，產(chǎn)生流量分配的偏離，即“搶風(fēng)”現(xiàn)象。圖5-5風(fēng)機性能曲線

66、及并聯(lián)性能曲線圖4-18兩臺具有駝峰形曲線的風(fēng)機并聯(lián)工作。假定為同型號風(fēng)機，性能曲線為，用并聯(lián)性能曲線的方法作出并聯(lián)性能曲線，由于存在不同段曲線并聯(lián)的可能，因此在中出現(xiàn)了一個形狀的不穩(wěn)定工作區(qū)。風(fēng)機性能曲線及并聯(lián)性能曲線如圖5-5所示。當(dāng)并聯(lián)運行工況點為A時，相應(yīng)每臺風(fēng)機均在A1點工作，風(fēng)機為穩(wěn)定運行。若并聯(lián)風(fēng)機在不穩(wěn)定的區(qū)內(nèi)運行，管路性能曲線與風(fēng)機并聯(lián)性能曲線有兩個交點，即B點和C點。當(dāng)在B點運行時，相應(yīng)每臺風(fēng)機均在B1點工作，風(fēng)機仍為穩(wěn)定運行。當(dāng)因各種因素不能維持在B點運行時，工況點將下移到C點，這時相應(yīng)每臺風(fēng)機的工況點分別在C1點和C2點。流量大的這臺風(fēng)機在穩(wěn)定區(qū)的C1點工作，而流量小的

67、風(fēng)機的工作在不穩(wěn)定區(qū)的C2點，由于一臺風(fēng)機在不穩(wěn)定區(qū)工作 ，因此C 點并聯(lián)工況僅為暫時的平衡狀態(tài)，隨時有被破壞的可能。這種不穩(wěn)定的并聯(lián)工況，不僅產(chǎn)生較大的流量偏離，一臺風(fēng)機流量很小甚至出現(xiàn)倒流；同型號風(fēng)機的不穩(wěn)定并聯(lián)工況，還客觀導(dǎo)致風(fēng)機工作點的相互倒換，即兩風(fēng)機大小流量互變。以上過程的反復(fù)進行，使風(fēng)機不能正常并聯(lián)運行，這是風(fēng)機“搶風(fēng)”現(xiàn)象機理的分析。圖5-6入口節(jié)流調(diào)節(jié)“搶風(fēng)”現(xiàn)象不僅影響了并聯(lián)裝置的正常工作，而且還可能引起裝置的振動，電機的空載或過載等不良后果。因此，應(yīng)盡量避免并聯(lián)風(fēng)機的不穩(wěn)定運行。如低負荷工作時應(yīng)采用單臺風(fēng)機運行；也可采取適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)方法等措施來防止“搶風(fēng)”現(xiàn)象的發(fā)生 。水泵

68、并聯(lián)運行也存在著類似的“搶水”現(xiàn)象，除了上述的危害之外，還可能引起泵的汽蝕，具有更大的危害性。5.3風(fēng)機運行工況調(diào)節(jié)風(fēng)機工況調(diào)節(jié)也可分為非變速調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)兩種方式。在非變速調(diào)節(jié)中，又分為節(jié)流調(diào)節(jié)、分流調(diào)節(jié)、離心風(fēng)機的前導(dǎo)葉輪調(diào)節(jié)，軸流風(fēng)機的動葉調(diào)節(jié)等不同方法。 風(fēng)機入口節(jié)流調(diào)節(jié) 圖5-7風(fēng)機出口節(jié)流調(diào)節(jié) 利用風(fēng)機進口前設(shè)置的節(jié)流裝置來調(diào)節(jié)流量的方法，稱為入口節(jié)流調(diào)節(jié)。因為節(jié)流增加了管路阻力，所以也改變了管路性能曲線。同時，由于入口節(jié)流裝置一般安裝在風(fēng)機進口前部位，節(jié)流時其斷面速度非均勻分布，直接影響到葉輪進口的正常速度分布，因此也改變了風(fēng)機的性能曲線。節(jié)流調(diào)節(jié)后的裝置工況，圖5-8動葉調(diào)節(jié)則

69、由變化后的兩條性能曲線決定，如圖5-6所示。風(fēng)機裝置原工況點為M ，流量；采用節(jié)流調(diào)節(jié)后流量減小為，其工況點為A，調(diào)節(jié)損失能量。若采用出口節(jié)流調(diào)節(jié)，則工況點應(yīng)為，能量損失為。由于<，所以入口節(jié)流調(diào)節(jié)適用于小型風(fēng)機的調(diào)節(jié)。入口節(jié)流調(diào)節(jié)除了改變?nèi)~輪進的速度分布之外同時還降低了葉輪進口部位的壓力，對于水泵增加了汽蝕的危險性，因此水泵不采用這種調(diào)節(jié)方法。 風(fēng)機出口節(jié)流調(diào)節(jié)出口節(jié)流調(diào)節(jié)就是將調(diào)節(jié)閥裝在風(fēng)機的壓出管路上，改變調(diào)節(jié)閥的開度可進行工況調(diào)節(jié)，如圖5-7所示。I曲線為調(diào)節(jié)閥全開時管路系統(tǒng)的特性曲線。此時工作點為M。如需將風(fēng)機的流量減少為q1a,則應(yīng)關(guān)小調(diào)節(jié)閥開度，閥門局部阻力系數(shù)增大，使管路

70、特性曲線上揚為I，工作點移到A。5.3.3靜葉調(diào)節(jié)入口靜葉調(diào)節(jié)是軸流式、混流式風(fēng)機中采用的一種調(diào)節(jié)方式。其調(diào)節(jié)特點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作靈活方便且調(diào)節(jié)后駝峰性能有所改善，穩(wěn)定工況區(qū)擴大，提高了運行的可靠性。在調(diào)節(jié)量不大時，調(diào)節(jié)的附加阻力較小，調(diào)節(jié)效率較高。但是隨著調(diào)節(jié)量的增大，調(diào)節(jié)效率將不斷降低。5.3.4動葉調(diào)節(jié)動葉調(diào)節(jié)一般由兩種方式：一種為半調(diào)，即在風(fēng)機停轉(zhuǎn)時，改變動葉安裝角度，而風(fēng)機運轉(zhuǎn)時不能調(diào)節(jié)，另一種為全調(diào)，即在風(fēng)機運轉(zhuǎn)時可隨時改變動葉片安裝角。動葉調(diào)節(jié)的傳動方式有機械式和液壓式，常見為液壓式。動葉調(diào)節(jié)優(yōu)于入口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)，如圖5-8所示在為繪制在同一坐標(biāo)系中，軸流風(fēng)機動葉調(diào)節(jié)曲線。

71、圖5-9變速調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機動葉調(diào)節(jié)的主要特點為：在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)流量時效率改變較小，調(diào)節(jié)經(jīng)濟性高。另外，還可以由額定流量向流量減小或增大的兩個方向進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍較大。因此，電廠中大型機組的送、引風(fēng)機，軸流式、混流式、循環(huán)水泵等廣泛采用動葉調(diào)節(jié)。5.3.5變速調(diào)節(jié)通過改變轉(zhuǎn)速來改變泵與風(fēng)機的性能曲線。原理：依據(jù)比例定律。優(yōu)點：轉(zhuǎn)速改變，效率不變，經(jīng)濟性最好。右圖所示為風(fēng)機的轉(zhuǎn)速由n1升為n2或降為n3時，性能曲線的變化情況。由圖可見，風(fēng)機的工作轉(zhuǎn)速升高，其流量、全壓增大;反之流量全壓減少。變速調(diào)節(jié)中管路特性不變，不存在附加的調(diào)節(jié)阻力，調(diào)節(jié)經(jīng)濟性高，是泵與風(fēng)機較為理想的調(diào)節(jié)方法。但是，變速調(diào)節(jié)

72、必須使用變速原動機或增設(shè)變速裝置，增加了設(shè)備投資和運行維護費用。故這種調(diào)節(jié)方式主要用于調(diào)節(jié)較頻繁的大、中型泵或風(fēng)機。 6軸流風(fēng)機性能測試實驗報告6.1實驗?zāi)康膶W(xué)會通風(fēng)機主要工作參數(shù)，風(fēng)量Q，風(fēng)壓P，軸功率Pa，轉(zhuǎn)速n（從而計算效率）的實驗測定方法。通過實驗得出軸流式風(fēng)機的特性曲線（包括PQ曲線，PstQ曲線，NQ曲線， Q曲線）。6.2實驗裝置與實驗原理根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB1236-2000通風(fēng)機空氣動力性能實驗方法設(shè)計并制作了本實驗裝置，本實驗采用C型裝置管道 進口和自由出口實驗法。流量測量采用皮托靜壓管（比托管）測定法。裝置如圖6-1所示： 圖6-1 實驗裝置簡圖1.支架 2. 風(fēng)量調(diào)節(jié)傳動機構(gòu) 3.調(diào)節(jié)尾門4. 整流柵5、進氣管6、靜壓測量傳感器7、動壓測量傳感器8、進風(fēng)溫度 9、風(fēng)機風(fēng)管連接件10、出氣溫度11、軸流風(fēng)機12、聯(lián)軸器13、平衡電機14、轉(zhuǎn)速傳感器15、重力傳感器16、儀表盤17、巡檢顯示儀18、大氣壓計空氣經(jīng)過調(diào)節(jié)風(fēng)閥2進入風(fēng)管，在整流格柵4后部用畢托管和微壓計測試管內(nèi)靜壓及動壓,用溫度傳感器8測量3斷面溫度，用溫度傳感器10測量2斷面溫度，用大氣壓計18測量大氣壓力，然后計算得出斷面平均流速V和風(fēng)量Q，通風(fēng)機進口壓力，通風(fēng)機出口壓力，通