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风机叶轮

防爆叶轮基础知识

风机的定义…………………………………………………………2

风机的分类…………………………………………………………2

叶轮分类………………………………………………………2

轴流风机…………………………………………………2

离心风机…………………………………………………2

混流风机…………………………………………………3

用途分类………………………………………………………3

公司系列分类…………………………………………………3

连接方式分类…………………………………………………4

安装位置分类…………………………………………………5

风机的常用参数……………………………………………………5

风机相似率及计算公式……………………………………………8

风机基本零部件的认知和关键质量指标…………………………9

风机配套……………………………………………………………17

风机旋向的认知……………………………………………………18

常用单位的换算……………………………………………………18

风机的选型注意点…………………………………………………19

风机基础知识

一、风机的定义

风机是将旋转的机械能转换成流动空气总压增加而使空气连续运动的动力机械。

另外也可以说风机是将旋转的机械能转换成气体的动能和势能,并将气体输送出去的一种动力机械。

二、风机的分类

a）叶轮分类

根据气流运动的特点分类也就是根据叶轮形式来分类可以分为离心风机、轴流风机、混流风机。

（一）轴流风机

轴流叶轮的进风方向和出风方向相同。

一般用于风量较大，风压较底的场合。

轴流风机有：

RTA/RSA、WEX/WSP、IAS、IAT等。

边墙轴流风机（WEX/WSP）风量大，压力低，噪音低，使用前掠型叶片。

管道轴流风机风量大，压力相对较高，一般使用CAD流场模拟技术优化设计的钢制叶片或进口“小旋风”叶轮。

（二）离心风机

离心叶轮的进风方向和出风方向呈90°。

一般适用于较高压力，较大风量的场合。

离心风机：

CBD/CFD、BC系列、RTC、ISQ、CUS、RSC、ICC等。

离心叶轮可分为前弯叶轮、后倾叶轮、后弯叶轮。

1、前弯叶轮：

气流方向和叶片的线速度方向夹角为锐角。

特点：

低转速，大风量，低静压（相对后倾，后弯叶轮），成型工艺简单，成本低。

前弯叶轮转速过高会造成电机过载，所以使用前弯叶轮的风机不允许空载运行。

2、后倾叶轮：

气流方向和叶片的线速度方向的夹角为钝角，叶片为直板形式。

特点：

高转速，转速范围宽，风量小，高静压，不过载，效率高。

（相对前弯叶轮做比较）

3、后弯叶轮：

气流方向和叶片的线速度方向的夹角为钝角，叶片为曲面形式。

特点：

高转速，较大风量（比后倾叶轮大），更高静压，更高效率，不过载。

后弯叶轮的风机性能和后倾叶轮的风机性能非常相似，但后弯叶轮的效率更高，性能也更稳定，加工工艺更困难，在高压风机领域应用广泛。

（三）混流风机

混流介于轴流和离心风机之间，气流在风机内部的运动综合了轴流风机和离心风机的特点。

气流的进风方向和出风方向既不是90°也不是180°。

我国通常把混流风机和斜流风机统称为混流风机。

b）用途分类

根据产品用途分类，可以分为一般用途通风机、排尘用通风机、高温通风机、防爆通风机、防腐通风机、消防排烟通风机等等。

（一）消防排烟风机

国家消防排烟检测标准——280℃温度下，风机持续运行30分钟以上。

（二）防爆风机

防爆风机的特点1、使用防爆电机

2、防爆等级分为三级：

A级防爆——叶轮、进风口,外壳等材质为非黑色金属；

B级防爆——叶轮、进风口均为非黑色金属；

C级防爆——叶轮或进风口为非黑色金属；

c）公司系列分类

d）连接方式分类

直联传动方式（A式直连传动）皮带传动方式（C式皮带传动）等。

连接方式

AMCA标准

连接方式

中国标准

说明

ARR1

无

ARR1安装形式：

皮带传动，风机不带底座和皮带轮，电机由用户自己安装。

ARR3

E型

ARR3安装形式：

皮带传动，轴承位于风机两侧。

例如：

ICC

ARR4

A型

ARR4安装形式：

直联传动，电机轴与风机叶轮直接连接。

例如：

CFD/CBD

ARR8

D型

ARR8安装形式：

直联传动，电机与风机轴通过连轴器传动。

ARR9

C1型

ARR9安装形式：

皮带传动，电机位于电机支撑板侧面。

ARR10

C3型

ARR10安装形式：

皮带传动，电机位于风机轴正下方。

例如：

CUS

ARR12

C2型

ARR12安装形式：

皮带传动，轴承位于叶轮同一侧，电机置于风机底座上。

例如：

BCSD、BCSL

直联传动优点：

节省部件（皮带轮、轴、轴承、皮带等），易损部件少，可靠性高；

缺点：

转速固定，其转速就等于电机转速；

皮带传动优点：

转速可调，选择主动轮和从动轮的不同传动比，调节其转速，电机安装位置也比较灵活；

缺点：

易损部件多，需要及时维护；

e）

安装位置分类：

边墙风机,屋顶风机,管道风机等。

边墙安装示意图

屋顶安装示意图

这一节需要了解的要点：

如何区分轴流叶轮、离心叶轮；

根据气流流出方向与电机轴的夹角。

前弯叶轮、后弯叶轮、后倾叶轮的优缺点；

前弯叶轮风量大风压小，易过载，一般用于鼓风。

后倾叶轮风压大，风量小，不易过载，一般用于引风机。

后弯叶轮比后倾叶轮更优良，加工难度更大。

直联、皮带传动优缺点；

直联转速不可调节，易损件少，可靠性高。

皮带传送速度可调，易损件多，电机安装位置可调。

轴流与离心优缺点；

离心更能保证风压风量。

离心风机改变了风管内介质的流向，而轴流风机不改变风管内介质的流向；前者风量和风压都很大，后者风量和风压都很低；前者安装较复杂，后者安装较简单；前者电机与风机一般是通过轴连接的，后者电机一般在风机内；前者常安装在空调机组进、出口处，锅炉鼓、引风机，等等，后者常安装在风管当中、或风管出口前端。

离心风机柜内能做消声处理，在噪声指标上有很明显的优势。

由于一般采用电机的转数较低，电机功率大，耗电相多多些。

如果平时常用通风系统，尽量采用柜式离心风机，消防排烟不常用的系统，采用高温轴流风机更经济合理！

离心风机比轴流风机在大风量和大风压的组合选择上更有优势（主要指风机效率和噪声指标上）

防爆风机的特点；

1、采用的电机不同，防爆风机必须使用防爆电机。

2、对叶轮材质及叶轮相对应的机壳内壁位置材料有要求，要求它们在万一出现碰擦情况时不会产生火花，比如使用铝风叶和铁内壁，或者铁风叶并在内壁加铝环。

3、防爆鼓风机对叶轮与机壳的间隙有下限要求。

而风机为了追求效率往往对间隙有上限要求，互为矛盾。

自测题：

为什么既搞前弯多翼叶轮又搞后倾式叶轮？

为什么有了轴流风机又开发离心风机？

三、风机的常用参数

1、风量：

表示空气流量的大小

风量的计算公式：

Q=Ｓ×Ｖ

Ｓ为截面积（m2，平方米），V为气流速度（m/s，米／秒）

风量的单位：

m3/h（立方米每小时），缩写为CMH，m3/min（立方米每分钟），缩写为CMM；

m3/s（立方米每秒），缩写为CMS，ft3/min（立方英尺每分钟），缩写为CFM。

它们的换算关系如下：

1m3/s=60m3/min=3600m3/h。

1ft3/m=1.699m3/h。

2、动压：

气流在某一点的动压是根据空气密度和气体的运动速度而定的压力。

动压计算公式：

Pd=0.5V为气体密度，通常取1.2（kg/m3）（标准状况）

V为气流速度（m/s），Pd为动压。

标准状况：

通常我们给定的风机的性能参数都是转化成标准状态下的参数。

标准状况是指在101325帕、20摄氏度、湿度为50%的湿空气状态，此时空气的密度为1.2kg/m。

标准状况通常写为NTP。

3、静压：

气流在某一点的静压是根据空气密度和压缩程度得出的与空气的运动速度无关的压力,也就是系统阻力或流程阻力。

4、全压：

气流在某一点的全压是根据空气密度、压缩程度和空气的运动速度而定的压力。

气流在某一点的全压是指该点静压和动压的和。

全压计算公式：

Pt=Pd+PstPt表示全压，Pst表示静压。

5、风机的全压：

风机的全压是风机出口的全压和进口的全压的差值。

6、风机的静压：

风机的静压是指风机的全压减去风机出口处的动压。

静压作用是克服送风管路的阻力。

风机静压计算公式：

Pst=Pt–Pd

7、风机的动压：

风机的动压是与风机出口处的平均空气速度相对应的压力。

风机的动压可以根据风量Q,截面积S及动压计算公式计算。

8、转速：

转速也就是风机叶轮旋转运动的速度。

转速的常用单位是转/分，缩写为rpm

9、轴功率：

轴功率是风机运转实际所需的功率。

选配电机时，所选电机的功率一定比轴功率大。

功率的单位是KW（千瓦），W（瓦），1KW=1000W。

英制单位为Hp（马力），1马力=735W，1KW=860Kcal。

10、平衡等级：

平衡等级是用来衡量叶轮在旋转运动过程中所产生的残余不平衡量的指标。

公司的叶轮平衡精度等级均为G2.5，常用风机的平衡精度等级为G6.3，一般空调用风机平衡精度等级为G4.0。

叶轮的平衡精度等级越高，叶轮的许用不平衡量就越小，叶轮在旋转时由叶轮不平衡引起的震动就小，由震动带来的噪声就小、轴承的寿命会延长，提高了整机的产品质量及使用寿命。

工厂是如何做到G2.5平衡等级的？

第一步：

对叶片进行称量分组，选择叶片重量一致或相差不大的叶片来制作叶轮；

第二步：

每个叶轮均经过德国进口的动平衡检测机，检测校准。

（1）安装：

将待检叶轮安装在动平衡机上。

我厂所使用的平衡机为德国进口的SCHENCK（申克），最大的检测直径1.5m；

（2）检测不平衡量：

开机后平衡机带动叶轮旋转到设定转速，同时感应器会在屏幕上显示不平衡的位置和不平衡量（单位为：

克和毫克）；（3）平衡：

用天平称于所加重量相等的平衡块，夹装在平衡机显示的角度上。

风机旋转时由于离心力的作用，也不会脱落；（4）检验平衡是否达到要求。

如果不符合要求，则重复第

（2）步，直到达到G2.5等级为止；（5）给做好产品的叶轮编号，打印平衡测试报告。

合格品入库。

11、噪音

声音：

物体受振动后，在弹性介质（气、固、液）中传播的波，其频率和压力能使人耳引起音响感觉的声波称为声音，该受振动的物体称为音源。

人耳能感受20—20000Hz的声波，超过20000Hz称为超声波。

风机产生噪音的因素有气流运动、机械、电磁等。

其中最主要的噪音是气动噪音。

我国常用的噪声指的是声压级，也就是离噪音源一定距离所测的噪音大小。

噪声的单位是“分贝”，缩写为dB，我们常见的形式为dB（A），A的含义是在A计权网络下测量的噪声，称为A声级，记作dB（A）。

A计权网络：

指模拟人耳对不同频率声音敏感程度的不同而对不同频率的声音分配不同的权重，对测量后的声音进行加权计算的一种测量方法。

AMCA认证噪声测量用的单位是声功率级（LwiA）,也就是衡量噪音源本身所产生噪音的大小。

我国通常使用的是声压级，声压级与声功率级的转化计算为：

声功率级—声压级=11.5（距离噪音源1.5m）

声功率级—声压级=17.5（距离噪音源3m）

声功率级—声压级=23.5（距离噪音源6m）

声功率级—声压级=9（距离噪音源1m）

12、静压效率

静压效率公式：

SE%=A/B

A=风量（m3/h）×静压（Pa）

B=轴功率（Kw）×1000×3600

这一节需要了解的学习要点：

如何计算出口风速、动压、全压？

A记权网络是什么？

简述高平衡等级的意义，工厂是如何做到G2.5平衡的。

自测题：

声功率级为65dB（A）的一台风机，在距离为1.5m时，声压级为多少？

某风机风量为15000m3/h，静压为400Pa，其出口面积为1m2，则其动压、全压是多少？

四、风机相似率及计算公式

风机相似率：

对于同一类型的风机等比放大时，其参数按一定规律作相似变化。

使用条件（同一公司，同一风机，同一工况）

风机相似率公式：

风量1/风量2=转速1/转速2Q1/Q2=N1/N2

静压1/静压2=（转速1/转速2）2Pst1/Pst2=（N1/N2）2

全压1/全压2=（转速1/转速2）2Pt1/Pt2=（N1/N2）2

轴功率1/轴功率2=（转速1/转速2）3H1/H2=（N1/N2）3

电机极数、供电频率改变后对风机风量、静压、全压、轴功率的影响：

电机转速的计算公式：

N——电机转速η——电机转差率（取0.96）

G——电机极数Hz——赫兹数（电流频率，国内50Hz，国外60Hz）

转速1/转速2=极数2/极数1N1/N2=G2/G1

转速1/转速2=频率1/频率2N1/N2=HZ2/HZ1

这一节需要了解的要点：

风机相似率及其使用条件；

运用电机转速度公式、风机相似率公式来计算相关参数；

变频器如何影响转速、风量、静压、功率？

转速变化后，风量如何变化？

转速变化后，静压如何变化？

转速变化后，功率如何变化？

自测题：

某风机风量为15000m3/h，静压为400Pa，其出口面积为1m2，则其动压是多少？

若该风机转速为1450RPM，频率为50HZ，若该风机使用变频器调至60HZ，轴功率为2kW，其风量是多少？

静压是多少？

转速是多少？

轴功率是多少？

某皮带传动风机配双6/8极电机，若高速时风量为15000m3/n，轴功率为1KW，风机转速为960RPM，则低速时的风量为？

轴功率为？

低速转速为？

五、风机基本零部件的认知和关键质量指标

风机主要部件：

叶轮、涡壳、进口文丘里管、轴承、传动轴、传动皮带轮、传动皮带、电机等。

a）轴

一端接皮带轮，另一端接叶轮，起传递作用。

所有皮带传动的风机均使用轴传动。

英飞标准轴材质：

45号圆钢

加工工艺：

精车（改善轴的表面光洁度）

调质（改善轴的金属特性）

硬度：

370HB（HB洛氏硬度，衡量轴的硬度）

表面处理：

所有经过检验合格的轴均会在表面涂一层硬膜油可以达到除锈目的。

b）轴承

用于支撑轴（风机轴），以避免振动直接施加于电机之上。

轴承的分类很多，基本有深沟球轴承、角接触球轴承、四点接触球轴承、调心球轴承、圆柱滚子轴承、实体型滚针轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承、推力圆柱滚子轴承、推力滚针轴承、推力圆锥滚子轴承、推力调心滚子轴承。

风机行业，一般选用其中的二类轴承：

中等负荷以下的用带座外球面球轴承（调心推力球轴承）；

中等负荷以上的用圆锥滚子轴承；

对轴承寿命有四种说法，既B10、L10、B50、L50，其中B10、L10表示同一种说法，B50、L50表示同一种说法。

目前比较常用的说法是L10。

L10是指由AMBA（美国轴承制造协会）认可的轴承额定寿命，L10衡量轴承的使用寿命时，一定要标明时间，经常使用的是L10：

80000。

L10：

80000是指在10000个轴承，常规工作环境下运行80000小时，轴承有90%的可靠寿命。

L10有时也被一些制造商作为最小可靠寿命或平均寿命。

L10标准

L50标准

每天平均运行小时

8小时

16小时

24小时

80000小时

400000小时

27.5年

13.7年

9.2年

100000小时

500000小时

34.3年

17.2年

11.4年

200000小时

1000000小时

68.6年

34.3年

22.8年

轴承寿命—年，是指轴承每周运行7天，每年52周条件下的轴承寿命。

c）电机：

为风机提供动力。

为风机主要部件。

风机常用的电机为：

三相异步交流电机（380V/50HZ/3PH），单相交流异步电机（220V/50HZ/1PH），以三相异步交流电机为主。

使用电机的注意点：

A：

电机不能用于加速和超载运行；

B：

正常运行时，电机表面会发热，但不会超过额定许用温度的60%；

C：

一些有特殊用途的电机（例如变频电机、双速电机等）接线需要特别的指导说明；

D：

电机通电之前，必须按规定要求可靠接地，不能接零代替接地；

（一）电机根据用途可分为变频电机（VFD）、多速电机、防爆电机等。

（A）变频电机一般用于高功率要求的风机。

使用变频电机不仅可以防止电机启动时的瞬间高电流对用户电网的冲击，而且还可以达到节能的目的。

（B）多速电机通常用在有特殊要求的风机上，如消防排烟风机平时使用低档转速，用于普通排风机使用；一旦发生火灾，就需要高转速下的高风量将烟尘排出。

多速电机通常是通过改变电机绕组极数或一台电机多个绕组来达到变速的目的。

消防排烟风机常用双速电机来达到一机两用，普通用电接低转速度，消防用电接高转速。

双速电机一般有2/4，4/6，4/8，6/8几种极数配比，选择双速电机可以根据高速、低速时的风量得出极数比，从而选择合适的双速电机。

（C）防爆电机主要用于所排送气体含有爆炸性混合物（爆炸性气体混合物，爆炸性粉尘混合物）的场合。

（二）电机根据转子和定子相对位置还可分为内转子电机，外转子电机。

（A）内转子电机：

定子在外，转子在内。

其形式多变，可满足多种场合，各种功率要求。

（B）外转子电机：

定子在内，转子在外。

体积小，轻便，无需润滑，免维护，但功率较小（一般最大只能做好7.5KW）。

常用于在常温空气中使用的风机。

电机有着不同的防护等级、绝缘等级、温升等级和冷却方式，可以根据电机具体的使用环境要求来选择电机的防护等级、绝缘等级、温升等级和冷却方式。

风机用电机常见的防护等级为IP44、IP54，我公司常用的电机防护等级为IP54。

电机常用的绝缘等级为B级、F级、H级（高温环境）。

我公司常用的电机绝缘等级为F级。

常用的冷却方式为IC01、IC0141、IC0161等。

电机的参数：

（1）电机功率：

电机功率表示电机额定功率，电机功率要大于轴功率。

单位：

国家规定单速电机挡为：

0.120.180.250.370.550.751.11.52.2345.57.5111518.522303745KW等。

（2）电机转速：

风机使用的电机一般为单速电机，如有特殊用途（如消防排烟），可采用双速电机。

电机转速的计算公式：

N——电机转速η——电机转差率（取0.96）

G——电机极数Hz——赫兹数（电流频率，国内50Hz，国外60Hz）

国内常用级数电机的转速如下表：

极数

转速（RPM）

2900

1450

960

720

（3）电机防护等级：

电机的防护等级（代码IP），指电机的外壳对下述内容的防护能力：

1、防止人体接近壳内危险部件；

2、防止固体异物进入电机；

3、防止水进入电机内部对电机造成影响；

衡量电机防护等级用代码IPXX表示，I表示防尘，P表示防水；

第一个X表示防尘的等级，用0—6数字表示

第二个X表示防水的登记，用0—5数字表示

第一个数字

第二个数字

0无任何防护

1保护防止≥φ50mm固体异物

1垂直滴水无影响

2保护防止≥φ12mm固体异物

2与垂直成15°淋水无影响

3保护防止≥φ2.5mm固体异物

3与垂直成60°淋水无影响

4保护防止≥φ1mm固体异物

4任何方向的淋水无影响

5防止粉尘的有限侵入

5任何方向的低压喷射无影响

6防止粉尘的完全侵入

（4）电机温升等级

电机作为一个能量转换的电器，在运转过程中本身存在能量的损耗，有部分能量损耗造成自身温度的升高，所以国家规定用温升等级来限定电机使用的极限温度。

等级

极限温度

120℃

130℃

155℃

180℃

（5）电机绝缘等级

电机为可靠运行，在带电部件与壳体之间或带电部件之间需要用绝缘材料加以隔离，而绝缘材料的使用寿命与其材料本身的绝缘等级有很大关系，绝缘等级是绝缘材料使用的极限温度。

等级

极限温度

105℃

120℃

130℃

155℃

180℃

（6）防爆电机

防爆电机一般可分为隔爆型（d）、增安型（e）、本质安全型（i）、无火花型（n）、防爆特殊型（s）。

隔爆型电气设备（d）：

是指把能点燃爆炸性混合物的部件密封于一个外壳内，该外壳能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力并阻止和周围爆炸性混合物传爆。

其本质为隔爆。

防爆标志

以ExdⅡBT4为例：

Ex防爆公用标志d隔爆型

ⅡB气体组别T4温度组别

1）气体组别

典型的危险气体

欧洲电工标准化委员会

中国GB-3836-1

北美

NEC500条款

最小点燃能量

（微焦）

乙炔

ⅡC

氢气

ⅡC

乙烯

ⅡB

丙烷

ⅡA

180

中国GB3836规定ⅡC点燃最小能量为19；ⅡA为200

2）温度组别

温度组别指的是气体点燃时，电器设备的表面最高温度（假定环境温度为40℃）。

气体组别中点燃能量和温度组别中点燃温度无关。

最高表面温度℃

温度组别

450

350

200

135

100

d）叶轮

我司目前使用的叶轮有如下几种

（一）

翔欣三代后倾离心叶轮

翔欣Ⅱ第三代后倾离心叶轮特点：

1、采用CFD流场模拟技术优化设计，拥有高效，低噪音，稳定的运行

特点。

该叶轮的专业设计保证了叶轮的空气动力特性优异；

2、每个叶轮均经过静态与动态平衡检测，坚持做到ISO1940标准的G2.5

平衡（普通产品仅为G6.3），

3、翔欣三代后倾离心叶轮自然存在一个能耗的“峰值”，客户很容易根据不过载的要求选配恰当的电机，即使施工现场与设计工况发生偏差依然能够轻松自如；

4、叶轮文丘里管与风机进口文丘里管精密配合，使气流过度顺畅从而减少了紊流带来的噪音和能量损失；

5、翔欣三代后倾离心叶轮材质为铝合金，天然防爆，重量轻；

（二）钢制后弯离心叶轮

钢制后弯离心叶轮特点：

1、欧洲先进的流体力学理论为指导，意大利法拉利为原型；

2、流道采用最新的空气动力学实验结果优化；

3、叶轮平衡等级高达G2.5，将残余不平衡量降至很低的水平，

即使高速运转依然很稳定；

4、叶轮成型工艺先进，全部采用焊接制成，确保了长期运转时叶轮局部应力均匀，连接部分结构坚固，运行平稳可靠；

5、精密设计的进口文丘里管，确保了空气顺畅加压，脱离紊流小；

（三）“飞扬”系列轴流叶轮

“飞扬”系列轴流叶轮特点：

1、

采用最新计算机技术设计达到空气流动、效率、噪音及耐久性最优化，经CFD流场模拟技术和FEA有限元素分析反复设计复杂的三维曲面，改进空气动力特性，将紊流降至最低水平；

2、叶轮渐进地切削加压空气，使空气流向稳定，一致性高，避免气流碰撞产生紊流和噪音，是目前最先进的空气动力学设计理念；

3、通过AMCA210标准建造的实验室检测、反馈，保证大风量、大风压工况下维持高效率，节约能源；

4、叶轮成型工艺精细，数控设备切割板材，精密模具液压成型，工艺精湛，成型效果好。

（四）

前掠形叶片轴流叶轮

前掠形叶

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