轴流风机的性能测定.docx
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轴流风机的性能测定
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轴流风机的性能测定
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摘要··························································3
1轴流式风机概述
1.1轴流式风机的工作原理·········································1
1.2轴流式风机的基本形式·········································1
1.3轴流式风机的构造·············································2
2通风机性能参数
2.1空气动力性能曲线的基本参数··································4
2.2压力的测量··················································6
2.3流量的测量···················································8
2.4转速的测量···················································8
2.5功率的测量···················································9
3通风机空气动力性能的实验室测定
3.1轴流式风机空气动力性能的实验装置·····························10
3.2轴流式风机的性能曲线分析·····································10
4通风机性能测试实验
4.1轴流式风机的性能实验·········································11
4.2离心式风机的性能实验·········································16
5通风机现场试验···············································25
总结·····························································26
参考文献························································28
主要符号
Q----------------------通风机流量（m/s）
P----------------------全压（N/m）
P----------------------动压（N/m）
P----------------------静压（N/m）
N----------------------轴功率
----------------------全压效率
----------------------静压效率
D----------------------风管直径
P----------------------大气压力（P）
A----------------------风管面积（m）
----------------------空气温度（K）
---------------------空气密度（kg/m）
轴流风机的性能测定
摘要
通风机是电厂中重要的辅机之一，其运行安全性和经济性尤为重要，通风机性能实验是保证通风机质量和获得通风机性能特性的一项重要工作。
所以使用前对通风机性能进行测试是必不可少的。
通风机性能试验，包括空气动力性能试验和噪声性能实验两部分。
通风机性能试验的目的，在于通过测试与计算，求得风机在给定转速下的流量、压力、所耗功率、效率、噪声等是否达到设计规定的要求，并绘制其特性曲线。
关键词：
轴流式通风机、性能参数、性能曲线
1轴流式风机概述
1.1轴流式风机的工作原理
轴流式风机得名于流体从轴向流人叶轮并沿轴向流出。
其工作原理基于叶翼型理论：
气体由一个攻角。
进入叶轮时，在翼背上产生一个升力，同时在翼腹上产生一个大小相等方向相反的作用力，该力使气体排出叶轮呈螺旋形沿轴向向前运动。
同时，风机进口处由于压差的作用，气体不断地被吸入。
对动叶可调轴流式风机，攻角越大，翼背的周界越大，则升力越大，风机的压差就越大，而风量越小。
当攻角达到临界值时，气体将离开翼背的型线而发生涡流，导致风机压力大幅度下降而产生失速现象。
轴流式风机中的流体不受离心力的作用，所以由于离心力作用而升高的静压能为零，因而它所产生的能头远低于离心式风机。
故一般适用于大流量低扬程的地方，属于高比转数范围。
轴流风机中当原动机驱动浸在工质中的叶轮旋转时，叶轮内流体就相对叶片作用一个升力，而叶片同时给流体一个与升力大小相等方向相反的反作用力，称为推力，这个叶片推力对流体做功使流体能量增加。
1.2轴流式风机的基本形式
轴流式通风机可分为以下四种基本型式：
a）在机壳中只有一个叶轮，没有导叶。
如图3-2（a）所示，这是最简单的一种型式，这种型式易产生能量损失。
因此这种型式只适用于低压风机。
b）在机壳中装一个叶轮和一个固定的出口导叶。
如图3-2（b）所示，在叶轮出口加装导叶。
这
图3-2轴流泵与风机的基本形式（a）单个叶轮机（b）单个叶轮后设置导叶（c）单个叶轮前设置导叶（d）单个叶轮前、后均设置导叶
种型式因为导叶的加装而减少了旋转运动所造成的损失，提高了效率，因而常用于高压风机与水泵。
c）在机壳中装一个叶轮和—个固定的入口导叶。
如图3-2（c）所示，流体轴向进入前置导叶，经导叶后产生与叶轮旋转方向相反的旋转速度，即产生反强旋。
这种前置导叶型，流体进入叶轮时的相对速度比后置导叶型的大，因此能量损失也大，效率较低。
但这种型式具有以下优点：
=1\*GB3①在转速和叶轮尺寸相同时，具有这种前置导叶叶轮的泵或风机获得的能量比后置导叶型的高。
如果流体获得相同能量时，则前置导叶型的叶轮直径可以比后置导叶型的稍小，因而体积小，可以减轻重量。
=2\*GB3②工况变化时．冲角的变动较小，因而效率变化较小。
=3\*GB3③如前置导叶作成可调的，则工况变化时，改变进口导叶角度，使其在变工况下仍保持较高效率。
d） 在机壳中有一个叶轮并具有进出口导叶。
如图3-2（d）所示，如前置导叶为可调的，在设计工况下前置导叶的出口速度为轴向，当工况变化时，可改变导叶角度来适应流量的变化。
因而可以在很大的流量变化范围内，保持高效率。
这种型式适用于流量变化较大的情况。
其缺点是结构复杂，增加了制造、操作、维护等的困难，所以较少采用。
1.3轴流式风机的构造
轴流式风机与轴流式水泵结构基本相同。
有主轴、叶轮、集流器、导叶、机壳、动叶调节装置、进气箱和扩压器等主要部件。
轴流风机结构型式见图3-1所示。
1叶轮
叶轮的作用与离心式叶轮一样，是提高流体能量的部件，其结构和强度要求较高。
它主要由叶片和轮毂组成。
叶轮上通常有4—6片机翼型叶片，叶片有固定式、半调节式和全调节式三种，目前常用的为后两种。
它们可以在一定范围内通过调节动叶片的安装角度来调节流量。
半调节式只能在停泵后通过人工改变定位销的位置进行调节。
全调节式叶片叶轮配有动叶调解机构，通过调节杆上下移动，带动拉板套一起移动，拉臂旋钮，从而改变叶轮安装角。
轮毂是用来安装叶片和叶片调节机构的，有圆锥形、圆柱形和球形三种。
球形轮毂可以使叶片在任意角度下与轮毂有一固定间隙，以减少流体流经间隙的泄漏损失。
2轴
轴是传递扭矩的部件。
轴流式风机按有无中间轴分为两种形式：
一种是主轴与电动机轴用联轴器直接相连的无中间轴型；另一种是主轴用两个联轴器和一根中间轴与电动机轴相连的有中间轴型。
由中间轴的风机可以在吊开机壳的上盖后，不拆卸与电动机相连的联轴器情况下吊出转子，方便维修。
3导叶
轴流风机的导叶包括动叶片进口前导叶和出口导叶，前导叶有固定式和可调式两种。
其作用是使进入风机前的气流发生偏转，也就是使气流由轴向运动转为旋转运动，一般情况下是产生负预选。
前导叶可采用翼型或圆弧版叶型，是一种收敛型叶栅，气流流过时有些加速。
前导叶做成安装角可调时，可提高轴流风机变工况运行的经济性。
在动叶可调的轴流风机中，一般只安装出口导叶。
出口导叶可采用翼型，也可采用等厚的圆弧版叶型，做成扭曲形状。
为避免气流通过时产生共振，导叶数应比动叶数少些。
吸入室
轴流风机的吸入室与离心风机类似，为只有集流器的自由进气和带进气箱的非自由进气两种。
火力发电厂锅炉的送、引风机均设置进气箱。
气流由进气箱进风口沿径向流入，然后在环形流道内转弯，经过集流器（收敛器）进入叶轮。
进气箱和集流器的作用与结构要求是使气流在损失最小的情况下平稳均匀地进土叶轮。
整流罩
整流罩安装在叶轮或进口导叶前，以使进气条件更为完善，降低风机的噪声。
整流罩的好坏对风机的性能影响很大，一般将其设计成半圆或半椭圆形，也可与尾部扩压器内筒一起设计成流线型。
扩压器
扩压器是将从出口导叶流出的流体的部分动能转化为压力能，从而提高泵与风机的流动效率的部件，它由外筒和芯筒组成。
扩压器按外筒的形状分为圆筒形和锥形两种。
圆筒形扩压器的芯筒是流线形或圆台形的；锥形扩压器的芯筒是流线形或圆柱形的。
轴承
轴承有径向轴承和推力轴承。
径向轴承主要承受径向推力，防止轴径向晃动，起径向定位作用。
推力轴承主要承受轴向推力，并保持转子的轴向位置，将轴向力传到基础上。
推力轴承一般装在电动机轴顶端的机架上。
2.通风机性能参数
2.1空气动力性能曲线的基本参数
通风机空气动力性能曲线，一般可由通风机的流量、全压、动压
静压、轴功率、全压效率、静压效率、全压内效率、静压内效率_等参数来表示，以及采用流量系数、全压系数、静压系数和功率系等无因次量来表示。
1.通风机流量
通风机流量指通风机进口法兰处全压和总温状态下容积流量，用符号Q来表
示.单位为m/min.
2.通风机全压P
通风机全压指通风机出口法兰处全压与通风机进口法兰处全压之差，它表示
了气体通过通风机后的全压升高
P=P－PN/m
式中P是通风机出口法兰处绝对全压，P是通风机进口法兰处绝对全压.
3.通风机动压
通风机动压指通风机出口法兰处气体的动压
==N/m
式中—通风机出口法兰处气体状态下的气体密度㎏/m
—通风机出口法兰处气流平均速度m/s
4.通风机静压
通风机静压指通风机全压与通风机动压之差
=N/m
5.轴功率
通风机轴功率指输给通风机主轴的功率.这项轴功率是用于叶轮对气体作用所消耗的内功率和用于支持主轴的轴承机械损耗的功率,而不包括其他传动上的机械损耗.
6.内功率
通风机内功率指通风机叶轮对气体作用所消耗的功率.在通风机叶轮直接装在电动机轴上的情况下，通风机的内功率就等于电动机的输出功率:
在通风机的主轴支承在通风机本身的轴承上的情况下，通风机的内功率就等于通风机的轴功率减去轴承机械损耗所消耗的功率.
7.有效功率
通风机是通过叶轮对气体做功时，使气体的能量提高，我们把其中全压能的提高看作有效能量的提高.它所相应的功率称为全压有效功率，表示为
=kw
我们把气体静压能的提高作为有效能量的提高，它所相应的功率称为静压有效功率，表示为
=kw
式中P和P分别是指通风机的全压和静压N/m
Q—通风机流量m/min
8.效率
通风机有效功率与轴功率之比。
全压效率是全压有效功率与轴功率之比，即
=
静压效率是静压有效功率与轴功率之比.即
=
9.内效率
通风机有效功率与通风机内功率之比。
全压内效率是全压有效功率与内功率之比,即
=
静压内效率是静压有效功率与内功率之比，即
=
10.流量系数
=
式中Q—通风机流量m/min
1mp—叶轮外径m
—叶轮外缘的圆周速度m/s
11.全压系数
=
式中－通风机进口法兰处气体密度㎏/m
12.静压系数
=
13.功率系数
=
2.2压力的测量
在通风机空气动力性能试验中，对气体压力的测量包括在试验风筒壁面开孔测量静压，由复合测压计测量气流动压和静压，测量大气压等.这些压力的测量，在通风机试验中一般采用液柱式压力计、补偿式稳压计以及水银气压表。
本次实验，我们采用毕托管测压力；现场一般采用实验。
毕托管（皮托管）测量原理
在通风机性能试验中，要测出试验风管的动压大小，可以采用动压管，也就是毕托管。
毕托管也可以用来测量流速，从而算出流量。
如图3-31所示，动压管为一复合测压计，管头部通孔测全压，管外周小孔测静压。
当测压管正对着气体来流方向，头部通孔所测得气流的滞止压力即为该点的全压，外周小孔测得静压，全压和静压之差即气流的动压，可以由动压管直接测出动压的数值。
在离心式风机性能试验中还应用到补偿式微压计和大气压力计。
补偿式微压计是用来测量极小压力的压力计，它具有较高的测量精度。
测量误差可在士0.05毫米水柱以内，测量的读数是以0.01毫米来计数，可以用它来测量倾斜微压计难以测量精确的空气流速在1米/秒时的动压（约为1/16毫米水柱）。
测量范围可在0～150和0～250毫米，在通风机试验中，常常用这种补偿式微压计测量流量。
补偿式微压计结构图
大气压力计通风机试验时的大气压力测量是确定通风机进口气体状态的一项重要参数。
测量大气压力最常用的是杯形水银气压表。
图2-5表示了杯形水银气压表的原理简图。
杯形水银气压表可看作主要是由一根封闭的玻璃管和一个盛有水银的杯子组成。
玻璃管充满了水银以后，倒置在敞开的水银杯里.玻璃管的封闭端在上侧，利用水银重力向下的作用，在玻璃管长度足够的情况下.玻璃管的上侧封闭端将出现真空.这时.水银柱高度h即显示了大气的压力.为了保持水银杯中水银液面高度一定，在水银液面上设有固定的象牙尖作为液位指示。
在水银杯底下设有调节螺丝可供液位调整之用。
在测盘大气压力时，应把水银杯中的水银液面调整到与固定的象牙尖刚好碰到，以保证大气压力测量数据的可靠性。
在大气压力测量完毕后，应调整调节螺丝使杯中的水银液面离开象牙尖，避免象牙尖由于与水银长期接触而沾污。
2.3流量的测量
通风机的流量，无特殊说明时，一般是指进口状态下的容积流量。
在通风机空气动力性能试验中，通常是采用集流器或孔板进行流量测量。
本次实验我们采用集流器和毕托管测量流量。
集流器测流量原理介绍在进气试验装置及进、排气联合装置中，都在进气试验风，集流器测量装置
2.4转速的测量
通风机的流量与转速大小成正比，压力大小与转速平方成正比，功率大小与转速立方成正比。
而通风机性能试验的目的就是为了求得在规定转速下所产生流量、压力、所耗功率及其效率间的相互关系。
所以，转速的精确测量是获得风机特性的重要条件。
通风机试验时的转速测量一般可采用数字式转速仪和频闪式测速仪，本次实验采用数字式测速仪。
数字式测速仪简介
数字转速计由测速传感器和电子计数器两大部分组成：
一方面，从旋转体中取出的与转速成比例的脉冲信号，通过整形电路中整形放大；另一方面，由石英晶体震荡器来的信号所形成的门电路脉冲，在一定时间内打开门电路，在此期间进入门电路的脉冲通过计数电路而被计数，计数结果就显示或者记录下来。
该测速仪有较高的精度，测量误差可在0.1%以内。
转速读数是以数字形式
直接显示的，测量范围可达每分钟几十万转以上。
因此，是目前直接测量转速的一种精密而使用方便的仪器。
2.5功率的测量
功率通常是指机械的回转功率。
在通风机试验中，要获得通风机的效率，
功率的测量是必不可少的。
这些功率的测量，一般可包括通风机的内功率和
轴功率通常采用的测功方法有扭矩法和电测法等等。
本次实验我们采用电测法测功率。
电测法测量原理介绍电力测功法是一般通风机产品出厂试验中用得最为广泛的一种功率测量方法，它是采用电功率测量设备测量出电动机的输入电功率N，然后根据电动机效率N和机械传动效率来确定通风机的轴功率和内功率等。
三相功率可以采用二个单相瓦特表来测量，测量的三相功率为二个单相瓦特表功率之代数和。
为了使用上的方便，常常采用由二个单相瓦特表元件组合成一体的三相瓦特表来测量，测量的三相功率的大小就可以从三相瓦特表一次直接测出。
在一般的情况下，可以按照瓦特表的规定，采用如图2-28所示的电路直接进行三相功率测量。
这个电路无论对于采用一个三相瓦特表，还是采用二个单相瓦特表都是相同的。
瓦特表中的AB线圈为电流线圈，CD线圈为电压线圈。
瓦特表上带有“*”或“士”符号的电流。
电压接线头除了特殊说明外，一般都是指与电流的同一进线相连接。
三相功率的测量
3轴流式风机空气动力性能的实验室测量3.1轴流式风机空气动力性能的实验测定
通风机实验装置分为风管式和风室式实验装置两类。
在此，主要介绍风管式实验装置；根据试验风管与风机进气口和出气口连接方式不同，分为进气、出气和进出气三种实验装置。
本次设计我们选择进气试验装置重点介绍。
进气实验装置，在通风机进气口端面连接测试风管，而出气口端开向大气，他由进口集流器，试验风管，多孔整流栅和节流金属网等部分组成。
进气实验装置图
1-离心式试验风机2-接头3-多孔整流栅4-试验管路5-节流金属网6-进口集流器7-压力机8-大气压力计9-温度计
3.2轴流式风机性能曲线分析
1.H（P）-性能曲线是一条陡降的倒S形曲线，即=0时压头最大，压头随流量的增大而急剧下降，在后压头反之随流量增大而升高，直到后转折。
轴流式风机之所以这种性能，其原因是流量从设计工况开始减小时，流体进入叶珊的入流角减小，因此翼型的冲角增大，从而使压头增高。
当流量达到曲线上c点对应的时，冲角已增大到使翼型产生脱流而造成失速现象，因此升力系数降低，压头下降。
当流量减少到曲线上b点对应的时，压头又继续升高。
这是由于在叶轮的叶片中产生二次回流之故。
轴流式风机当流量很小时，不同半径上流束的压头不相等，叶片顶部流束的压头高，根部的压头低，导致部分从叶顶流出的流体又又返回叶轮再次获得能量，使得压头升高。
轴流式风机的性能曲线
2.p-性能曲线是一条下降趋势的曲线，即轴功率随流量的增大而减小。
=0时轴功率最大。
其原因是，由于H-为陡降型，大流量时流量增大增加的功率小于扬程下降减少的功率。
随着流量的减少，二次回流加剧，流体的流动更加混乱，流体的相互撞击和回流与叶片的撞击使能量损失增大，导致轴功率的迅速的增加。
鉴于轴功率P在空转状态时最大，为避免原动机过载，轴流式风机启动时管路中的阀门应全开。
3.轴流式风机的高效区工况窄。
其原因是失速现象的尾涡损失和二次回流的撞击损失使效率急剧下降。
因此轴流式风机的经济工况区范围小，工作流量一旦偏离额定流量，效率将明显下降。
如果采用动叶片可调的轴流式风机，则可扩大它们经济工作的范围。
4通风机性能测试实验
4.1轴流式风机的性能实验
一、实验目的
1.熟悉轴流式通风机的实验装置；
2.掌握轴流式通风机性能曲线的测定方法；
3.熟悉个实验仪器的使用方法。
二、实验装置与实验原理
根据国家标准GB1236-2000《通风机空气动力性能试验方法》实际并制作了本实验装置，本实验采用了进口实验法以及出口实验法。
流量采用皮托-静压管（皮托管）测定法。
实验装置如下图所示：
空气经过调节风门进入风管（出气实验为出口端连接风管，经由调节风门通向大气）在整流格栅后面使用毕托管和微压计测量试验管内静压与动压，用温度传感器测量断面温度，大气压力由大气压计测量的出，然后计算出断面平均流速和风量，通风机进口压力，通风机出口压力，通风机全压以及通风机有效功率等。
轴功率由功率表读出。
风机效率η、流量、风压p和轴功率P由计算得出。
三、计算
由于本实验台气流马赫数小于0.15根据国家标准GB1236-2000规定，流经通风机和试验风道的空气可以看做是不可压缩流体。
1.断面平均流速c及容积流量
断面平均流速c及容积流量用毕托静压管测定。
为了测定风量，将风管断面等成等面积的圆环，测定各个圆环的静压动压。
平均流速按下式确定：
式中ε—膨胀系数，取1；
α—流量系数，一般取0.99即可。
式中QUOTE错误！
未找到引用源。
—流量测量断面空气密度；
K—流量测量断面温度；
R—湿空气气体常数，取R=288J/（Kg∙K）。
容积流量计算
通风机进口压力
进口静压
进口全压
通风机出口压力
通风机出口静压
通风机出口全压
通风机压力p
通风机压力p可按下式求得
通风机静压
通风机有效功率的计算
6.通风机效率η的计算
供给通风机轴的机械功率用各相功率相加得到
7.通风机轴效率
四、实验步骤
按要求记录实验常数和仪器常数。
安实验装置图接好各个实验设备和测试仪器（电源、微压计或者压力传感器、毕托管测压系统以及温度测量系统）。
将调节阀门调至全开状态，起动电机，运行稳定后在表中记录各项初始实验数据。
逐渐开小阀门开度，没调节一次阀门称为一个工况，在表中记录工况的所有数据，共计15个工况。
5.将计算结果记录在表中，并在坐标纸上绘制出额定转速下的风机性能曲线（、、）
五、注意事项
轴流式风机的特点是风量越小，轴功率越大，所以本实验不做关闭阀门的工况点，不要在关闭阀门时启动电动机，以防电机过载。
进口实验和出口实验静压及全压计算公式不同，其余均一致。
六、实验数据及性能曲线
1.出气实验实验数据
2.计算结果
3.性能曲线
轴流式风机性能曲线
p-qv
�-qv
P-qv
4.2离心式通风机性能试验
一、实验目的
1.熟悉离心式通风及实验装置
2.掌握离心式通风机性能曲线的测定方法
3.熟悉各实验仪器的使用方法
二、实验装置及所用仪器
风机性能试验采用进气实验装置。
它由锥形集流器、圆形吸风筒、“井”形进气整流器、节流器及通风机等组成。
其风筒横截面积与风机入口的横断面积相等。
在距风洞入口D/2（D为风筒直径）处设有一处静压管头，与补偿式微压计相接，测定该处的静压值，用以计算流量（流量也可用毕托管测量）。
在距入口1D处设有调节流量用的网栅节流器；在风筒末端处设一组测压管头，与倾斜式压力计相接，测量通风机进口静压的大小，用以计算通风机的风压。
实验风筒内气流可能产生阻力损失，为使测点附近气流稳定，在通风机进口前顺气流方向设置“井”形进口整流栅，因其产生阻力损失，在其性能计算时应考虑其对压力的影响。
通风机由直流电动机驱动，采用联轴器连接；直流电动机
配有启动变阻器和调速变阻器；其转速用手持离心式
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