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时间:2020-01-22 03:09来源:服务支持
第一章 流体力学基础 离心风机 西安建筑科技大学 粉体工程研究所 1 1.9 离心风机 ? 把一定流量的流体沿管路系统从一处送到另一处,常采用 流体输送机械来实现。 ? 输送机械向流体传

  第一章 流体力学基础 ——离心风机 西安建筑科技大学 粉体工程研究所 1 1.9 离心风机 ? 把一定流量的流体沿管路系统从一处送到另一处,常采用 流体输送机械来实现。 ? 输送机械向流体传递的能量,用来克服管路系统的能量损 失,提高流体位能,满足工艺对压力的要求。 2 1.9 离心风机 ? 风机已有悠久的历史。中国在公元前许多年就已制造出简 单的木制砻谷风车,它的作用原理与现代离心风机基本相 同。 1862 年,英国的圭贝尔发明离心风机,其叶轮、机壳为 ? 同心圆型,机壳用砖制,木制叶轮采用后向直叶片,效率 仅为40%左右,主要用于矿山通风。 3 1.9.1 离心风机的基本结构和工作原理 基本结构:离心式风机的基本部件是由叶轮和固定的机壳组成。 1-吸入口; 3-叶片; 5-机壳; 2-叶轮前盘; 4-后盘; 6-出口; 7-截流板(风舌);8-支架 离心式风机主要结构分解示意图 4 1.9.1 离心风机的基本结构和工作原理 1-吸入口; 3-叶片; 5-机壳; 2-叶轮前盘; 4-后盘; 6-出口; 7-截流板(风舌);8-支架 工作原理:叶轮随转轴旋转时,叶片间的气体也随叶轮旋转而获得 惯性离心力,并使气体从叶片间的出口甩出。被甩出的气体挤入机 壳,于是机壳内的气体压强增高,最后被导向出口排出。气体被甩 出后,叶轮中心部分的压强降低。外界气体就能从风机的吸入口通 过叶轮前盘中央的孔口吸入,源源不断地输送气体。郑州映山红包装印刷 5 1.9.2 离心风机的性能参数与性能曲线 选择标准:安全高效运行 主要性能参数:流量、压头、效率、轴功率等,它们之间的关系用 性能曲线) 流量 Q :单位时间内风机所输送的流体量,常用体积流量表示, 单位m3/s或m3/ h ,与风机的结构、尺寸和转速有关。 (2)压头p:风机对单位体积流量所提供的有效能量,单位为pa。 (3)效率η:风机在实际运转中,由于存在各种能量损失,致使其 实际 ( 有效 ) 压头和流量均低于理论值,而输入的功率比理论 值为高。反映能量损失大小的参数称为效率。效率与风机的 类型、尺寸、加工精度、气体流量和性质等因素有关。通常, 小风机效率为50%~70%,而大型风机可达90%。 6 1.9.2 离心风机的性能参数与性能曲线) 轴功率N与有效功率Ne:由电动机输入风机轴的功率。单位为W或 kW。离心风机的有效功率是指气体在单位时间内从叶轮获得的能量, 则有 Ne ? Qp N e Qp N? ? ? ? (5)转速n:风机与风机叶轮每分钟的转数即“r/min”。 离心风机的性能参数 离心风机的压头p、轴功率N及效 率均随流量而变,它们之间的关 系可用离心风机工作性能曲线表 示。 风机的性能曲线 离心风机的性能参数与性能曲线 离心风机的工作性能曲线 离心风机的压头p、轴功率N及效率均随流量而变,月饼盒包装印刷 它们之间的关系可用离心风机工作性能曲线表示。 ?离心风机的轴功率随流量的增大而上升。在 启动离心风机时,应关闭风机的出口阀门,以 减少启动电流,保护电机; ?离心风机铭牌性能参数——最佳工况参数。 ?离心风机应尽可能在高效区(在最高 效率的92%范围内)工作。 注意:测定标准条件大气压强为 101.325kpa、空气温度为20°C。 风机的性能曲线 风机设计 点,最佳 工况参数 Qs,Ps,Ns 1.9.3 离心式风机性能参数的换算 当气体性质(温度、压强)、郑州映山红包装印刷风机的结构尺寸、风机的转速等参 数任一个发生变化时,都会改变风机的性能,此时需要对风机的 性能参数或性能曲线) 气体密度的影响 当输送介质的温度和压强改变时,风机的性能参数也发生相应的改变。 Q ? Q0 ,且 ? ? ? 0 273 ? t0 p B ? ? p0 101.325 273 ? t 273 ? t0 N B ? ? N0 101.325 273 ? t (2) 离心风机转速n的影响 B:当地大气压强,单位为kPa; t:被输送气体的温度,℃。 当气体的粘度不大,效率变化不明显时,不同转速下风机的流量, 压头和功率与转速的关系可近似表达成如下各式,即 9 Q1 n1 ? Q2 n2 p1 ? n1 ?? p2 ? ? n2 ? ? ? ? 2 N1 ? n1 ? ? ?? ? N 2 ? n2 ? ? 3 离心风机 比例定律 Q1、p1、 N-转速为 n1时风机的体积流量、压头和轴功率; 1 Q2、 p2、 N-转速为 n2时风机的体积流量、压头和轴功率。 2 适用条件:离心风机的转速变化不大于±20%。 (3) 离心风机叶轮直径的影响 当离心风机的转速一定时,流量、压头与叶轮直径有关 ,它们 之间的近似关系为: Q ?D ? ?? ? Q ? D2 ? 2 3 p ?D ? ? ?? ? p ? D2 ? ? 2 2 ?D ? N ? ?? ? N ? D2 ? ? 2 5 离心风机 切割定律 ? p? Q、 N ?—叶轮直径为D2 、 时风机的性能; Q、 p、 N —叶轮直径为D2 时风机的性能。 适用条件:固定转速下,叶轮直径的车削不大于20%D2。 10 1.9.4 离心式风机的工作点及流量调节 (1) 管路特性曲线 一般情况下,维持流体在管路中流动消耗的能量,用于补偿管路两 端的高压容器与低压容器的压强差 ?p 和克服气体在管路中的流动 阻力及由管道排出时的动压头。 2 p ? ?p ? S pQ 管路特性 方程式 pa; ?p-管路两端的压差, p-管路在流量时需要提供的总压头, pa ; m3 / s ; Q-管路中流体的体积流量, S p—阻抗,与管路系统的沿程阻力与局部阻 力以及几何形状有关,kg / m 。 7 11 离心风机的工作点 安装于管路中的离心风机必须同时满足管路特性方程与风机的 特性方程,即 管路特性方程: 风机的P-Q线性能方程: P ? ?p ? S pQ2 P ? f (Q) 联解上述两方程即可得到两条曲 线的交点;如图中所示的点M。 对所选定的风机以一定转速在此 管路系统操作时,只能在此点工 P ? Pe ,Q ? Qe 。 作。在此点, 管路特性曲线 离心式风机的工作点及流量调节 离心风机的流量调节 (1) 改变管路特性曲线—改变风机出口阀开度 开大阀门,使值变小,管路特性曲线变平坦, 使流量增大,如图中曲线所示;反之,关小 阀门,流量变小,如图中曲线所示。 优点:采用阀门调节流量快速简便,流量可 连续变化,因而应用广泛。 缺点:阀门关小时,不仅增大了管路系统 流动阻力,而且使风机的效率下降,齿轮减速电动机图片经济 上不太合理。 改变阀门开度时工作点变化 13 (2) 改变风机的性能曲线 根据比例定律和切割定律,改变风机的转速,车削叶轮直径均可 改变风机的性能曲线,从而达到调节流量(同时改变压头)的目的。 说明:n1 ? n ? n2 优点:在一定范围内能保持风机在高效 区工作,能量利用较合适; 缺点:改变风机的转速需配置变速装置 或价格昂贵的变速电机,车削叶轮又不 太方便,生产上很少采用。 已知:某管路系统风量为500m3/h时, 系统阻力为300Pa,预选一个风机的 性能曲线)风机实际工作点; (2)当系统阻力增加50%时的 工作点。 改变风机转速时的工作点变化 风机工况 14 解:(1)先绘出管路特性曲线 2 500 可绘出管路特性曲线与风机性能曲线交点(工作点) p ? 550Pa时, Q ? 690m3 / h 得出: S? (2)当阻力增加50%时,管路特性曲线将有所改变。 Q ? 750m3 / h, p ? 675Pa Q ? 250m3 / h, p ? 75Pa S? 300 ?1.5 ? 0.0018 2 500 Q ? 500m3 / h, p ? 450Pa Q ? 750m3 / h, p ? 1012Pa Q ? 250m3 / h, p ? 112Pa ?100% ? 17% 可绘出管路特性曲线与风机性能曲线交点(工作点) 得出: 610Pa时, Q ? 570m3 / h 690 ? 570 总结:当压力增加50%时,风量减少 690 ,即压 力急剧增加,风机风量相应降低,但不与压力增加成比例。计算 结果与所要求的风量不等。调整:(1)减少管道的阻力损失; (2)更换风机;(3)改变风机转数。 15 1.9.5 离心式风机的并联和串联操作 当单台风机不能满足输送任务要求时,可采用离心风机的并联或串 联操作。 1.9.5.1 离心风机的并联 并联风机的性能曲线可以这样得到:依据 图上单台风机特性曲线上一系列坐标点, P 保持压头不变,而将流量加倍,连接一系 P并 列加倍横标值的点便可得到两台风机并联 P 操作的合成特性曲线。 Pe - Qe 并联风机的工作点由并联性能曲线与管路 特性曲线的交点决定。由图可见,由于流 量加大使管路流动阻力加大。因此,齿轮减速电动机图片并联 后的总流量必低于单台风机流量的两倍,郑州映山红包装印刷 而并联压头略高于单台风机的压头。并联 离心风机的并联 风机的总效率与单台的效率相同。 16 1.9.5.2 离心风机的串联 串联风机的合成性能曲线可用图上单台风 机特性曲线保持流量不变,压头加倍的方 法合成曲线。 同样,串联风机的工作点由合成特性曲线 与管路特性曲线交点来决定。由图可见, 两台风机串联操作的总压头必低于单台风 机压头的两倍,流量大于单台风机的,串 联风机效率为Q串下单台风机的效率。 1.9.5.3 离心风机组合方式的选择 组合方式选择原则: (1) 如果单台风机所能提供的最大压头小于管路要求提供的压头 值,则只能采用风机的串联操作。 17 P P串 P 离心风机的串联 1.9.6 离心式风机的并联和串联操作 (2) 对于管路特性曲线较平坦的低阻型 管路(如图中的曲线l所示),采用并联组 合方式可获得较串联组合为高的流量和 压头;反之,对于管路特性曲线较陡的 高阻型管路,则宜采用串联组合方式(如 图中曲线 并 Q 单 串 离心风机的选择原则 : 离心风机的 组合方式的选择 (1)根据被输送气体的性质和操作条件,确定风机的类型; (2)根据工程计算获得管路系统对风机提出的流量Q和压头p的要求, 从风机的样本、产品目录或系列特性曲线)核定风机的轴功率。若输送介质的密度与空气的密度相差较大,月饼盒包装印刷 18 则要核算风机的轴功率。 已知:某地大气压为98.07kPa,输送温度为70°C的空气,风量为 11500m3/h,管道阻力为200mmH2O。 问题:试选用风机、应配套的电机。 解:将输送风量增加10%作为选用时的依据。由于风管系统压头不高, 风压也只增加10%作为选用时的依据,即: 101.325 273 ? 70 p0 ? p ? 98.07 273 ? 20 Q ? 1.1?11500 ? 12650m3 / h 换算 p ? 1.1? 200 ? 220mmH2O ? 220 ?1.033 ? Q0 ? Q ? 12650m3 / h 343 ? 266.2mmH 2O 293 从离心风机样本的4-72-11型风机性能与选用件表中选用4-7211No.5A高效离心风机。该机性能表中序号6工况点参数为: n ? 2900r / min p0 ? 268mmH2O Q0 ? 12780m3 / h N0=10.5kW 序号中还列出轴功率 : 配用电机型号 : JO2-52-2(D2/T2),13kW。 19

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