风机系统效应.doc

风机规范系统效应Mark Stevens 2AMCA International In Motion为了使风机获得其额定的性能，使用风机制造厂商所提供的性能来选择风机，在风机入口处的气流必须被充分的发展成形、对称并且不产生涡流。连接出口处的风管设计应能使风机产生的不均匀的流场分布曲线经过扩散后成为近似完全成形流，如图1所示。当上述条件无法满足时，对风机性能的影响称为系统效应。轴流式风机图1100%有效风管长度AMCA发行201号技术公报，对一般造成系统效应的许多原因进行量化，并且对如何避免产生系统效应提供建议。在风机入口侧，AMCA201号技术公报建议靠近风机入口的弯头应当位于该风机上游至少三倍风管直径距离处，同时认知如果弯头位于风机上游的五个直径范围内，多少总会造成系统效应。图2在风机出口侧，AMCA号技术公报引入了术语“有效风管长度”。当风管速度在2500 fpm(12.5m/s)或更低时，有效风管长度应至少为2.5倍风管直径，每增加1000 fpm(5m/s)，即应增加一个风管直径。离心式风机在其出口处需要100%的有效风管长度以避免系统效应，而导翼轴流式风机只需要50%的有效风管长度。 当系统效应无法避免时，AMCA 201号技术公报提供其量化的计算方法。下列的两个系统范例系直接取自该技术公报。第一个系统如图2所示，在离心式风机出口连接一段较短的风管，风管之后连接一段风箱，风箱的横截面积比风管的横截面积大10多倍。如果我们以气流的相反方向来考量压力损失，该风管从E到F的速度是14.4 m/s，等于124.5 Pa的动压(Pv)，在F点动压为124.5 Pa，静压(Ps )为0.0 Pa，故全压(Pt)为124.5 Pa。因风管的摩擦会导致Ps逐渐增加且Pt回至点E。如果风管横截面积恒定，则此段风管系统的Pv亦是恒定的。由于从风箱到风管的突缩段导致49.8Pa的能量损失，在风箱中Pt的需求是921.3Pa，即Pt=Ps (747 Pa)+Pv (124.5 Pa)+ 突缩段（49.8 Pa ）。气流从D到E经过风箱的速度相对偏低，在风箱的Pv近乎0.0 Pa，故风箱内Ps=Pt=921.3 Pa。在点D，气流自风管进入风箱时，突扩段产生的能量损失相当于Pv。在风机出口和风箱之间有一段2.5倍等效直径长度的风管，等于在风机额定测试时使用的风管长度，故在风机出口风管的Ps与风机额定测试时量测的Ps是相等。风管段说明压力损失C-D测试風机的出口風管0 PaD动压(全压亦同)无损失是风速降低所致自风管至风箱D处静压未变0 PaE突缩段-风箱至风管49.8 PaE在点E建立速度所需静压能量124.5 PaE-F风量1.42CMS的风管磨擦损失747 Pa所需风机静压921.3Pa第二系统与第一系统相似如图3所示，除了风机出口处的风管段被省略之外。该风机将气流直接排入风箱，形成系统效应。图3请注意下表包括系统效应的压力损失。该系统效应计算如下:图4假设本例喷出面积(Blast area)/出口面积(Outlet area)=0.6（见图4）此简单的系统效应范例突显出需要更多功率以克服其所产生的压力损失。倘我们假设上述两个系统都使用相同的风机，且运转点仅改变转速即可达到。则为克服系统效应所增加的功率消耗约为原系统功率的25%。计算说明如下:风机定律指出为增加压力以克服因系统效应产生的149.4 Pa压力损失，需增加8%转速。风机压力改变与转速改变的平方成比例，以反向见以下公式：风机功率改变与转速改变的立方成比例，风管段说明压力损失B-C系统效应149.4 PaD动压(全压亦同)无损失是风速降低所致自风管至风箱C处静压未变0 PaE突缩段-风箱至风管49.8 PaE在点E建立速度所需静压能量124.5 PaE-F风量1.42CMS的风管磨擦损失747 Pa所需風机靜壓1070.7 Pa引用此比率0.6，查对图5中适用的系统效应曲线（取自AMCA 201号技术公报图8.3）无风管12% 有效风管25% 有效风管50% 有效风管100% 有效风管噴出面积 出口面积适用系統效应曲線0.4PR-SUW-0.5PR-SUW-0.6R-SS-TU-VW-X-0.7SUW-X-0.8T-UV-WX-0.9V-WW-X-1.0-图5风机出口风管的系统效应曲线然后，查对图6中的曲线R（取自AMCA 201号技术公报图7.1），可得知系统效应等于149.4Pa。尝试从读者的角度指出，因为该范例系统开始时的压力需求相当低，而任何系统效应因素加到该系统后压力需求将显得很大。然而，应当注意的是，AMCA 201号技术公报指出在设计不良的系统中，有证据显示高达45%的流量损失，并且Bill Cory在风机和系统一文中亦指出流量降低可能高达60%之多。在本讨论中不应当忽略的课题，由于缩小机房空间所增加的风机功率成本与从增加可用楼板面积所增加收入之间的经济平衡。增加风机速度增加风机速度以克服系统效应，需要注意如此作法的真正危险所在。风机的结构元件受风机速度所影响，如果超过风机的最大安全速度，这些结构元件会发生灾难性的故障。在增加风机速度之前，请与制造厂商联系，以确定不会超过该风机的最大运转速度。此外，如上所示，即使是相对很小的速度增加，也会增加费很多的能耗。在增加速度之前，应首先计算所需的能耗，并确保该风机的电动机和供电系统具有足够的容量。最后，当风机速度增加时，该风机的