对旋轴流风机的研究与结构设计文献综述(李添辉)

1、对旋轴流风机的研究与结构设计文献综述学 生：李添辉指导老师：黄继贤（厦门理工学院机械工程系，厦门 361024）【摘 要】：我国是煤矿大国，经常存在不同程度大小的瓦斯爆炸。因此对风机的研究具有重要的意义。我国风机种类繁多，普遍存在着高噪声，低效率，容易产生爆炸。本文献综述主要介绍风机的种类、应用和对旋风机的主要参数、及其系统，以及电机类型，同时也介绍了目前存在的问题。【关键词】：风机的种类、对旋风机、噪声、效率、电机一、风机的分类1 风机是我国对气体压缩和气体输送机械的习惯简称。通常所说的风机包括通风机、压缩机以及罗茨鼓风机，但是不包括活塞压缩机等容积式鼓风机和压缩机。按气流运动方向的风机分类

2、按照气流运动来进行风机分类的有：1离心风机   气流进入旋转的叶片通道，在离心力作用下气体被压缩并沿着半径方向流动。2轴流风机   气流轴向进入风机叶轮后，在旋转叶片的流道中沿着轴线方向流动的风机。相对于离心风机，轴流风机具有流量大、体积小、压头低的特点，用于有灰尘和腐蚀性气体场合时需注意。3斜流式（混流式）风机   在风机的叶轮中，气流的方向处于轴流式之间，近似沿锥流动，故可称为斜流式（混流式）风机。   这种风机的压力系数比轴流式风机高，而流量系数比离心式风机高。按照压力

3、来进行风机分类的有：1低压离心风机   风机进口为标准大气条件，风机全压PtF1kPa的离心风机。2中压离心风机   风机进口为标准大气条件，风机全压为1kPaPtF3kPa的离心风机。3高压离心风机   风机进口为标准大气条件，风机全压为3kPaPtF15kPa的离心风机。4低压轴流风机   风机进口为标准大气条件，风机全压为PtF0.5kPa的轴流风机。5高压轴流风机   风机进口为标准大气条件，风机全压为0.5kPaPtF15kPa的轴流风

4、机。按比例大小的风机分类 比转速是指要达到单位流量和压力所需的转速，按比例大小风机分类有：1低比转速风机（ns=1130）2中比转速风机（ns=3060）3高比转速风机（ns=6081）按用途风机分类，可分为引风机、纺织风机、消防排烟风机等。二、 风机的应用2 风机广泛地应用于各个工业部门，一般讲，离心式风机适用于小流量、高压力的场所，而轴流式风机则常用于大流量、低压力的情况，应根据不同的情况选有不同的风机分类。1、锅炉用风机    锅炉用风机根据锅炉的规格可选用离心式或轴流式。又按它的作用分为锅炉风机向锅炉内输送空气；锅炉引风机把锅炉内的烟气抽走。2、通风换气用

5、风机    这类风机一般是供工厂及各种建筑物通风换气及采暖通风用，要求压力不高，但噪声要求要低，可采用离心式或轴流式风机。 3、工业炉（化铁炉、锻工炉、冶金炉等）用风机    此种风机要求压力较高，一般为294014700，即高压离心风机的范围。因压力高、叶轮圆周速度大，故设计时叶轮要有足够的强度。4、矿井用风机    它有两种：一种是主风机（又称主扇），用来向井下输送新鲜空气，其流量较大，采用轴流式较合适，也有用离心式的；另一种是局部风机（又称局扇），用于矿井工作面的通风，其流量、压力均小，多采用防爆轴

6、流式风机。5、煤粉风机    输送热电站锅炉燃烧系统的煤粉，多采用离心式风机。煤粉风机根据用途不同可分两种：一种是储仓式煤粉风机，它是将储仓内的煤粉由其侧面吹到炉膛内，煤粉不直接通过风机，要求风机的排气压力高；另一种是直吹式煤粉风机，它直接把煤粉送给炉膛。由于煤粉对叶轮及体壳磨损严重，故应采用耐磨材料。三、对旋风机的主要性能参数4 对旋风机的主要性能参数包括流量（可分为排气和送风量）、压力、气体介质、转速、功率。在设计制造风机时，应明确标明风机应用环境的大气压力、环境温度、气体成分。1、流量 对旋风机流量是用出气流量换算成其进气状态的结果来表示的，通常以M3/mi

7、n、M3/h表示。但在压比为1.03以下时，也不妨将出气风量看作为进气流量。在化学工业等领域中，以M3/h（常温常压）来表示的情况居多，它是将流量换算成标准状态，即0、0.1Mpa干燥状态。另外有时还以质量M按kg/s来表示的。2、压力 为进行正常通风，需要有克服管道阻力的压力，风机则必须产生出这种压力。风机的压力分为静压、动压、全压三种形式，其中，克服前述送风阻力的压力为静压；把气体流动中所需动能转化成压力的形式为动压，实际中，为实现送风目的、就需有静压和动压。静压ps为气体对平行于气流的物体表面作用的压力，它是通过垂直于其表面的孔测量出来的。所谓风机的全压是指由风机所给定的全压增加量，即风

8、机的出口和进口之间的全压之差。所谓风机的静压是指有风机的全压减去风机出口的动压。此外风机中的压力还会受到不同因素的影响如：气体的物理性质及主要混合气体的成分、外界温度、气体密度等影响，同时还存在着压力损失，这中损失取决于管道的长度、表面粗糙度、弯度、截面积变化程度等。3、效率效率有全压效率=QP/N、静压效率s=QPs/N和级效率、装置效率、运行效率等, 风机的实际运行经济性与风机本身效率高低有关, 而主要取决于其压力特性和管网特性的配合。全压效率大于静压效率，级效率大于装置效率，而装置效率又大于运行效率，只有运行效率高，才有实际的节能效果。国务院要求风机运行效率应达70%以上！四、 对旋风机

9、及其系统41. 集流器 2. 前消声筒 3. 注油杯 4.电 机 5. 机壳 6. I级叶轮 7. II级叶轮 8. 放油杯 9. 扩散器 10. 消声层系统指从一处或多处向另一处或多处输送空气、气体或蒸汽而设计的一系列风筒、管路、弯路和支管的总称。风机提供了克服系统气流阻力必要的能量，并使空气或气流通过系统。典型系统的一些组件有：通风扇、格栅、扩散器、过虑器、加热和冷却盘管、空气污染控制装置、燃烧装置、体积流量控制调节风门、混流箱、消声器、管网和有关配件。系统空气简单地说，包括风机及与其进口或出口或两者都连接的管路。较为复杂的空气系统包括风机、管网、空气控制调节风门、冷却管、加热管、过虑器、

10、消声器和叶片等。风机是本系统内给气体以能量，用以克服其他部件的流动阻力的一个组成部分。有时需要在同一个系统“串联”安装两台或多台风机。如果风机由单一装置组成，该装置通常称为“多级”风机。这种风机装置很少用于普通的通风和空调系统，但在一些特殊的工业系统中还是经常使用的。在理论上，两台串联运行的风机的组合流量压力曲线是在同一体积流量时将风机压力相加得出的。实际上，由于后面级空气密度的增加，体积流量有些减少。由于不均匀的气流进入第二级进口，性能损失通常很大。建议要求风机制造厂审查所提出的系统设计，并对安装性能进行一些估算。风机经常并联地安装和运行在同一个系统中，尤其是要求大风量时更是如此。五、对旋风

11、机配套用电动机对旋风机配套用电动机的特点是型号规格多、结构复杂，功率范围变化大，额定功率从0.110000kW、电压由低（220V、380V）到高（10000V、6000V、3000V）、电动机环境温度由常温（20）到120、可有单速到多速（或变速）。电源可以是交流或直流、除卧式与立式外、还有端盖连接、脚底安装结构。对旋风机配套专用电动机有YSF、YT系列节能三相异步电动机；YBF系列风机用隔爆型三相异步电动机；YCF系列风机用异步电动机；YCL系列低噪音冷却专用三相异步电动机；YSD系列小功率多速三相异步电动机；YCT系列电磁调速电动机；YTC系列齿轮减速电动机等。此外还有风机配套用途电动机

12、：YDW系列低噪声外转子三相异步电动机；YXF、YDXF系列高温消防排烟用三相异步电动机；YC、YY系列单相异步电动机；YS、YU系列单相；三相异步电动机；YYW系列单相电容运转塑封空调用电动机；YF系列风机用异步电动机；YD系列多速三相异步电动机；YL系列双相电容。电动机的选择内容应包括：电动机的类型、安装方式及外形安装尺寸、额定功率、额定电压、额定转速、各项性能经济指标等，其中以选择额定功率最为重要。选择电动机功率的原则，是在电动机能够满足各种不同风机要求的前提下，最经济最合理地确定电动机功率的大小。如果功率选得过大，会出现“大马拉小马”现象，这不仅使风机投资费用增加，而且因电动机经常轻载

13、运行，其运行功率因数降低；反之，功率选得过小，电动机经常过载运行，使电动机温升过高，绝缘易老化，会缩短电动机的使用寿命，同时还可能造成起动困难。因此，选择电动机时，首先应是在各种工作方式下选择电动机的额定功率。选择电动机的基本步骤包括：从对旋风机的要求出发，考虑使用场所的电源、工作环境、防护等级及安装方式、电动机的效率、功率因数、过载能力、产品价格、运行和维护费用等情况来选择电动机的电气性能和力学性能，使被选用的电动机能达到安全、经济、节能、和合理使用之目的。六、 控制通风机噪声方法综述51 通风机噪声产生机理及其特征   通风机的种类很多，在选用通风机时，要求安全高效噪声

14、低。由于其种类和型号不同，所产生的噪声强度及其频率也有所区别，但从噪声产生的机理和机组向外辐射噪声的部位来看，却有着共同点。 通风机在一定工况下运转时，产生的噪声，主要包括空气动力性噪声和机械性噪声两大部分，其中空气动力性噪声的强度最大，是通风机噪声的主要部分。2 在噪声源上控制通风机噪声的方法   由通风机气动噪声产生机理可知，合理的气动设计是获得低气动噪声最根本的方法，通流部件结构参数的合理选择匹配不但可获得高的效率，而且相应的噪声也低。具体说，在通风机设计阶段主要应考虑以下几方面。21 增加叶栅的气动力载荷，降低圆周速度22 合理的动叶与静叶（风舌）间的间距（间隙）2

15、3 倾斜风舌（导叶）24动叶与静叶数合理匹配3 在传播途径上控制通风机噪声的方法31 在通风机出气口管道上安装消声器  在通风机噪声中，进、出气口辐射的空气动力性噪声强度最大，所以控制通风机噪声，首先应将这部分噪声降下来。在通风机进、出气口安装消声器是抑制通风机噪声的最有效措施。3.2 通风机机组加装隔声罩 通风机进、出气口安装消声器可以消减空气动力性噪声，即把通风机最强部分的噪声消除掉。但是，如果现场对降噪的要求较高，通风机的机壳、电动机、基础振动等部位辐射的噪声也需要控制时，那就得采取综合治理措施。最常用也是最有效的措施是加装通风机机组隔声罩。33 采取改造通风机机房的综合治理措

16、施 如果有专门的通风机机房，则可结合现场情况采取将通风机机房改造成单间的降噪方法，即把通风机机组封闭在通风机机房内使其噪声传不出去，这样机房的噪声虽大，但外界噪声则小多了。密封的通风机机房上要安装进气口消声器，以供通风机吸气和电动机、机壳等散热之需要。在通风机出气管路上也可再装一个消声器一减弱通风机出气噪声。通过实践证明，采取改造通风机机房的噪声综合治理措施，结果是令人满意的。4 总结对通风机噪声的控制，最根本的措施是从声源上根治噪声，即设计制造高性能、低噪声的通风机是控制通风机噪声的根本途径。对已安装投人使用的通风机，进行合理的结构改造和安装适当的消声器是控制通风机噪声的主要手段。噪声控制要

17、求较高时，则须要同时采取减振、基础隔振、吸声和隔声等多种措施综合治理机组的机械噪声、振动和电磁噪声，以便得到满意的减噪效果。七、 矿用风机现状和对旋风机存在的问题6矿用局部通风机(即局扇) 是一种特殊用途的防爆风机。是煤矿采掘中不可缺少的通风设备,使用量大,应用面广,耗能甚多,其性能特性和制造质量的优劣,与煤矿生产安全关系重大。随着工作面的推进,要求风机压力逐渐升高,而风量基本保持不变。矿工们就工作在它的附近,因此又要求噪声能达到煤矿安全规程的要求。我国过去,矿用局部通风机为双级轴流,即JBT 系列的一统天下。80 年代以来,出现了子午加速斜流和对旋风机,可以说是百花齐放据统计,中国煤炭百万吨

18、死亡率是美国的100倍,全国煤矿特大事故中有90%是瓦斯爆炸。7瓦斯爆炸三要素: (1) 瓦斯浓度; (2) 氧气12 % ; (3) 火源(火花) 。这3 个条件一旦达到就会爆炸。煤矿用局部通风机是煤矿防止瓦斯事故的重要安全技术装备,推荐和选用优良的产品是煤矿安全生产的前提。目前,介绍对旋式通风机的系统理论和设计方法的资料还十分缺乏,试验结果和数据也很少。市场上有些产品的质量还有待提高,存在效率较低、噪声偏高、结构振动、叶片失速等问题,尤其会发生在第二级动叶上,如叶片断裂、烧毁电机等。究其原因是有些设计者对这种风机的运行原理还不够了解,设计参数选择不当,特别是对前后两级动叶之间的匹配关系不了解。全国各厂家生产的对旋风机,都普遍存在烧第二级电机的现象。至今还没有很好地解决。目前国内生产的对旋风机,存在诸多缺点:噪声高,二级电机负载大,容易烧毁,再加上消声结构,成本高。如果要大力推广使用对旋风机,就应该解决上述问题。8参考文献1 商景泰.通风机实用技术手册M.北京:机械工业出版社,