风机轴功率计算概要

核心出品必属精品免费下载第四节通风机的实际特性曲线一、通风机的工作参数表示通风机性能的主要参数是风压H、风量Q、风机轴功率N、效率和转速n等。（一） 风机（实际）流量Q风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积，亦称体积流量（无特殊说明时均指在标准状态下），单位为存f必，》fmin或肿fso（二） 风机（实际）全压H与静压Hfs通风机的全压H是通风机对空气作功，消耗于每lm3空气的t能量（N・m/m3或Pa）,其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差。在忽略自然风压时，H用以克服通风管网阻力h和风机出口动t R能损失h，即vH=h+h，tRV4—4—1克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压H，PaSH=h=RQ2SR4-4-2

此 H=H+htSV4-4-3（三）通风机的功率通风机的输出功率（又称空气功率）以全压计算时称全压功率N,用下式计算：tN二HQXtt10-3 4一5一4用风机静压计算输出功率，称为静压功率N,即SN二HQX10—SS3 4-4-5因此，风机的轴功率，即通风机的输入功率N（kW）匸生=卫24一5一6或4-4-7式中n、n分别为风机折全压和静压效率。t S设电动机的效率为n,传动效率为n时，电动机的输入功率为m trN,则NmN4-4-8

二、通风系统主要参数关系和风机房水柱计（压二、通风系统主要参数关系和风机房水柱计（压差计）示值含义掌握矿井主要通风机与通风系统参数之间关系，对于矿井通风的科学管理至关重要。为了指示主要通风机运转以及通风系统的状况，在风硐中靠近风机入口、风流稳定断面上安装测静压探头，通过胶管与风机房中水柱计或压差计（仪）相连接，测得所在断面上风流的相对静压h。在离心式通风机测压探头应安装在立闸门的外侧。水柱计或压差计的示值与通风机压力和矿井阻力之间存在什么关系？它对于通风管理有什么实际意义？下面就此进行讨论。1、抽出式通风1）水柱（压差）计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系如图4-4T,水柱计示值为4断面相对静压h,h（负压）4404图4—4—1二P-P（P为4断面绝对压力，P为与404图4—4—1沿风流方向，对1、4两断面列伯努力方程h=(P+h+PgZ)-(P+h+PgZ)gZ)34式中h—1至4断面通风阻力，Pa;R14P、P—分别为1、4断面压力，Pa；14h、h—分别为1、4断面动压，Pa；v1 v4Z、Z—分别为12、34段高差，m；12 34Pm12、Pm34—分别为34段空气柱空气密度平均值，kg/m3；因风流入口断面全压P等于大气压力P,即t101P+h=P=P，1v1t101又因1与4断面同标高，故1断面的同标高大气压P与4断面外大气压P相等。又PgZ—PgZ=H故01' 04 m12 12' m34 34N上式可写为h=P-P-h+HR14 04 4v4Nh=|h|-h+HR14 4v4N即 |h|=h+h-H4 R14v4N4-4-9根据通风机静压与矿井阻力之间的关系可得H+H=|h—SN 4h=h 4-4-v4t410式4-4-9和式4—4—10，反映了风机房水柱计测值h与矿 4 井通风系统阻力、通风机静压及自然风压之间的关系。通常h数值 v4不大，某一段时间内变化较小，H随季节变化，一般矿井，其值不大，N因此，|h丨基本上反映了矿井通风阻力大小和通风机静压大小。如果4矿井的主要进回风道发生冒顶堵塞，则水柱计读数增大；如果控制通风系统的主要风门开启。风流短路，则水柱计读数减小，因此，它是通风管理的重要监测手段。2）风机房水柱计示值与全压H之间关系。 1 与上述类似地对4、5断面（扩散器出口）列伯努力方程，便可得水柱计示值与全压之间关系H=|h|—h+h+ht4v4Rdv5即 |h|=H+h-h-h4tv4Rdv54—4—11式中h 扩散器阻力，Pa;Rdh——扩散器出口动压，Pa；v5根据式4—4—11可得H=h+h+h

tR12Rdv4H+H=h+tNR14h+h 4—4—12Rdv52、压入式通风的系统如图4-4-2，对1、2两断面列伯努力方程得：h=(P+h+pgZ)-(P+h+pgZ)R121v1m112v2m22因风井出口风流静压等于大气压，即P=P；1、2断202面同标高，其同标高的大气压相等，即P-P，故P-P=010212P-P=h1011故上式可写为又PgZ-pgZ=H故上式可写为m11m22Nh=h+h-h+HR121V1v2N所以风机房水柱计值 h=h+h-h-H1R12v2V1N又H=P-P=P-P=P+h-P=h+htt1t1't101v101v1H+H=h+htNR12v24—4—13由式4—4—12和式4—4—13可见，无论何种通风方式，通风动力都是克服风道的阻力和出口动能损失，不过抽出式通风的动能损失

在扩散器出口，而压入式通风时出口动能损失在出风井口，两者数值上可能不等，但物理意义相同。图4—4—2三、通风机的个体特性曲线当风机以某一转速、在风阻R的管网上工作时、可测算出一组工作参数风压H、风量Q、功率N、和效率n,这就是该风机在管网风阻为R时的工况点。改变管网的风阻，便可得到另一组相应的工作参数，通过多次改变管网风阻，可得到一系列工况参数。将这些参数对应描绘在以Q为横坐标,以H、N和n为纵坐标的直角坐标系上,并用光滑曲线分别把同名参数点连结起来，即得H-Q、N-Q和n—Q曲线，这组曲线称为通风机在该转速条件下的个体特性曲线。有时为了使用方便，仅采用风机静压特性曲线(H—Q)。S为了减少风机的出口动压损失，抽出式通风时主要通机的出口均外接扩散器。通常把外接扩散器看作通风机的组成部分，总称之为通风机装置。通风机装置的全压H为扩散器出口与风机入口风流 1的全压之差，与风机的全压H之关系为t

%=比-叽4-4-14式中 h——扩散器阻力。d通风机装置静压H因扩散器的结构形式和规格不同sd而有变化，严格地说4-4-15式中h——扩散器出口动压。Vd比较式4—4一10与式4—4一15可见，只有当h+h<h时，dVdV才有H〉H，即通风机装置阻力与其出口动能损失之和小于通风机sds出口动能损失时，通风机装置的静压才会因加扩散器而有所提高，即扩散器起到回收动能的作用。图4—4—3表示了H、H、H和H之间的相互关系，由ttdssd图可见，安装了设计合理的扩散器之后，虽然增加了扩散器阻力，使H—Q曲线低于H—Q曲线，但由于h+h<h,故H—Q曲线高于td t dVdV sdH—Q曲线（工况点由A变至A'）。若h+h〉h，则说明了扩散器s dVdV设计不合理。图4-4-3H、H、H和H，之间的相互关系图t td S sd安装扩散器后回收的动压相对于风机全压来说很小，所以通常并不把通风机特性和通风机装置特性严加区别。通风机厂提供的特性曲线往往是根据模型试验资料换算绘制的，一般是未考虑外接扩散器。而且有的厂方提供全压特性曲线，有的提供静压特性曲线，读者应能根据具体条件掌握它们的换算关系。图4－4－4和图4－4－5分别为轴流式和离心式通风机的个体特性曲线示例。轴流式通风机的风压特性曲线一般都有马鞍形驼峰存在。而且同一台通风机的驼峰区随叶片装置角度的增大而增大。驼峰点D以右的特性曲线为单调下降区段，是稳定工作段；点D以左是不稳定工作段，风机在该段工作，有时会引起风机风量、风压和电动机功率的急剧波动，甚至机体发生震动，发出不正常噪音，产生所谓喘振（或飞动）现象，严重时会破坏风机。离心式通风机风压曲线驼峰不明显,且随叶片后倾角度增大逐渐减小，其风压曲线工作段较轴流式通风机平缓；当管网风阻作相同量的变化时，其风量变化比轴流式通风机要大。离心式通风机的轴功率N又随Q增加而增大，只有在接近风流短路时功率才略有下降。因而，为了保证安全启动，避免因启动负荷过大而烧坏电机，离心式通风机在启动时应将风硐中的闸门全闭，待其达到正常转速后再将闸门逐渐打开。当供风量超过需风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。轴流式通风机的叶片装置角不太大时，在稳定工作段内，功率N随Q增加而减小。所以轴流式通风机应在风阻最小时启动,以减少启动负荷。图5-4-4轴流式个体特性曲线 图5-4-5离心式通风机个体特性曲线在产品样本中，大、中型矿井轴流式通风机给出的大多是静压特性曲线；而离心式通风机大多是全压特性曲线。对于叶片安装角度可调的轴流式通风机的特性曲线，通常以图4—7—2的形式给出，H—Q曲线只画出最大风压点右边单调下降部分，且把不同安装角度的特性曲线画在同一坐标上，效率曲线是以等效率曲线的形式给出。四、无因次系数与类型特性曲线目前风机种类较多，同一系列的产品有许多不同的叶轮直径，同一直径的产品又有不同的转速。如果仅仅用个体特性曲线表示各种通风机性能，就显得过于复杂。还有，在设计大型风机时，首先必须进行模型实验。那么模型和实物之间应保持什么关系？如何把模型的性能参数换算成实物的性能参数？这些问题都要进行讨论。（一）无因次系数1•通风机的相似条件两个通风机相似是指气体在风机内流动过程相似，或者说它们之间在任一对应点的同名物理量之比保持常数，这些常数叫相似常数或比例系数。同一系列风机在相应工况点的流动是彼此相似的，几何相似是风机相似的必要条件，动力相似则是相似风机的充要条件,满足动力相似的条件是雷诺数Re（二匚）和欧拉数E二（歹）分别U相等。同系列风机在相似的工况点符合动力相似的充要条件。2、无因次系数无因次系数主要有：（1）压力系数歹同系列风机在相似工况点的全压和静压系数均为一常数。可用下式表示：”，~^=H毎‘ 4-4-16企=N=常数或4-4-17式中环和屁叫全压系数和静压系数。为压力系数,u为圆周速度。（2）流量系数◎ 由几何相似和运动相似可以推得—Dii44-4-18式中D、u、一分别表示两台相似风机的叶论外缘直径、圆周速度，同系列风机的流量系数相等。(3)功率系数而 风机轴功率计算公式"二隔中的H和Q分别用式4-4-17和式4-4-18代入得4-4-1同系列风机在相似工况点的效率相等，功率系数介为常数。◎、豆、介三个参数都不含有因次，因此叫无因次系数。(二)类型特性曲线◎、亘、介和n可用相似风机的模型试验获得，根据风机模型的几何尺寸、实验条件及实验时所得的工况参数Q、H、N和n。利用式4-4T7、4-4T8和4-4-19计算出该系列风机的0、H、时和n。然后以◎为横坐标，以豆、亦和n为纵坐标，绘出h-Q、j-Q和n-◎曲线，此曲线即为该系列风机的类型特性曲线，亦叫通风机的无因次特性曲线和抽象特性曲线。图4-4-6和力图4-4-7分别为4-72-11和G4-73-11型离心式通风机的类型曲线，2K60型类型风机的类型曲线如图4-7-2(a)、(b)所示。可根据类型曲线和风机直径、转速换算得到个体特性曲线。需要指出的是，对于同一系列风机，当几何尺寸（D）相差较大时，在加工和制造过程中很难保证流道表面相对粗糙度、叶片厚度以及机壳间隙等参数完全相似，为了避免因尺寸相差较大而造成误差，所以有些风机（4-72-11系列）的类型曲线有多条，可按不同直径尺寸而选用。图4—4—6图4—4—7五、比例定律与通用特性曲线1、比例定律由式4-4-17、4-4-18和4-4-19可见，同类型风机在相似工况点的无因次系数◎、亘、亦和n是相等的。它们的压力H、流量Q和功率N与其转速n、尺寸D和空气密度P成一定比例关系，这种比例关系叫比例定律。将转速u二nDn/60代入式4-4-17、4-4-18和4-4-19得2=0.04103/）^2N~=1.127对于1、2两个相似风机而言，©广西、鬲=屁、鬲=丽，所以其压力、风量和功率之间关系为：鸟_0.00274瓦_p\/£）\2鸟］丫迅0.00274^ \尹＜4-4-20

0.04108^^a_piV典4-4-214-4-224-4-22各种情况下相似风机的换算公式如表4—4—1所示。由比例定律知，同类型同直径风机的转速变化时，其相似工况点在等风阻曲线上变化。表4-4—1两台相似风机H、q、和n的换算压力换算鱼二鱼码P1芯血丿风量换算色=巴22勺IK#]功率换算理=鱼伫]阴A\.^2压力换算鱼二鱼码P1芯血丿风量换算色=巴22勺IK#]功率换算理=鱼伫]阴A\.^2J效率换算n=n12垒二鱼%沪2亜=2囚2\.^2 例题某矿使用主要通风机为4-