橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)吸氣特性的試驗(yàn)研究

1、橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)吸氣特性的試驗(yàn)研究摘要：在橫流風(fēng)機(jī)單機(jī)吸氣性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)吸氣性能試驗(yàn)，分析了串聯(lián)吸氣性能與單機(jī)吸氣性能的特點(diǎn)，以及適于串聯(lián)的工況條件。關(guān)鍵詞：橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)吸氣性能試驗(yàn)Test Study on the Suction Characteristic of Cross-Flow FanAbstract: Based on the test of the single cross-flow fan,the test of suction characteristic of cross-flow fans in series is carried out. The s

2、uction characteristics of the cross-flow fan and the work conditions for fans in series are analyzed.Key words:Cross-flow fanSeriesSuction Performance test0引言橫流風(fēng)機(jī)的工作原理是吸、排氣處于同一縱平面內(nèi)1，風(fēng)量大，氣流沿風(fēng)機(jī)的寬度方向分布均勻；氣流質(zhì)點(diǎn)兩次穿過葉柵，葉片具有雜物自清理功能。近年來，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，有應(yīng)用其排氣性能進(jìn)行儀器儀表的冷卻，也有利用其吸氣性能進(jìn)行物料的清選。當(dāng)單機(jī)不能滿足使用要求時(shí)，通常將兩臺風(fēng)機(jī)串聯(lián)使用。有關(guān)

3、橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作特性的研究較少，因此在風(fēng)機(jī)串聯(lián)參數(shù)選擇上存在很大的盲目性。由于風(fēng)機(jī)內(nèi)氣流的特殊性和復(fù)雜性，目前，有關(guān)風(fēng)機(jī)性能的研究仍然采用試驗(yàn)的方法。本文在按國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的試驗(yàn)臺上，進(jìn)行了橫流風(fēng)機(jī)單機(jī)吸氣性能試驗(yàn)，然后在此基礎(chǔ)上，將兩臺橫流風(fēng)機(jī)分9種不同轉(zhuǎn)速組合進(jìn)行串聯(lián)吸氣性能試驗(yàn)，繪制了風(fēng)機(jī)性能曲線并進(jìn)行了分析，論述了橫流風(fēng)機(jī)單機(jī)和串聯(lián)吸氣性能以及兩者的關(guān)系，對風(fēng)機(jī)的串聯(lián)使用具有一定的指導(dǎo)意義。1試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法1.1試驗(yàn)臺及測量裝置試驗(yàn)臺參照GB/T1236-2000工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)2設(shè)計(jì)制造（圖1），主要由兩臺橫流風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、管道支架、過渡管、穩(wěn)流柵、節(jié)流器以及動

4、力小車等組成。兩臺橫流風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸完全一樣；風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通過變頻器由調(diào)速電機(jī)控制；通過調(diào)整錐形節(jié)流器1相對于風(fēng)管進(jìn)口端的位置來進(jìn)行不同阻力的設(shè)置，圖中箭頭表示氣流的方向。該試驗(yàn)臺具有通用性，如果去掉件號810，即為單風(fēng)機(jī)的性能試驗(yàn)臺。 試驗(yàn)所需動力的傳遞和測量通過動力小車3完成（圖2），動力小車由YTSP90L-4-1.5kW變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)、JN338A型智能數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器及動力傳動系統(tǒng)組成。變頻電動機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為02800r/min，通過調(diào)節(jié)變頻器（VARISPEED616G5 1.5kW）的頻率改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。同時(shí)，通過皮帶傳動，將動力從電機(jī)傳到風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上

5、。傳動軸轉(zhuǎn)速及所消耗的軸功率由轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀輸出。動力小車與試驗(yàn)臺整體分離，裝有3個(gè)地輪和3個(gè)可調(diào)支腳，移動和定位均很方便。試驗(yàn)用NPL型皮托管（NPL型8780mm）和DP-2000型數(shù)字微壓計(jì)測量壓力，用DM6234P型電子轉(zhuǎn)速表測量風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。為確保數(shù)據(jù)在同一條件下的可比性，試驗(yàn)采用同一套測量儀器和設(shè)備。各附件的制作和安裝都非常準(zhǔn)確，以確保風(fēng)機(jī)管道聯(lián)接部位密封嚴(yán)，不漏氣。測量是在工況穩(wěn)定后讀取各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù) ，且每一工況點(diǎn)的數(shù)據(jù)都經(jīng)多次復(fù)核，數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)性良好。1.2單機(jī)吸氣性能試驗(yàn)將兩臺橫流風(fēng)機(jī)分別記作橫流風(fēng)機(jī)、橫流風(fēng)機(jī)，為使試驗(yàn)具有可比性，每臺風(fēng)機(jī)做5種轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)，如

6、表1所示。同一轉(zhuǎn)速下，兩臺風(fēng)機(jī)最大流量接近。表1單機(jī)試驗(yàn)安排 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n/（r/min） 470540620740810 風(fēng)機(jī) 15521796209125252804風(fēng)機(jī) 15381798210124912733 表2 串聯(lián)試驗(yàn)安排 一級轉(zhuǎn)速n/（r/min） 540620740二級轉(zhuǎn)速n/（r/min） 470 -540 -620 740- 810- 2試驗(yàn)結(jié)果及分析將試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理后輸入計(jì)算機(jī)，利用Excel和Matlab4進(jìn)行處理和分析，計(jì)算平均動壓pd、平均靜壓p、流量Q、功率P及效率，繪出橫流風(fēng)機(jī)單機(jī)、串聯(lián)吸氣性能曲線。處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)所用的公式5 :式中pdi為風(fēng)管進(jìn)口測試截面不同測點(diǎn)

7、的動壓,Pa；pi為風(fēng)管進(jìn)口測試截面不同測點(diǎn)的靜壓,Pa；k為風(fēng)管測試截面的測點(diǎn)數(shù)目，k=9；V為氣流速度,m/s；Q為容積流量，m3/h；F為風(fēng)管截面面積，F(xiàn)=0.09m2；P為風(fēng)機(jī)軸功率，kW；為效率，。試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，每組試驗(yàn)時(shí)間較短，溫濕度變化引起的誤差較小，可忽略溫度、濕度、大氣壓和風(fēng)速對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響。2.1單風(fēng)機(jī)吸氣特性 橫流風(fēng)機(jī)的全壓、功率、效率曲線，如圖3所示(受篇幅所限僅列橫流風(fēng)機(jī)的性能曲線)。橫流風(fēng)機(jī)流量壓力性能曲線比較平穩(wěn)，沒有明顯的駝峰，壓力隨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而增大，說明橫流風(fēng)機(jī)單機(jī)吸氣性能穩(wěn)定；流量功率曲線隨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而逐漸升高，同時(shí)效率最大值向大流量方向移動；同

8、一轉(zhuǎn)速下，效率隨流量的增加先逐漸升高，后逐漸降低。2.2串聯(lián)吸氣特性 試驗(yàn)表明：橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行后，風(fēng)機(jī)工作出現(xiàn)不穩(wěn)定。圖4為兩橫流風(fēng)機(jī)9組不同轉(zhuǎn)速搭配的串聯(lián)性能曲線，與單機(jī)性能曲線圖3比較，串聯(lián)吸氣性能曲線明顯出現(xiàn)異常。圖4a中，當(dāng)管道阻力大時(shí)，流量小壓力大，壓力曲線比較平緩，即串聯(lián)吸氣性能比較穩(wěn)定；當(dāng)管道阻力逐漸減少時(shí)，流量變大，壓力出現(xiàn)較大波動，吸氣性能開始不穩(wěn)定；當(dāng)阻力繼續(xù)減少，風(fēng)機(jī)進(jìn)口節(jié)流器接近全開時(shí)，不穩(wěn)定的狀況加劇，甚至出現(xiàn)當(dāng)阻力減小時(shí)，流量也變小的現(xiàn)象，同時(shí)壓力和效率（圖4b）急劇降低。這與橫流風(fēng)機(jī)特殊的工作原理以及橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)后一級風(fēng)機(jī)的出口處、二級風(fēng)機(jī)的進(jìn)口處氣體流動狀態(tài)發(fā)

9、生變化有關(guān)。風(fēng)機(jī)串聯(lián)理論認(rèn)為6 ：兩臺風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行時(shí)，聯(lián)合性能曲線是在同一容積流量下，將各單機(jī)的全壓疊加而成的。然而，兩臺橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)后并非如此，有較大的差異。如圖5a所示，虛線為按串聯(lián)疊加原理計(jì)算得出的理論全壓曲線，串聯(lián)運(yùn)行的實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)用星形標(biāo)記點(diǎn)表示。當(dāng)管道阻力大時(shí)，串聯(lián)運(yùn)行實(shí)際點(diǎn)和理論疊加曲線比較接近；當(dāng)管道阻力逐漸變小時(shí)，串聯(lián)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，串聯(lián)的實(shí)際壓力突然降低，低于風(fēng)機(jī)單機(jī)工作時(shí)同流量的壓力，串聯(lián)的實(shí)際全壓曲線與理論疊加全壓曲線有較大差異。在阻力大的工況下，串聯(lián)的效率曲線和單機(jī)效率曲線一致（圖5），趨勢也相同，但當(dāng)阻力變小時(shí)，風(fēng)機(jī)串聯(lián)效率明顯下降，小于任一單機(jī)的效率，這說明風(fēng)機(jī)在低阻下串聯(lián)不經(jīng)濟(jì)。橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行的效果與管道阻力的大小有關(guān)。當(dāng)管道阻力大時(shí)，風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行平穩(wěn)，串聯(lián)后的壓力增大較明顯，同時(shí)效率較單機(jī)也有明顯提高，串聯(lián)吸氣能力提高較明顯。當(dāng)管道阻力變小時(shí)，風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行不平穩(wěn)，串聯(lián)后的壓力增加也不明顯，甚至小于風(fēng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的壓力，效率明顯偏低，小于任一單機(jī)的效率（圖5b）。因此，橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)適合在管道阻力大的工況下工作。3結(jié)論(1)橫流風(fēng)機(jī)單機(jī)吸氣性能穩(wěn)定，隨轉(zhuǎn)速的提高，壓力、功率曲線逐漸升高，效率最大值向大流量方向移動；同一轉(zhuǎn)速下，效率隨流量的增加先逐漸升高，后逐漸降低