第六章 通風(fēng)動力

11第八章通風(fēng)動力2學(xué)習(xí)目標(biāo)需掌握的內(nèi)容自然通風(fēng)產(chǎn)生原理及風(fēng)壓計算了解通風(fēng)機(jī)構(gòu)造和工作原理通風(fēng)機(jī)工作參數(shù)及特性曲線通風(fēng)機(jī)的合理工作范圍和工況點調(diào)節(jié)難點自然風(fēng)壓的計算3第一節(jié)自然通風(fēng)動力一、概念1、自然通風(fēng)：由于有限空間內(nèi)外空氣的密度差、大氣運(yùn)動、大氣壓力差等自然因素引起室內(nèi)外能量差后，促使有限空間的氣體流動并與大氣交換的現(xiàn)象。2、自然風(fēng)壓：促使有限空間內(nèi)氣體流動的能量差稱為自然通風(fēng)動力，或自然風(fēng)壓4二、自然通風(fēng)的應(yīng)用有益應(yīng)用單層工業(yè)廠房多層或高層工業(yè)建筑中的熱車間特殊建筑物、或容器，如隧道、風(fēng)道、地下建筑物、變電所、地下坑道等建筑物的防排煙系統(tǒng)第一節(jié)自然通風(fēng)動力5三、自然通風(fēng)產(chǎn)生原理1、空氣密度差形成的廠房內(nèi)外空氣密度不同導(dǎo)致空氣柱重量不同，a平面廠房內(nèi)外空氣靜壓差，使室外空氣由a進(jìn)入第一節(jié)自然通風(fēng)動力62、大氣運(yùn)動形成的自然通風(fēng)第一節(jié)自然通風(fēng)動力7迎風(fēng)面和背風(fēng)面的壓力不同，空氣從壓力較高的窗孔進(jìn)入室內(nèi)，從壓力較低的窗孔流出室外，形成大氣運(yùn)動形成的自然通風(fēng)。第一節(jié)自然通風(fēng)動力8總結(jié)自然通風(fēng)產(chǎn)生有兩種情況：密度差形成的自然通風(fēng)大氣運(yùn)動繞流建筑物，迎風(fēng)面靜壓升高，背風(fēng)面由于產(chǎn)生局部繞流，靜壓降低，空氣從壓力較高的窗孔進(jìn)入室內(nèi)第一節(jié)自然通風(fēng)動力9四、自然風(fēng)壓的計算1、大氣運(yùn)動形成的自然風(fēng)壓計算式中，，建筑外空氣流速，m/s，建筑外空氣密度，kg/m3A，空氣動力系數(shù)第一節(jié)自然通風(fēng)動力10A取值范圍在正方形或矩形建筑物的迎風(fēng)側(cè)0.5~0.9背風(fēng)側(cè)-0.6~-0.3平行風(fēng)向的側(cè)面或稍有角度-0.9~-0.1傾角30度以下的屋面前緣-1~-0.8其余部分-0.8~-0.2大傾角屋面迎風(fēng)側(cè)0.2-0.3背風(fēng)側(cè)-0.7~-0.5第一節(jié)自然通風(fēng)動力112、密度差形成的自然風(fēng)壓計算計算時，以最低水平為基準(zhǔn)面，分別算出較大密度空間和較小密度空間的空氣密度平均值第一節(jié)自然通風(fēng)動力123、密度差與大氣運(yùn)動合成的自然風(fēng)壓計算綜合考慮熱壓和風(fēng)壓的作用第一節(jié)自然通風(fēng)動力13五、自然風(fēng)壓的影響因素1、大氣運(yùn)動形成自然風(fēng)壓的影響因素建筑物形狀、風(fēng)向室外空氣風(fēng)速室外溫度、大氣壓和相對濕度在通風(fēng)設(shè)計中，為保證通風(fēng)效果，自然通風(fēng)僅以密度差形成的自然風(fēng)壓作用計算第一節(jié)自然通風(fēng)動力142、密度差形成的自然風(fēng)壓影響因素兩側(cè)空氣柱的溫差大氣溫度或密度不等的有限空氣高度空氣成分、濕度和大氣壓力第一節(jié)自然通風(fēng)動力15第二節(jié)通風(fēng)機(jī)械類型及構(gòu)造原理一、通風(fēng)機(jī)械設(shè)備的分類1、按產(chǎn)生風(fēng)流的方式分葉輪旋轉(zhuǎn)式通風(fēng)機(jī)：葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風(fēng)量、風(fēng)壓，效率高、應(yīng)用廣泛流體射流通風(fēng)裝置：將一定壓力的液體或氣體在風(fēng)管中噴射后的射流卷吸作用而產(chǎn)生風(fēng)量、風(fēng)壓，效率低，無運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，在一些特定場合應(yīng)用，如爆炸氣體及其粉塵場所162、按產(chǎn)生空氣壓力高低分通風(fēng)機(jī)：排氣壓力低于11.27×104Pa鼓風(fēng)機(jī)：排氣壓力在11.27×104~34.3×104Pa范圍內(nèi)第二節(jié)通風(fēng)機(jī)械類型及構(gòu)造原理173、按氣流運(yùn)動方向分軸流式通風(fēng)機(jī)：氣流軸向進(jìn)入風(fēng)機(jī)葉輪后，在旋轉(zhuǎn)葉片的流道中沿著軸線方向流動，特點：體積小，流量大，壓力低第二節(jié)通風(fēng)機(jī)械類型及構(gòu)造原理18離心式通風(fēng)機(jī)：氣流軸向進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的葉片通道，在離心力作用下氣體被壓縮沿著徑向流動第二節(jié)通風(fēng)機(jī)械類型及構(gòu)造原理19橫流式通風(fēng)機(jī)：也稱貫流式通風(fēng)機(jī)，氣流沿著與轉(zhuǎn)子軸線垂直的方向，從轉(zhuǎn)子一側(cè)的葉柵進(jìn)入葉輪，穿過葉輪轉(zhuǎn)子內(nèi)部，通過轉(zhuǎn)子另一側(cè)的葉柵，將氣流排出。特點：動壓較高，氣流不亂，效率較低。第二節(jié)通風(fēng)機(jī)械類型及構(gòu)造原理20混流式(斜流式)通風(fēng)機(jī)：氣體以與葉輪主軸成某一角度的方向進(jìn)入旋轉(zhuǎn)葉道，沿傾斜方向流出兼有軸流式和離心式風(fēng)機(jī)的特點第二節(jié)通風(fēng)機(jī)械類型及構(gòu)造原理214.按通風(fēng)機(jī)械服務(wù)范圍分主要通風(fēng)機(jī)為整個通風(fēng)系統(tǒng)服務(wù)的通風(fēng)機(jī)局部通風(fēng)機(jī)

為通風(fēng)系統(tǒng)局部地段服務(wù)的通風(fēng)機(jī)以礦井通風(fēng)機(jī)為例，安設(shè)在地面為整個礦井服務(wù)的通風(fēng)機(jī)為主要通風(fēng)機(jī)，為礦井施工地點服務(wù)的通風(fēng)機(jī)為局部通風(fēng)機(jī)225、按用途分一般通風(fēng)換氣用通風(fēng)機(jī)：溫度低于80度空氣，壓力不高，低噪聲行業(yè)專用通風(fēng)機(jī)：對風(fēng)量、風(fēng)壓要求不同，如礦用、船用、紡織空調(diào)用等特殊要求通風(fēng)機(jī)：如存在高溫氣體、爆炸氣體、腐蝕性氣體或其它粉類物質(zhì)等其它類型通風(fēng)機(jī)：如室內(nèi)外換氣用、空調(diào)用、冷卻塔用等第二節(jié)通風(fēng)機(jī)械類型及構(gòu)造原理23二、離心式通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理1、風(fēng)機(jī)構(gòu)造離心式通風(fēng)機(jī)一般由：前導(dǎo)器、進(jìn)風(fēng)口、工作輪（葉輪）、螺形機(jī)殼、主軸、排氣口等部分組成。吸風(fēng)口有：單吸和雙吸兩種。第二節(jié)通風(fēng)機(jī)械類型及構(gòu)造原理24第二節(jié)通風(fēng)機(jī)械類型及構(gòu)造原理25葉片出口角：風(fēng)流相對速度W2的方向與圓周速度u2的反方向夾角稱為葉片出口角，以β2表示。或葉片的出口方向（出口端的切向方向）和葉輪的圓周方向（在葉片出口端的圓周切線方向）之間的夾角。

離心式風(fēng)機(jī)可分為：前傾(向)式（β2>90o)、后傾（向）式（β2<90o)和徑向式（β2=90o)三種。β2不同，通風(fēng)機(jī)的性能也不同。w2c2u2c2uβ2w2c2u2β2u2c2w2β2第二節(jié)通風(fēng)機(jī)械類型及構(gòu)造原理262、工作原理當(dāng)電機(jī)通過傳動裝置帶動葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉片流道間的空氣隨葉片旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，獲得離心力。經(jīng)葉端被拋出葉輪，進(jìn)入機(jī)殼。在機(jī)殼內(nèi)速度逐漸減小，壓力升高，然后經(jīng)擴(kuò)散器排出。與此同時，在葉片入口（葉根）形成較低的壓力（低于吸風(fēng)口壓力），于是，吸風(fēng)口的風(fēng)流便在此壓差的作用下流入葉道，自葉根流入，在葉端流出，如此源源不斷，形成連續(xù)的流動。第二節(jié)通風(fēng)機(jī)械類型及構(gòu)造原理27三、軸流式風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理1、風(fēng)機(jī)構(gòu)造主要由集風(fēng)器、葉輪、整流器、擴(kuò)散（芯筒）器和傳動部件等部分組成。葉輪有一級和二級兩種2、工作原理（1）特點：在軸流式風(fēng)機(jī)中，風(fēng)流流動的特點是，當(dāng)動輪轉(zhuǎn)動時，氣流沿等半徑的圓柱面旋繞流出。28（2）葉片安裝角在葉片迎風(fēng)側(cè)作一外切線稱為弦線。弦線與動輪旋轉(zhuǎn)方向（u)的夾角稱為葉片安裝角，以θ表示。

可根據(jù)需要在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)整。但每個動輪上的葉片安裝角θ必需保持一致。29（3）工作原理當(dāng)動輪旋轉(zhuǎn)時，翼柵即以圓周速度u移動。處于葉片迎面的氣流受擠壓，靜壓增加；與此同時，葉片背的氣體靜壓降低，翼柵受壓差作用，但受軸承限制，不能向前運(yùn)動，于是葉片迎面的高壓氣流由葉道出口流出，翼背的低壓區(qū)“吸引”葉道入口側(cè)的氣體流入，形成穿過翼柵的連續(xù)氣流。303、對旋風(fēng)機(jī)的特點一級葉輪和二級葉輪直接對接，旋轉(zhuǎn)方向相反；機(jī)翼形葉片的扭曲方向也相反，兩級葉片安裝角一般相差3o；電機(jī)為防爆型安裝在主風(fēng)筒中的密閉罩內(nèi)，與通風(fēng)機(jī)流道中的含爆炸性氣流隔離，密閉罩中有扁管與大氣相通，以達(dá)到散熱目的。特點：省略導(dǎo)葉，結(jié)構(gòu)尺寸短；效率高出二級軸流式風(fēng)機(jī)6-8%；反風(fēng)性能好，反風(fēng)量可達(dá)60-70%31四、流體射流通風(fēng)裝置的構(gòu)造和工作原理1、水氣射流通風(fēng)裝置構(gòu)成：由噴嘴、喉管、擴(kuò)散器、以及吸入室等部件組成32工作原理：壓力水通過噴嘴高速射出，卷吸周圍空氣進(jìn)入射流，并將氣體從吸入室及外界卷吸到喉管，此時速度最大，氣壓降到最低，促使空氣向喉管流動，水氣強(qiáng)烈的混合運(yùn)動進(jìn)行能量和質(zhì)量的交換，又促使吸入氣體增加，最后，射流水在擴(kuò)散管運(yùn)動時，水氣流速一致，速度減小，壓能提高。332、氣氣射流通風(fēng)裝置原理、結(jié)構(gòu)與水氣射流通風(fēng)裝置基本相同，不同的是，它采用一定壓力的壓縮空氣作為工作流體進(jìn)行噴射而產(chǎn)生風(fēng)量和風(fēng)壓。分兩種，即中心噴射式和環(huán)隙噴射式。3435結(jié)構(gòu)：環(huán)隙式由壓氣接頭、集風(fēng)器、環(huán)形氣室、環(huán)縫間隙、凸緣、噴嘴和擴(kuò)散器等組成。工作原理：壓氣過濾后，由進(jìn)氣室進(jìn)入環(huán)形氣室，從環(huán)隙噴口噴出，沿凸緣表面流動，并在凸緣表面產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，使外界空氣沿集風(fēng)器流入，與高速射流混合后，通過擴(kuò)散器使動能大部分轉(zhuǎn)化為壓能。參數(shù)：氣壓一般在0.4-0.5MPa，環(huán)縫間隙寬度為0.09-0.15mm，引射風(fēng)量為40-140m3/min，通風(fēng)壓力為255-1080Pa，耗氣量為3-6m3/min。應(yīng)用：壓縮空氣射流壓力升高，引射風(fēng)量和壓力均增加，為加大供風(fēng)量和送風(fēng)距離，要提高射流壓力，還可進(jìn)行串聯(lián)工作。36第三節(jié)通風(fēng)機(jī)實際特性曲線一、通風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)表示通風(fēng)機(jī)性能的主要參數(shù)是風(fēng)壓H、風(fēng)量Q、風(fēng)機(jī)軸功率N、效率和轉(zhuǎn)速n等。（一）風(fēng)機(jī)(實際)流量Q

風(fēng)機(jī)的實際流量一般是指單位時間內(nèi)通過風(fēng)機(jī)入口空氣的體積，亦稱體積流量。單位為m3/h,m3/min或m3/s。37第三節(jié)通風(fēng)機(jī)實際特性曲線（二）風(fēng)機(jī)(實際)全壓Ht與靜壓Hs

全壓Ht:是通風(fēng)機(jī)對空氣作功，消耗于每1m3空氣的能量（N·m/m3或Pa），其值為風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流的全壓與入口風(fēng)流全壓之差。忽略自然風(fēng)壓時，Ht用以克服通風(fēng)管網(wǎng)阻力hR和風(fēng)機(jī)出口動能損失hv，即:Ht=hR+hV,Pa

靜壓:克服管網(wǎng)通風(fēng)阻力的風(fēng)壓稱為通風(fēng)機(jī)的靜壓HS（Pa）。

HS=hR=RQ2因此Ht=HS+hV38(三）通風(fēng)機(jī)的功率

全壓功率：通風(fēng)機(jī)的輸出功率以全壓計算時稱全壓功率Nt。計算式：Nt=HtQ×10-3KW

靜壓功率：用風(fēng)機(jī)靜壓計算輸出功率，稱為靜壓功率NS。計算式：NS=HSQ×10—3KW

風(fēng)機(jī)的軸功率，即通風(fēng)機(jī)的輸入功率N（kW）。計算式：或式中t、S分別為風(fēng)機(jī)的全壓和靜壓效率。

電動機(jī)的輸入功率（Nm

）：設(shè)電動機(jī)的效率為m,傳動效率為tr時,則第三節(jié)通風(fēng)機(jī)實際特性曲線39二、通風(fēng)機(jī)的個體特性曲線

1、工況點：當(dāng)風(fēng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速、在風(fēng)阻Ｒ的管網(wǎng)上工作時、可測算出一組工作參數(shù)（風(fēng)壓Ｈ、風(fēng)量Ｑ、功率Ｎ、和效率η），這就是該風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)風(fēng)阻為Ｒ時的工況點。

2、個體特性曲線：不斷改變R，得到許多的Q、H、N、η。以Q為橫坐標(biāo)，分別以H、N、η為縱坐標(biāo)，將同名的點用光滑的曲線相連，即得到個體特性曲線。第三節(jié)通風(fēng)機(jī)實際特性曲線40

3、通風(fēng)機(jī)裝置：把外接擴(kuò)散器看作通風(fēng)機(jī)的組成部分，總稱之為通風(fēng)機(jī)裝置。

4、通風(fēng)機(jī)裝置的全壓Ｈtd：擴(kuò)散器出口與風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流的全壓之差，與風(fēng)機(jī)的全壓Ｈt之關(guān)系為：式中hd━━擴(kuò)散器阻力。

5、通風(fēng)機(jī)裝置的靜壓Ｈsd：第三節(jié)通風(fēng)機(jī)實際特性曲線416、軸流式通風(fēng)機(jī)個體特性曲線

特點：（1）軸流式風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在。（2）駝峰點Ｄ以右的特性曲線為單調(diào)下降區(qū)段，是穩(wěn)定工作段；（3）點Ｄ以左是不穩(wěn)定工作段，產(chǎn)生所謂喘振（或飛動）現(xiàn)象；（4）軸流式風(fēng)機(jī)的葉片裝置角不太大時，在穩(wěn)定工作段內(nèi)，功率隨Ｑ增加而減小。

風(fēng)機(jī)開啟方式：軸流式風(fēng)機(jī)應(yīng)在風(fēng)阻最?。ㄩl門全開）時啟動，以減少啟動負(fù)荷。

說明：軸流式風(fēng)機(jī)給出的大多是靜壓特性曲線。HtHsts/%Q/m3/sH/daPaN/kWQ/m3/sGFDBRM第三節(jié)通風(fēng)機(jī)實際特性曲線427、離心式通風(fēng)機(jī)個體特性曲線

特點：（1）離心式風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線駝峰不明顯，且隨葉片后傾角度增大逐漸減小，其風(fēng)壓曲線工作段較軸流式風(fēng)機(jī)平緩；（2）當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻作相同量的變化時，其風(fēng)量變化比軸流式風(fēng)機(jī)要大。（3）離心式風(fēng)機(jī)的軸功率Ｎ隨Ｑ增加而增大，只有在接近風(fēng)流短路時功率才略有下降。H/daPaQ/m3/sN/kW/%HtHSNtS第三節(jié)通風(fēng)機(jī)實際特性曲線43風(fēng)機(jī)開啟方式：離心式風(fēng)機(jī)在啟動時應(yīng)將閘門全閉，待其達(dá)到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開。說明：（1）離心式風(fēng)機(jī)大多是全壓特性曲線。（2）當(dāng)供風(fēng)量超過需風(fēng)量過大時，常常利用閘門加阻來減少工作風(fēng)量。第三節(jié)通風(fēng)機(jī)實際特性曲線44三、無因次系數(shù)與類型特性曲線（一）無因次系數(shù)⒈通風(fēng)機(jī)的相似條件

比例系數(shù)：兩個通風(fēng)機(jī)相似是指氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)流動過程相似，或者說它們之間在任一對應(yīng)點的同名物理量之比保持常數(shù)，這些常數(shù)叫相似常數(shù)或比例系數(shù)。兩臺通風(fēng)機(jī)相似必須滿足幾何相似、運(yùn)動相似和動力相似三個條件。452、無因次系數(shù)（1）壓力系數(shù)

同系列風(fēng)機(jī)在相似工況點的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù)，可用下式表示：

式中：u為圓周速度，為壓力系數(shù)。（2）流量系數(shù)46（3）功率系數(shù)風(fēng)機(jī)軸功率計算公式中的H和Q分別上式代入得：同系列風(fēng)機(jī)在相似工況點的效率相等，功率系數(shù)為常數(shù)。、、三個參數(shù)都不含有因次，因此叫無因次系數(shù)。（二）類型特性曲線根據(jù)風(fēng)機(jī)模型的幾何尺寸、實驗條件及實驗時所得的工況參數(shù)Q、H、N和η。利用上三式計算出該系列風(fēng)機(jī)的、、和η。然后以為橫坐標(biāo)，以、和η為縱坐標(biāo)，繪出--和η-曲線，此曲線即為該系列風(fēng)機(jī)的類型特性曲線.47四、比例定律與通用特性曲線1、比例定律同類型風(fēng)機(jī)它們的壓力H、流量Q和功率N與其轉(zhuǎn)速n、尺寸D和空氣密度ρ成一定比例關(guān)系，這種比例關(guān)系叫比例定律。將轉(zhuǎn)速u=πDn/60代入無因次系數(shù)關(guān)系式得：對于1、2兩個相似風(fēng)機(jī)而言，∴482、通用特性曲線根據(jù)比例定律，把一個系列產(chǎn)品的性能參數(shù)H、Q、n、D、N、和等相互關(guān)系同畫在一個坐標(biāo)圖上，叫通用特性曲線49一、通風(fēng)機(jī)工況點的合理工作范圍工況點：通風(fēng)機(jī)在某一特定轉(zhuǎn)速和工作風(fēng)阻條件下的工作參數(shù)。1、從經(jīng)濟(jì)角度，通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率不低于60%。2、從安全角度，工況點必須位于駝峰點右側(cè)，單調(diào)下降的直線段。3、實際工作風(fēng)壓不得超過最高風(fēng)壓的90％。4、風(fēng)機(jī)的葉輪轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速。Q/m3/sABCD上下右左0.60.650.715304