第3章-通風(fēng)機(jī)械和通風(fēng)設(shè)施

第三章通風(fēng)動(dòng)力第三章通風(fēng)機(jī)械和通風(fēng)設(shè)施本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握自然風(fēng)壓的計(jì)算方法2.了解通風(fēng)機(jī)械類型及構(gòu)造原理3.掌握通風(fēng)機(jī)工作參數(shù)與實(shí)際特性曲線4.了解通風(fēng)機(jī)附屬裝置及設(shè)施5.掌握通風(fēng)機(jī)合理工作范圍及其調(diào)節(jié)第一節(jié)自然通風(fēng)及動(dòng)力

自然通風(fēng)：由有限空間內(nèi)外空氣的密度差、大氣運(yùn)動(dòng)、大氣壓力差等自然因素引起有限空間內(nèi)外空氣能量差，促使有限空間的氣體流動(dòng)并與大氣交換的現(xiàn)象。

自然通風(fēng)動(dòng)力（自然風(fēng)壓）：促使有限空間內(nèi)氣體流動(dòng)的能量差。自然通風(fēng)的應(yīng)用：（1）單層工業(yè)廠房（2）多層或高層工業(yè)建筑中的熱車(chē)間（3）特種（殊）建筑物、構(gòu)筑物及容器（4）各類建筑物中的防排煙系統(tǒng)一、自然通風(fēng)的產(chǎn)生例1：煙囪內(nèi)外密度差形成（煙囪效應(yīng)）例2：工業(yè)廠房密度差形成

例3：礦井密度差形成的自然通風(fēng)

例4：大氣運(yùn)動(dòng)形成的自然通風(fēng)由上述例子可知，有兩種情況可產(chǎn)生自然風(fēng)壓：一是某一有限空間存在與大氣相連且具有一定高度差的兩個(gè)通道，且其空氣密度與大氣密度不同時(shí)。

二是大氣運(yùn)動(dòng)與建筑物相遇時(shí)，氣流繞流建筑物。第三章通風(fēng)機(jī)械和通風(fēng)設(shè)施二、自然風(fēng)壓HN的計(jì)算

1.密度差形成的自然風(fēng)壓計(jì)算根據(jù)自然風(fēng)壓定義，自然風(fēng)壓HN可用下式計(jì)算式中z——與大氣溫度或密度不等的有限空間高度，m；

g——重力加速度，m/s2；

ρ1、ρ2——分別為0-1-2和5-4-3空間的dZ段空氣密度，kg/m3。分別以空氣密度平均值ρm1、ρm2代替ρ1、ρ2后，簡(jiǎn)化可得：

2.大氣運(yùn)動(dòng)（風(fēng)壓）形成的自然風(fēng)壓計(jì)算風(fēng)向一定時(shí)，建筑物外表面上某一點(diǎn)的風(fēng)壓大小和室外氣流的動(dòng)壓成正比，HN可用下式表示式中A——空氣動(dòng)力系數(shù)；

vw——室外空氣流速，m/s；

ρm——室外空氣密度，kg/m3。穿堂風(fēng)

3.密度差與大氣運(yùn)動(dòng)（風(fēng)壓）合成的自然風(fēng)壓計(jì)算三、自然風(fēng)壓的影響因素

1.密度差形成的自然風(fēng)壓的影響因素可用下式來(lái)表示

（1）某一回路中兩側(cè)空氣柱的溫差影響氣溫差的主要因素是大氣氣溫、風(fēng)流與有限空間內(nèi)的熱交換。

（2）空氣成分、濕度和大氣壓力

（3）與大氣溫度或密度不等的有限空間高度2.大氣運(yùn)動(dòng)（風(fēng)壓）形成自然風(fēng)壓的影響因素

（1）室外空氣風(fēng)速

（2）室外溫度T、大氣壓p和相對(duì)濕度φ

（3）建筑物形狀、風(fēng)向在實(shí)際通風(fēng)設(shè)計(jì)中，自然通風(fēng)僅以密度差形成自然風(fēng)壓作用計(jì)算。第二節(jié)通風(fēng)機(jī)械類型及構(gòu)造一、通風(fēng)機(jī)械設(shè)備的分類

1.按氣流運(yùn)動(dòng)方向分類（1）離心式通風(fēng)機(jī)氣流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的葉片通道，在離心力作用下氣體被壓縮并沿著半徑方向流動(dòng)，如圖所示。

葉片出口構(gòu)造角β2：流道出口處風(fēng)流相對(duì)速度w2的方向與圓周速度u2的反方向夾角。

（2）軸流式通風(fēng)機(jī)

使氣流軸向進(jìn)入風(fēng)機(jī)葉輪后，在旋轉(zhuǎn)葉片的流道中又沿著軸線方向流動(dòng)的通風(fēng)機(jī)。特點(diǎn)：流量大、體積小、壓頭低。（3）混流式（斜流式）通風(fēng)機(jī)

葉輪輪轂和主體風(fēng)筒的形狀為圓錐形特點(diǎn)：壓力系數(shù)高于軸流式風(fēng)機(jī)，流量系數(shù)高于離心式風(fēng)機(jī)（4）橫流式通風(fēng)機(jī)

也稱貫流式通風(fēng)機(jī)，內(nèi)有一個(gè)筒形的多葉葉輪轉(zhuǎn)子，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，然后穿過(guò)葉輪轉(zhuǎn)子內(nèi)部，通過(guò)轉(zhuǎn)子另一側(cè)的葉柵，將氣流派出。特點(diǎn)：動(dòng)壓較高，氣流不亂，但效率較低。適用裝置在各種扁平或細(xì)長(zhǎng)形的設(shè)備里。2.按產(chǎn)生風(fēng)流的方式分類（1）葉輪旋轉(zhuǎn)式通風(fēng)機(jī)通過(guò)電機(jī)使葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風(fēng)量、風(fēng)壓；效率高，應(yīng)用廣泛。（2）流體射流通風(fēng)裝置通過(guò)一定壓力的液體或氣體在風(fēng)道中射流卷吸作用噴射而產(chǎn)生風(fēng)量、風(fēng)壓；效率較低，但適用于一些特殊場(chǎng)合，如有爆炸性氣體或粉塵的場(chǎng)所。3.按產(chǎn)生空氣壓力的高低分可分為通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)。（1）通風(fēng)機(jī)：排氣壓力低于11.27×104Pa（2）鼓風(fēng)機(jī)：排氣壓力在11.27×104Pa～34.3×104Pa范圍內(nèi)4.按通風(fēng)機(jī)服務(wù)范圍分類主要通風(fēng)機(jī)：為整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)服務(wù)。局部通風(fēng)機(jī)：為通風(fēng)系統(tǒng)局部地段服務(wù)。

5.按用途分類（1）一般通風(fēng)換氣用通風(fēng)機(jī)只適宜輸送溫度低于80℃的空氣。（2）行業(yè)專用通風(fēng)機(jī)

（3）特殊要求通風(fēng)機(jī)

防爆通風(fēng)機(jī)——選用與砂粒、鐵屑等物料碰撞時(shí)不發(fā)生火花的材料制作；防腐通風(fēng)機(jī)——輸送的氣體介質(zhì)較為復(fù)雜，所用材質(zhì)因氣體介質(zhì)而異；高溫通風(fēng)機(jī)——消防用排煙通風(fēng)機(jī)；輸送氣體溫度在300℃以上的工業(yè)爐用通風(fēng)機(jī)；粉體用通風(fēng)機(jī)——適用于輸送含塵氣體，分為直吹式和吹吸式兩種。（4）其他類型通風(fēng)機(jī)如屋頂通風(fēng)機(jī)、空調(diào)用通風(fēng)機(jī)、冷卻塔用通風(fēng)機(jī)等。防爆屋頂通風(fēng)機(jī)

屋頂軸流強(qiáng)制通風(fēng)機(jī)

二、離心式通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理

1.通風(fēng)機(jī)構(gòu)造離心式通風(fēng)機(jī)一般由進(jìn)風(fēng)口、工作輪（葉輪）、螺形機(jī)殼和前導(dǎo)器等部分組成。見(jiàn)圖3-8。工作輪是對(duì)空氣做功的部件。2.工作原理電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，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，經(jīng)擴(kuò)散器排出。同時(shí)，在葉片入口（葉根）形成較低的壓力（低于進(jìn)風(fēng)口壓力），則此壓力差使進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)流流入葉片流道，自葉根流出。如此源源不斷，形成連續(xù)的流動(dòng)。三、軸流式機(jī)械通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理

1.風(fēng)機(jī)構(gòu)造主要由進(jìn)風(fēng)口、葉輪、整流器、風(fēng)筒、擴(kuò)散（芯筒）器和傳動(dòng)部件等部分組成。見(jiàn)圖3-9。葉輪：增加空氣的全壓。整流器：減小動(dòng)能和渦流損失。環(huán)形擴(kuò)散（芯筒）器：使流出氣流逐漸擴(kuò)大到全斷面，部分動(dòng)壓轉(zhuǎn)化為靜壓。2.工作原理當(dāng)葉（動(dòng)）輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，翼柵以圓周速度u移動(dòng)。處于葉片迎面的氣流受擠壓，靜壓增加；同時(shí)，葉片背面的氣體靜壓降低，翼柵受壓差作用，但受軸承限制，不能向前運(yùn)動(dòng)，則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(guò)翼柵的連續(xù)氣流。

四、流體射流通風(fēng)器的構(gòu)造和工作原理又稱引射器，分為水氣射流通風(fēng)器和氣氣射流通風(fēng)器。

1.水氣射流通風(fēng)器由噴嘴、吸入室喉管、擴(kuò)散管以及風(fēng)筒等部件組成。見(jiàn)圖3-11。76582

工作原理：將高壓的工作流體7，由壓力管送入工作噴嘴6，經(jīng)噴嘴后壓能變成高速動(dòng)能，將噴嘴外圍的液體(或氣體)帶走。此時(shí)因噴嘴出口形成高速使擴(kuò)散室2的喉部吸入室5造成真空，從而使被抽吸流體8不斷進(jìn)入與工作流體7混合，然后通過(guò)擴(kuò)散室將壓力稍升高輸送出去。由于工作流體連續(xù)噴射，吸入室繼續(xù)保持真空，于是得以不斷地抽吸和排出流體。

水氣射流通風(fēng)器基本性能方程簡(jiǎn)化式：式中hs1——壓力比；

φ1、φ2——噴嘴、喉管的速度系數(shù)；

q——吸入氣體體積流量與噴水工作流量比；

m——喉管與噴嘴面積比；

kj、Aj——與面積比m、喉管長(zhǎng)度L、擴(kuò)散角a2有關(guān)的系數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)確定。2.氣氣射流通風(fēng)器結(jié)構(gòu)與水氣射流通風(fēng)器基本相同。采用一定壓力的壓縮空氣作為工作流體進(jìn)行噴射。分為兩種：一種是中心噴射式；一種是環(huán)隙噴射式（如圖3-12所示）。

氣氣射流通風(fēng)器的特性與壓縮空氣的射流壓力及噴嘴的結(jié)構(gòu)和大小有關(guān)。壓縮空氣的射流壓力升高，引射的風(fēng)量和壓力均增加，耗氣量也增加。為提高供風(fēng)量和送風(fēng)距離，除提高射流通風(fēng)器的射流壓力外，還采取多臺(tái)射流通風(fēng)器分散串聯(lián)工作的方式。第三節(jié)通風(fēng)機(jī)實(shí)際特性曲線一、通風(fēng)機(jī)工作參數(shù)

1.通風(fēng)機(jī)（實(shí)際）風(fēng)量Q

一般指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)通風(fēng)機(jī)入口空氣的體積，也稱體積流量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），單位為m3/h、m3/min或m3/s。

2.通風(fēng)機(jī)（實(shí)際）全壓Ht與靜壓Hs

全壓：對(duì)空氣做功，消耗于單位體積空氣的能量（單位為N·m/m3或Pa），其值為通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流的全壓與入口風(fēng)流全壓之差。

Ht用以克服通風(fēng)道網(wǎng)阻力h和通風(fēng)機(jī)出口動(dòng)能損失hv，即

Ht=h+hv

靜壓Hs（Pa）：克服管網(wǎng)通風(fēng)阻力的風(fēng)壓。

Ht=Hs+hv

當(dāng)流動(dòng)處于紊流粗糙區(qū)時(shí)，

Hs=RQ23.通風(fēng)機(jī)的功率通風(fēng)機(jī)的輸出功率，指單位時(shí)間內(nèi)通風(fēng)機(jī)對(duì)空氣所作的功，是風(fēng)流壓力和風(fēng)量的乘積。

分為全壓功率Nt和靜壓功率Ns。

Nt=HtQ，W

Ns=HsQ，W4.通風(fēng)機(jī)的效率指通風(fēng)機(jī)的輸出功率和輸入功率的比值，也分全壓效率ηt和靜壓效率ηs。設(shè)電動(dòng)機(jī)的效率為ηm、傳動(dòng)效率為ηtτ時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入功率為Nm，則二、通風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線通風(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)，如Q、H和N等稱為工況點(diǎn)，一般工況點(diǎn)是指Q和H兩參數(shù)。通風(fēng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速條件下，通過(guò)改變管網(wǎng)風(fēng)阻得到的H-Q、N-Q和η-Q曲線，稱為通風(fēng)機(jī)在該轉(zhuǎn)速條件下的個(gè)體特性曲線。

通風(fēng)機(jī)裝置的全壓Htd為擴(kuò)散器出口與通風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流的全壓之差，與通風(fēng)機(jī)的全壓Ht之間關(guān)系為

Htd=Ht-hks式中hks——擴(kuò)散器阻力。通風(fēng)機(jī)裝置靜壓hsd,

Hsd=Ht–（hks+hdk）式中hdk——擴(kuò)散器出口動(dòng)壓?！榜R鞍形駝峰”

離心式通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線工作段較平緩；當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻做相同量變化時(shí)，其風(fēng)量變化比軸流式通風(fēng)機(jī)要大。

軸流式通風(fēng)機(jī)應(yīng)在風(fēng)阻最小時(shí)啟動(dòng)，以減小啟動(dòng)負(fù)荷。

離心式通風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)應(yīng)將風(fēng)道中的閘門(mén)全閉，待其達(dá)到正常轉(zhuǎn)速后再將閥門(mén)逐漸打開(kāi)。三、通風(fēng)機(jī)相似定律

1.通風(fēng)機(jī)相似理論的作用（1）設(shè)計(jì)時(shí)減小制造費(fèi)用和試驗(yàn)費(fèi)用。（2）使計(jì)算簡(jiǎn)單、性能可靠。（3）改變條件時(shí)，進(jìn)行性能參數(shù)的相似換算。

2.通風(fēng)機(jī)的相似條件

必須滿足以下三個(gè)條件：（1）幾何相似：指兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)的各流動(dòng)部件對(duì)應(yīng)的線性尺寸成同一比例，對(duì)應(yīng)角均相等。（2）運(yùn)動(dòng)相似：指兩通風(fēng)機(jī)的各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同名速度方向相同，速度之比相等，即各對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的速度三角形相似。（3）動(dòng)力相似：指對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的流體質(zhì)點(diǎn)所受的各同名力的比值相等，方向相同。3.無(wú)因次系數(shù)（1）根據(jù)幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似式中，D、u分別表示相似通風(fēng)機(jī)的葉輪外緣直徑、圓周速度。

(2)根據(jù)幾何相似和動(dòng)力相似式中，H——通風(fēng)機(jī)全壓或靜壓。

（3）由全壓效率ηt和靜壓效率ηs的表達(dá)式，可得通風(fēng)機(jī)軸功率N通用計(jì)算式為式中，η——通風(fēng)機(jī)全壓或靜壓效率。將上面的前兩式代入第三式，得上面各式中，、、分別表示流量系數(shù)、壓力系數(shù)和功率系數(shù)，均為無(wú)因次系數(shù)。

如n表示風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，圓周速度u與轉(zhuǎn)速的關(guān)系為u=πDn，代入上面三式，則可得：（1）流量關(guān)系：（2）風(fēng)機(jī)全壓與靜壓相似關(guān)系：（3）風(fēng)機(jī)軸功率相似關(guān)系：

四、類型特性曲線與通用特性曲線以為橫坐標(biāo)，以、和h為縱坐標(biāo)，繪出、和曲線，此曲線即為該系列風(fēng)機(jī)的類型特性曲線，也叫通風(fēng)機(jī)的無(wú)量綱特性曲線和抽象特性曲線。圖3-15為離心式通風(fēng)機(jī)的類型曲線，G4-73系列離心式通風(fēng)機(jī)的類型曲線如圖3-16所示。可根據(jù)類型曲線和風(fēng)機(jī)直徑、轉(zhuǎn)速換算得到個(gè)體特性曲線。第四節(jié)通風(fēng)機(jī)附屬裝置及設(shè)施一、消聲隔聲設(shè)施

1.降低通風(fēng)機(jī)噪聲的途徑（1）降低通風(fēng)機(jī)聲源噪聲

a.合理選擇通風(fēng)機(jī)的機(jī)型

b.通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)應(yīng)接近最高效率點(diǎn)

c.在可能條件下適當(dāng)降低通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

d.設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)盡量減少通風(fēng)阻力

e.氣流在管道內(nèi)的流速不宜過(guò)高

f.注意通風(fēng)機(jī)與電機(jī)的傳動(dòng)方式

（2）在傳遞途徑上對(duì)通風(fēng)機(jī)噪聲抑制

a.在通風(fēng)機(jī)的進(jìn)、出口上裝配恰當(dāng)?shù)南暺?/p>

b.通風(fēng)機(jī)設(shè)減振基座，進(jìn)、出風(fēng)口用軟管連接

c.對(duì)通風(fēng)機(jī)做隔聲處理

d.在通風(fēng)機(jī)的進(jìn)、排氣通道采取消聲措施

e.將通風(fēng)機(jī)布置在遠(yuǎn)離要求安靜的房間（3）維修保養(yǎng)及時(shí)維護(hù)保養(yǎng)，定期檢修，及時(shí)更換破損零部件2.消聲器的分類消聲器是一種能阻止噪聲傳播，同時(shí)也能讓氣流順利通過(guò)的裝置。按其消聲原理，可分為：（1）阻性消聲器利用吸聲材料消聲，將一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能。

（2）抗性消聲器基于聲電濾波原理，通過(guò)消聲器內(nèi)不同聲阻、聲順、聲質(zhì)量的適當(dāng)組合消除特定頻率的噪聲。

（3）擴(kuò)散消聲器在其器壁上設(shè)許多小孔，氣流經(jīng)過(guò)小孔噴射后，通過(guò)降壓減速，達(dá)到消聲目的。主要用于消除以低頻或低中頻噪聲為主的設(shè)備聲源。（4）緩沖式消聲器利用多孔管及腔室的阻抗作用，將脈沖流轉(zhuǎn)換為平滑流的消聲設(shè)備（5）干涉型消聲器利用波的干涉原理，在氣流通道上設(shè)一旁通管，使部分聲能分岔到旁通管里

（6）阻抗復(fù)合消聲器阻性消聲器對(duì)中、高頻消聲效果較好，抗性消聲器對(duì)低、中頻消聲效果較好，將兩者結(jié)合起來(lái)組成阻抗復(fù)合消聲器。

消聲器選擇注意事項(xiàng)

e.消聲器的通道流速一般控制在5~15m/s范圍內(nèi)

a.根據(jù)通風(fēng)機(jī)的噪聲級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)可能產(chǎn)生的主要聲音頻率范圍等因素選擇

c.通過(guò)消聲器的氣流含水量或含塵量較多時(shí)，不宜選用阻性消聲器

d.消聲器額定風(fēng)量應(yīng)大于等于通風(fēng)機(jī)的實(shí)際風(fēng)量3.隔聲設(shè)施隔聲：在聲源與離開(kāi)聲源的某一點(diǎn)之間，設(shè)置一個(gè)隔聲構(gòu)件，或把聲源封閉起來(lái)，使噪聲與人的工作環(huán)境隔絕起來(lái)。

通常采用的隔聲設(shè)施：

隔聲罩、隔聲門(mén)、隔聲窗、隔聲室。二、減振器兩個(gè)作用：保護(hù)通風(fēng)機(jī)及其他裝置；減小噪聲。

1.減振器類型（1）空氣彈簧減振器利用空氣內(nèi)能（2）金屬螺栓彈簧減振器（3）預(yù)應(yīng)力阻尼彈簧減振器具有金屬螺栓彈簧減振器和橡膠減振器雙重優(yōu)點(diǎn)，克服彈簧減振器阻尼小的缺點(diǎn)

（4）橡膠減振器阻尼大，隔離高頻噪聲效果好（5）橡膠減振墊價(jià)廉，易受溫度、油質(zhì)、臭氧、日光、化學(xué)溶劑的侵蝕，易老化（6）不銹鋼金屬鋼絲減振器阻尼大、耐油、耐高低溫，壽命長(zhǎng)，加工工藝復(fù)雜，價(jià)格高，防沖擊性性能好2.選用減振器的原則

a.通常采用頻率比f(wàn)/f0在2.5~6之間的減振器，值越大，減振效果越好。

b.減振器承受的荷載應(yīng)大于允許工作荷載值的5%~10%。

c.支撐點(diǎn)數(shù)目不應(yīng)少于4個(gè)，設(shè)備較重或尺寸較大時(shí)，可用6~8個(gè)。

d.使用減振器時(shí)，設(shè)備重心不宜太高，以免發(fā)生搖晃。三、擴(kuò)散器指斷面逐漸擴(kuò)大的風(fēng)道，主要位于通風(fēng)機(jī)出口或抽出式通風(fēng)系統(tǒng)的末端。（風(fēng)帽）總的原則是：擴(kuò)散器的阻力小，出口動(dòng)壓無(wú)回流四、反風(fēng)裝置及防爆門(mén)（蓋）

1.防爆門(mén)（蓋）的作用：（1）當(dāng)井下發(fā)生氣體或粉塵爆炸時(shí)，受高壓氣浪的沖擊，自動(dòng)打開(kāi)，以保護(hù)主要通風(fēng)機(jī)（2）在正常情況下它是氣密的，防止風(fēng)流短路2.反風(fēng)裝置：使井下風(fēng)流反向，以防止進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的有害氣體進(jìn)入作業(yè)區(qū)；適應(yīng)救護(hù)工作。常用