風機定律資料

風機定律介紹風機定律表示如果泵或風機滿足幾何相似、運動相似和動力相似三個相似條件，泵或風機就在全相似工況運行。在全相似工況運行的泵或風機其流量、揚程、功率與轉(zhuǎn)速之間符合下面三個著名的相似定理的公式:風量與轉(zhuǎn)速成正比；風壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比；軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比；風機作變頻時,頻率與轉(zhuǎn)速成正比。風機定律推導風機定律是由風機的相似關(guān)系得來的，風機相似關(guān)系如下式風量比：Q1/Q2=(n1/n2)*(D1/D2)^3風壓比：p1/p2=(n1/n2)^2*(ρ1/ρ2)*(D1/D2)^3軸功率比：Pin1/Pin2=(n1/n2)^3*(ρ1/ρ2)*(D1/D2)^51）流量關(guān)系上：相似的風機流量之比等于線性尺寸之比的三次方和轉(zhuǎn)速之比的乘積。2）揚程關(guān)系（或全風壓關(guān)系）上：相似的風機對應的全風壓之比等于線性尺寸之比的平方和轉(zhuǎn)速之比的平方和重度之比的乘積。3）功率關(guān)系上：相似的風機其軸功率之比等于任意線性尺寸之比的五次方和轉(zhuǎn)速之比的三次方和比重之比的乘積。風機的風壓、風量、功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系通風機的轉(zhuǎn)速n可用轉(zhuǎn)速表直接測量，其數(shù)值用每分鐘多少轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)/分)來表示。小型風機的轉(zhuǎn)速一般較高，往往與電動機直接相連。大型風機的轉(zhuǎn)速較低，一般用皮帶傳動與電動機相連，改變皮帶輪的直徑即可調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速，其關(guān)系如下：n1/n2=d2/d1式中：n1，n2——風機；電動機的轉(zhuǎn)速d1，d2——風機和電動機的皮帶輪的直徑。如要改變風機的轉(zhuǎn)速，只要改變通風機或電動機中任意一個皮帶輪的直徑即可。當改變風機轉(zhuǎn)速時，風機的特性參數(shù)；特性曲線也隨之改變，亦即，風機在每一轉(zhuǎn)速下都有其相應的特性曲線。當轉(zhuǎn)速改變時，風機的特性參數(shù)Q，H，N的變化可按下式計算：Q/Q`=n/n`

H/H`=(n/n`)2N/N`=(n/n`)3以上可見，如果通風機的轉(zhuǎn)速由n改變?yōu)閚ˊ時，風機的風量變化與轉(zhuǎn)速比的一次方成正比；風壓變化與轉(zhuǎn)速比的二次方成正比；功率變化與轉(zhuǎn)速比的三次方成正比。所以在增加風機轉(zhuǎn)速時，必須重新計算所需功率，注意原來配備的電機是否會過載。通風機的幾個性能參數(shù)不是固定不變的，它們之間都有一定的內(nèi)在聯(lián)系。當通風機在管網(wǎng)中工作時，這些參數(shù)又受到網(wǎng)路特性的影響，所以要選擇好，使用好一臺通風機，不但要熟悉通風機的性能，還要了解網(wǎng)路特性以及它們之間的關(guān)系。靜壓、動壓、全壓的計算靜壓、動壓、全壓在選擇風機時，常常會遇到靜壓、動壓、全壓這三個概念。根據(jù)流體力學知識，流體作用在單位面積上所垂直力稱為壓力。當空氣沿風管內(nèi)壁流動時，其壓力可分為靜壓、動壓和全壓，單位是mmHg或kg／m2或Pa，我國的法定單位是Pa。a.靜壓(Pi)由于空氣分子不規(guī)則運動而撞擊于管壁上產(chǎn)生的壓力稱為靜壓。計算時，以絕對真空為計算零點的靜壓稱為絕對靜壓。以大氣壓力為零點的靜壓稱為相對靜壓。空調(diào)中的空氣靜壓均指相對靜壓。靜壓高于大氣壓時為正值，低于大氣壓時為負值。b.動壓(Pb)動壓指空氣流動時產(chǎn)生的壓力，只要風管內(nèi)空氣流動就具有一定的動壓，其值永遠是正的。c.全壓(Pq)全壓是靜壓和動壓的代數(shù)和：Pq＝Pi十Pb全壓代表lm3氣體所具有的總能量。若以大氣壓為計算的起點，它可以是正值，亦可以是負值。

全壓=靜壓+動壓

動壓=0.5*空氣密度*風速^2

余壓=全壓-系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的阻力選擇風機考慮的條件1)根據(jù)輸送氣體性質(zhì)、系統(tǒng)的風量和阻力確定風機的類型。例如輸送清潔空氣，選用一般的風機；輸送有爆炸危險的氣體或粉塵，選用防爆風機

2)考慮到風管、設(shè)備的漏風及阻力計算的不精確，應按下式的風量、風壓選擇風機：Pf·Kp·ΔPPaLf=KL·Lm3/h式中Pf——風機的風壓，Pa；Lf——風機的風量，m3/h；Kp——風壓附加系數(shù)，一般的送排風系統(tǒng)Kp=1.1～1.15；除塵系統(tǒng)Kp=1.15～1.20；KL——風量附加系數(shù)，一般的送排風系統(tǒng)KL=1.1；除塵系統(tǒng)KL=1.1～1.15；ΔP——系統(tǒng)的總阻力，Pa；L——系統(tǒng)的總風量，m3/h.

(3)當風機在非標準狀態(tài)下工作時，應按下列公式對風機性能進行換算，再以此參數(shù)從樣本上選擇風機式中Lf——標準狀態(tài)下風機風量，m3/h；——非標準狀態(tài)下風機風量，m3/h；Pf——標準狀態(tài)下風機的風壓，Pa；——非標準狀態(tài)下風機風壓，Pa；——非標準狀態(tài)下空氣的密度，kg/m3?？諝鉅顟B(tài)變化時，實際所需的電動機功率會有所變化，應進行驗算，檢查樣本上配用的電動機功率是否滿足要求。

風機性能也可用無因次的流量系數(shù),壓力系數(shù)和功率系數(shù)來表示。這些無因次性能參數(shù)(也稱無因次系數(shù))的換算公式是由相似理論推導出來的。同一類型的風機相似(包括幾何相似,運動相似和動力相似),因此,同一類型風機的無因次性能參數(shù)相等。即

式中α、β、γ——分別為流量系數(shù)、壓力系數(shù)、功率系數(shù)，無因次；ρ——空氣密度，kg/m3；D——風機的葉輪外徑，m；U——葉輪周邊切線速度，m/s；H——風機的風壓，Pa；Q——風機的風量，m3/s。根據(jù)相似理論及上式無因次系數(shù)式，可得同類型風機性能的換算關(guān)系式為:Q/Q'=(D/D')3(n/n')H/H'=(ρ/ρ')(D/D')2(n/n')2(7-2-4)N/N'=(ρ/ρ')(D/D')5(n/n')3式中Q、Q'——分別為所要換算的兩臺風機的風量，m3/s；H、H'——分別為所要換算的兩臺風機的風壓，Pa；N、N'——分別為所要換算的兩臺風機的功率，kw；D、D'——分別為所要換算的兩臺風機的葉輪直經(jīng)，m；n、n'——分別為所要換算的兩臺風機的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分；ρ、ρ'——分別為所要換算的兩臺風機工作的空氣密度，kg/m3。上式可用于同類型風機中任意兩臺風機之間的性能參數(shù)換算，也可用于同臺風機不同轉(zhuǎn)速,不同空氣密度條件下的性能變化的分析。

測定風機特性的目的是，綜合運用風壓參數(shù)和風機電機電量參數(shù)的測定方法與技術(shù)，測試通風機空氣動力性能，繪制風機運行特性曲線并進行分析，以評定通風除塵系統(tǒng)的運行狀態(tài)是否滿足通風要求。

①風流參數(shù)測定：包括風機風量、風壓測定。要求掌握風機空氣動力性能測定系統(tǒng)的試驗方法及規(guī)范，掌握壓力計的零點調(diào)定，工作原理，測定操作，壓力挽算。②風機電機電量參數(shù)：包括電機功率、電流、電壓和轉(zhuǎn)數(shù)。要求掌握轉(zhuǎn)數(shù)、功率、電流、電壓的測量方法及儀器操作。風機選型的計算公式1、標準狀態(tài)：指風機的進口處空氣的壓力P=101325Pa，溫度t=20℃，相對濕度φ=50%的氣體狀態(tài)。

2、指定狀態(tài)：指風機特指的進氣狀況。其中包括當?shù)卮髿鈮毫虍數(shù)氐暮０胃叨?，進口氣體的壓力、進口氣體的溫度以及進口氣體的成份和體積百分比濃度。

3、風機流量及流量系數(shù)

流量：是指單位時間內(nèi)流過風機進口處的氣體容積。

用Q表示，通常單位：m3/h或m3/min。

流量系數(shù)：φ=Q/(900πD22×U2)

式中：φ：流量系數(shù)Q：流量，m3/h

D2：葉輪直徑，m

U2：葉輪外緣線速度，m/s(u2=πD2n/60)

4、風機全壓及全壓系數(shù)：

風機全壓：風機出口截面上的總壓與進口截面上的總壓之差。用PtF表示，常用單位：Pa

全壓系數(shù):ψt=KpPtF/ρU22

式中,ψt:全壓系數(shù)Kp:壓縮性修正系數(shù)PtF:風機全壓,Paρ:風機進口氣體密度,Kg/m^3u2：葉輪外緣線速度，m/s

5、風機動壓：風機出口截面上氣體的動能所表征的壓力，用Pd表示。常用單位：Pa

6、風機靜壓：風機的全壓減去風機的動壓，用Pj表示。常用單位：Pa

7、風機全壓、靜壓、動壓間的關(guān)系：

風機的全壓(PtF)=風機的靜壓(Pj)+風機的動壓(Pd)

8、風機進口處氣體的密度：氣體的密度是指單位容積氣體的質(zhì)量，用ρ表示，常用單位：Kg/m3

9、風機進口處氣體的密度計算式：ρ=P/RT

式中：P：進口處絕對壓力，PaR：氣體常數(shù)，J/Kg·K。與氣體的種類及氣體的組成成份有關(guān)。

T：進口氣體的開氏溫度，K。與攝氏溫度之間的關(guān)系：T=273+t

10、標準狀態(tài)與指定狀態(tài)主要參數(shù)間換算：

流量：ρQ=ρ0Q0

全壓：PtF/ρ=PtF0/ρ0

內(nèi)功率：Ni/ρ=Ni0/ρ0

注：式中帶底標“0”的為標準狀態(tài)下的參數(shù)，不帶底標的為指定狀態(tài)下的參數(shù)。

11、風機比轉(zhuǎn)速計算式：Ns=5.54nQ01/2/(KpPtF0)3/4

式中：Ns：風機的比轉(zhuǎn)速，重要的設(shè)計參數(shù)，相似風機的比轉(zhuǎn)速均相同。n：風機主軸轉(zhuǎn)速，r/min

Q0：標準狀態(tài)下風機進口處的流量，m3/sKp:壓縮性修正系數(shù)PtF0:標準狀態(tài)下風機全壓,Pa

12、壓縮性修正系數(shù)的計算式：

Kp=k/(k－1)×[(1+p/P)(k－1)/k－1]×(PtF/P)－1

式中:PtF:指定狀態(tài)下風機進口處的絕對壓力,Pak:氣體指數(shù),對于空氣,K=1.4

13、風機葉輪直徑計算式：D2=(27/n)×[KpPtF0/(2ρ0ψt)]1/2

式中:D2:葉輪外緣直徑,mn:主軸轉(zhuǎn)速：r/minKp：壓縮性修正系數(shù)PtF0：標準狀態(tài)下風機全壓，單位：Pa

ρ0：標準狀態(tài)下風機進口處氣體的密度：Kg/m3ψt：風機的全壓系數(shù)

14、管網(wǎng)：是指與風機聯(lián)接在一起的，氣流流經(jīng)的通風管道以及管道上所有附件的總稱。

15、管網(wǎng)阻力的計算式：Rj=KQ2

式中:Rj:管網(wǎng)靜阻力,Pa

K:管網(wǎng)特性系數(shù)與管道長度、附件種類、多少等因素有關(guān)，確定其值的方法通常采用：計算法，類比法和實際測定法。

Q：風機的流量，m3/s

16、常見壓力單位間的換算關(guān)系：

1毫米水柱(mmH2O)=9.807帕(Pa)

17、大氣壓力與海撥高度間近似關(guān)系：P=101325－(9.4～11.2)H

式中:P：大氣壓力PaH：海撥高度：m風機功率過高或過低的情況產(chǎn)生和解決1、功率過高一般說來，功率過高現(xiàn)象由兩種情況引起：一是由于電網(wǎng)頻率波動引起的。電網(wǎng)頻率降低時，同步轉(zhuǎn)速下降，而發(fā)電機轉(zhuǎn)速短時間不會降低，轉(zhuǎn)差較大；各項損耗及風力轉(zhuǎn)換機械能瞬時不突變，因而功率瞬時會變得很大。二是由于氣候變化，空氣密度的增加引起的。功率過高如持續(xù)一定時間，控制系統(tǒng)應作出反應?？稍O(shè)置為：當發(fā)電機出力持續(xù)10min大于額定功率的15％后，正常停機；當功率持續(xù)2s大于額定功率的50％，安全停機。

風力發(fā)電機組退出電網(wǎng)風力發(fā)電機組各部件受其物理性能的限制，賣儀器網(wǎng)當風速超過一定的限度時，必需脫網(wǎng)停機。例如風速過高將導致葉片大部分嚴重失速，受剪切力矩超出承受限度而導致過早損壞。因而在風速超出允許值時，風力發(fā)電機組應退出電網(wǎng)。由于風速過高引起的風力發(fā)電機組退出電網(wǎng)有以下幾種情況：1)風速高于25m／s，持續(xù)10min。一般來說，由于受葉片失速性能限制，在風速超出額定值時發(fā)電機轉(zhuǎn)速不會因此上升。但當電網(wǎng)頻率上升時，發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速上升，要維持發(fā)電機出力基本不變，只有在原有轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上進一步上升，可能超出預置值。這種情況通過轉(zhuǎn)速檢測和電網(wǎng)頻率監(jiān)測可以做出迅速反應。如果過轉(zhuǎn)速，釋放葉尖擾流器后還應使風力發(fā)電機組側(cè)風90°，以便轉(zhuǎn)速迅速降下來。當然，只要轉(zhuǎn)速沒有超出允許限額，只需執(zhí)行正常停機。2)風速高于33m／s，持續(xù)2s，正常停機。3)風速高于50m／s，持續(xù)ls，安全停機，側(cè)風90°。2、功率過低

如果發(fā)電機功率持續(xù)(一般設(shè)置30～60s)出現(xiàn)逆功率，其值小于預置值Ps，風力發(fā)電機組將退出電網(wǎng)，處于待機狀態(tài)。脫網(wǎng)動作過程如下：斷開發(fā)電機接觸器，斷開旁路接觸器，不釋放葉尖擾流器，不投入機械剎車。重新切入可考慮將切人預置點自動提高0.5％，但轉(zhuǎn)速下降到預置點以下后升起再并網(wǎng)時，預置值自動恢復到初始狀態(tài)值。重新并網(wǎng)動作過程如下：合發(fā)電機接觸器，軟啟動后晶閘管完全導通。當輸出功率超過Ps3s時，投入旁路接觸器，轉(zhuǎn)速切人點變?yōu)樵ㄖ?。功率低于Ps，時由晶閘管通路向電網(wǎng)供電，這時輸出電流不大，晶閘管可連續(xù)工作。這一過程是在風速較低時進行的。發(fā)電機出力為負功率時，吸收電網(wǎng)有功，風力發(fā)電機組幾乎不做功。如果不提高切人設(shè)置點，起動后仍然可能是電動機運行狀態(tài)。離心風機設(shè)計時的方案的選擇離心風機設(shè)計時幾個重要方案的選擇(1)葉片型式的合理選擇：常見風機在一定轉(zhuǎn)速下，后向葉輪的壓力系數(shù)中Ψt較小，則葉輪直徑較大，而其效率較高；對前向葉輪則相反。(2)風機傳動方式的選擇：如傳動方式為A、D、F三種，則風機轉(zhuǎn)速與電動機轉(zhuǎn)速相同；而B、C、E三種均為變速，設(shè)計時可靈活選擇風機轉(zhuǎn)速。一般對小型風機廣泛采用與電動機直聯(lián)的傳動A，，對大型風機，有時皮帶傳動不適，多以傳動方式D、F傳動。對高溫、多塵條件下，傳動方式還要考慮電動機、軸承的防護和冷卻問題。(3)蝸殼外形尺寸的選擇：蝸殼外形尺寸應盡可能小。對高比轉(zhuǎn)數(shù)風機，可采用縮短的蝸形，對低比轉(zhuǎn)數(shù)風機一般選用標準蝸形。有時為了縮小蝸殼尺寸，可選用蝸殼出口速度大于風機進口速度方案，此時采用出口擴壓器以提高其靜壓值。(4)葉片出口角的選定：葉片出口角是設(shè)計時首先要選定的主要幾何參數(shù)之一。為了便于應用，我們把葉片分類為：強后彎葉片(水泵型)、后彎圓弧葉片、后彎直葉片、后彎機翼形葉片；徑向出口葉片、徑向直葉片；前彎葉片、強前彎葉片(多翼葉)。表1列出了離心風機中這些葉片型式的葉片的出口角的大致范圍。(5)葉片數(shù)的選擇：在離心風機中，增加葉輪的葉片數(shù)則可提高葉輪的理論壓力，因為它可以減少相對渦流的影響(即增加K值)。但是，葉片數(shù)目的增加，將增加葉輪通道的摩擦損失，這種損失將降低風機的實際壓力而且增加能耗。因此，對每一種葉輪，存在著一個最佳葉片數(shù)目。具體確定多少葉片數(shù)，有時需根據(jù)設(shè)計者的經(jīng)驗而定。根據(jù)我國目前應用情況，在表2推薦了葉片數(shù)的選擇范圍。(6)全壓系數(shù)Ψt的選定：設(shè)計離心風機時，實際壓力總是預先給定的。這時需要選擇全壓系數(shù)Ψt。(7)離心葉輪進