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1、轴流式风机的性能摘要轴流式风机在火力发电厂及当今社会中得到了非常广泛的运用。本 文 介绍 了 轴 流式 风 机 的工 作 原 理、叶 轮 理论 、构 造 型 式 、性 能 参 数、 性能曲线的测量、运行工况确实定及调节方面的知识,并通过实验 结果分析了轴流式风机工作的特点及调节方法。关键词：轴流式风机、性能、工况调节、测试报告目录1 绪论1.1风机的概述41.2风机的分类41.3轴流式风机的工作原理42 轴流式风机的叶轮理论2.1概述42.2轴流式风机的叶轮理论42.3 速度三角形52.4 能量方程式63 轴流式风机的构造3.1 轴流式风机的根本形式63.2 轴流式风机的构造74 轴流式风机的
2、性能曲线4.1 风机的性能能参数84.2 性能曲线105 轴流式风机的运行工况及调节5.1 轴流式风机的运行工况及确定115.2 轴流式风机的非稳定运行工况115.2.1叶栅的旋转脱流125.2.2 风机的喘振125.2.3 风 机 并 联 工 作 的 “ 抢 风 现象135.3 轴流式风机的运行工况调节145.3.1 风机入口节流调节145.3.2 风机出口节流调节145.3.3入口静叶调节145.3.4动叶调节155.3.5变速调节156 轴流风机性能测试实验报告6.1 实验目的156.2 实验装置与实验原理156.2.1 用比托静压管测定质量流量6.2.2 风机进口压力6.2.3 风机出
3、口压力6.2.4 风机压力6.2.5 容积流量计算6.2.6 风机空气功率的计算6.2.7 风机效率的计算6.3数据处理197实验分析27总结28致谢词29参考文献30PaPePmqmPsg2PsFCPePaGo当地大气压Pa测点平均静压Pa测点平均动压Pa平均质量流量kg s风机入口全压Pa-风机出口全压Pa风机全压Pa风机静压Pa体积流量m s流体平均流速m s风机有效功率KW轴功率KW风机效率 00风机转速r min平衡电机力臂长度m风机运转时的平衡重量N风机停机时的平衡重量N风机直径m流量系数膨胀系数1 绪论1.1 风机的概述风机是将原动机的机械能转换为被输送流体的压能和动能的一种动力
4、设备其主要作用是提高气 体能量并输送气体。风机的工作原理与轴流风机透平压缩机根本一样，只是由于气体流速较低，压 力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。1.2 风机按压力分类按风机工作压力全压大小分类 风扇 标准状态下，风机额定压力范围为p 98Pa(10 mmH此风机无机壳，又称自由风扇，常用于建筑物的通风换气。 风机 设计条件下，风机额定压力范围为98Pa p 14710Pa(1500 mmHO)。一般风机均指通风机而言， 也是本章所论述的风机。 通风机是应用最为广泛的风机。 空气污染治理、 通风、 空调等工程大多采用此类风机。 鼓风机工作压力范围为1471
5、0Pa p 196120Pa。压力较高，是污水处理曝气工艺中常用的设备。 压缩机 工作压力范围为 p 196120Pa,或气体压缩比大于 3.5的风机，如常用的空气压 缩机。1.3 轴流式风机的工作原理 轴流式风机得名于流体从轴向流人叶轮并沿轴向流出。其工作原理基于叶翼型理论： 气体由一个攻角。进入叶轮时，在翼背上产生一个升力，同时在翼腹上产生一个大小相等方向 相反的作用力，该力使气体排出叶轮呈螺旋形沿轴向向前运动。同时，风机进口处由于压差的作用， 气体不断地被吸入。对动叶可调轴流式风机，攻角越大，翼背的周界越大，那么升力越大，风机的压差就越大，而 风量越小。当攻角到达临界值时，气体将离开翼背
6、的型线而发生涡流，导致风机压力大幅度下降而 产生失速现象。轴流式风机中的流体不受离心力的作用，所以由于离心力作用而升高的静压能为零，因而它所 产生的能头远低于离心式风机。故一般适用于大流量低扬程的地方，属于高比转数范围。轴流风机右图为轴流式泵与风机的示意图，当原动机驱动浸在工质中的叶轮旋转时，叶轮内流 体就相对叶片作用一个升力，而叶片同时给流体一个与升力大小相等方向相反的反作用力，称为推 力，这个叶片推力对流体做功使流体能量增加。2 轴流式风机的叶轮理论2.1 概述轴流式通风机的性能特点是流量大，扬程(全压)低，比转数大，流体沿轴向流入、流出叶轮。其构造特点是：构造简单，重量相对较轻。因有较大
7、的轮毂动叶片角度可以作成可调的。动叶片可 调的轴流式通风机，由于动叶片角度可随外界负荷变化而改变，因而变工况时调节性能好，可保持 较宽的高效工作区。2.2 轴流式通风机的叶轮理论2.2.1 翼型和叶栅的概念 由于轴流式通风机的叶轮没有前后盖板，流体在叶轮中的流动，类似飞机飞行时，机翼与空气 的作用。因此，对轴流式通风机在研究叶片与流体之间的能量转换关系时，采用了机翼理论。为此 下面介绍翼型，叶栅及其主要的几何参数。翼型机翼型叶片的横截面称为翼型，它具有一定的几何型线，和一定的空气动力特性。翼型见图2 1：图2-1翼型简图叶栅由一样翼型等距排列的翼型系列称为叶栅。这种叶栅称为平面直列叶栅，如图2
8、 2所示。由于轴流式叶轮内的流动类似并可简化为 在平面直列叶栅中绕翼型的流动，而在直列叶栅中每个翼型的绕流情况一样，因此只要研究一个的定义:翼型的绕流情况就可以了。这里要注意几个参数叶片安装角S:弦长图2 1中所示与列线叶栅中翼型各对应点的连线,如图2-2中B-B之间的夹角。2.3速度三角形流动角卩1,3 2：叶栅进、出口处相对速度和圆周速度反方向之间 的夹角。在叶轮任意半径处取一如图 2 3所示的叶栅。在叶栅进口，流体具有圆周速度 u1、相对速 度w，绝对速度v，出口具有u2、w2和 V2 ,由这三个速度矢量组成了进出口速度三角形。绝 对速度也可以分解为圆周方向的分量Vu,和轴面方向的分量V
9、a，此时，轴面分速的方向为轴向，故用符号Va表示。轴流式叶轮进出口处流体沿同一半径的流面流动，因而进出口的圆周速度U1和U2相等，即有U1= U2= U。另外对不可压缩流体，对风机流体升压很小，叶轮进出口轴面速图2-3叶栅进口及出口速度三角形度可视为相等，即V1a V2a VaDn皿u60黑式中：D计算截面所取直径，m;n叶轮转速，r/mi n;VqVVa(D； D2)V4m/s式中：qV实际工作流量，m3/s;D2-叶轮外径，m;Dh-轮毂直径，m;u和Va可用下式计算：V 容积效率;2排挤系数；2 3所示。由于再计算出圆周分速 Vu，或卩1,3 2角，就可绘出叶轮进出口速度三角形，如图叶轮
10、进出口具有一样的圆周速度和轴面速度，因此为研究问题方便起见，常把进、出口速度三角形 绘在一起，如图24所示。因为叶栅中流体绕流翼型与绕流单冀型有所不同，叶栅将影响来流速度 的大小和方向，因此为推导公式和论证简化起见，可取叶栅前后相对速度Wi和w2的几何平均值 w作为无限远处(流体未受扰动)的来流速度。图2-4叶栅进岀口速度三角形重叠其大小和方向由进出口速度三角形的几何关系来确定，即tg 址 2Waw uW1u w2u如用作图法，只需要将图2 4中CD线中点E和B连接起来，此联线BE即决定了 w的大小和方向。2.4能量方程式叶片式泵与风机的根本方程式，是建立流体通过旋转叶轮时获得能量的定量关系式
11、。该方程是 由欧拉于1756年首先推倒出来的，所以又称欧拉方程式，也叫能量方程式。其中有两点假设：1理想叶轮：叶片数无限多，叶片厚度无限薄，即：流体质点严格沿叶片 型线流动，即迹线与叶片的型线重合；2流体为理想、不可压缩流体，即：流动过程无能量损失,流体的密度为常数。依据：动量矩定律：即在定常流中，单位时间内流出与流进控制体的流体对某一轴线的动量矩 的变化，等于作用在该控制体的流体上所有外力对同一轴线力矩的代数和。能量方程式表达式：Pt(U2V2Ulf ) (pa)2 22 2V2V1W1 W2、 # 、Pt(厂-)(Pa)3轴流式风机的构造3.1根本型式轴流式通风机可分为以下四种根本型式：a
12、在机壳中只有一个叶轮，没有导叶。如图3-2(a)所示，这是最简单的一种型式，这种型式易产生能量损失。因此这种型式只适用于低压风机。 b在机壳中装一个叶轮和一 个固定的出口导叶。如图 3-2(b)所示，在叶轮出口加装 导叶。这种型式因为导叶的加 装而减少了旋转运动所造成 的损失，提咼了效率，因而常 用于高压风机与水泵。 c在机壳中装一个叶轮和一 个固定的入口导叶。如图 3-2(c)所示，流体轴向进入前 置导叶，经导叶后产生与叶轮 旋转方向相反的旋转速度，即产生反强旋。这种前置导叶 型，流体进入叶轮时的相对速 度Wi比后置导叶型的大，因此 能量损失也大，效率较低。但 这种型式具有以下优点： 在转速
13、和叶轮尺寸一样时，图3-2轴流泵与风机的根本形式单个叶轮前设置导叶a单个叶轮机b单个叶轮后设置导叶c(d)单个叶轮前、后均设置导叶具有这种前置导叶叶轮的泵或风机获得的能量比后置导叶型的高。如果流体获得一样能量时，那么 前置导叶型的叶轮直径可以比后置导叶型的稍小，因而体积小，可以减轻重量。 工况变化时.冲角的变动较小，因而效率变化较小。 如前置导叶作成可调的，那么工况变化时，改变进口导叶角度，使其在变工况下仍保持较高效率。d)在机壳中有一个叶轮并具有进出口导叶。如图3-2(d)所示，如前置导叶为可调的， 在设计工况下前置导叶的出口速度为轴向，当工况变化时，可改变导叶角度来适应流量的变化。因而可以
14、在很大 的流量变化范围内，保持高效率。这种型式适用于流量变化较大的情况。其缺点是构造复杂，增加 了制造、操作、维护等的困难，所以较少采用。3.2轴流式风机的构造陶垃* A图3-1 轴流式通风机构造示意图两级叶轮1进气箱2叶轮3主轴承4动叶调节装置5扩压器6轴7 电动机轴流式风机与轴流式水泵构造根本 一样。有主轴、叶轮、集流器、导叶、 机壳、动叶调节装置、进气箱和扩压器 等主要部件。轴流风机构造型式见图 3-1 所示。a) 叶轮叶轮的作用与离心式叶轮一样，是 提高流体能量的部件，其构造和强度要 求较高。它主要由叶片和轮毂组成。叶 轮上通常有46片机翼型叶片，叶片有 固定式、半调节式和全调节式三种，目 前常用的为后两种。它们可以在一定范 围内通过调节动叶片的安装角度来调节 流量。半调节式只能在停泵后通过人工 改变定位销的位置进展调节。全调节式叶片叶轮配有动叶调解机构，通过调节杆上下移动，带动拉 板
