通风系统优化方法

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1、通风风机与通风风机与通风系统优化方法通风系统优化方法本章内容本章内容通风风机的了解与选择通风风机的了解与选择通风除尘系统的维护管理通风除尘系统的维护管理通风除尘系统的技术经济分析通风除尘系统的技术经济分析通风管网的系统分析与优化通风管网的系统分析与优化通风风机通风风机风机的分类风机的分类离心风机和轴流风机原理；离心风机和轴流风机原理；风机的性能及特性曲线；风机的性能及特性曲线；风机在通风系统中的运行规律；风机在通风系统中的运行规律；风机的选择计算。风机的选择计算。1.1.按风压分按风压分 根据风机的压力根据风机的压力, , 可将风机分为可将风机分为 低压风机、中压风机和高压风机。低压风机、中压

2、风机和高压风机。其压力范围如下其压力范围如下: : 低压低压: : 风机全压风机全压 H 1000Pa H 1000Pa 中压中压: 1000Pa H 3000Pa: 1000Pa H 3000Pa 高压高压: 3000Pa H 15000 Pa: 3000Pa 90(90, 90(90 160) 160)叶片出口沿径向安装叶片出口沿径向安装,= 90,= 90叶片弯叶片弯曲方向曲方向与旋转与旋转方向相方向相反反, , 90(290(200 70)70)离心风机的传动形式离心风机的传动形式风机结构及原理风机结构及原理- -轴流风机轴流风机轴流风机的轴流风机的基本组成基本组成: :1-1-集风器

3、集风器2-2-叶轮叶轮3-3-导叶导叶4-4-扩散筒扩散筒轴流风机结构简图轴流风机结构简图集风器的作用是减少入口风流的阻力；集风器的作用是减少入口风流的阻力；叶轮的作用是叶轮的作用是, , 叶轮旋转时叶片冲击空气叶轮旋转时叶片冲击空气, , 使空气获得一定的速度和风压；使空气获得一定的速度和风压；导叶的作用扭转从叶轮流出的旋转气流导叶的作用扭转从叶轮流出的旋转气流, , 使一部分偏转气流动能变为静压能使一部分偏转气流动能变为静压能, , 同时同时可减少因气流旋转而引起的阻力损失可减少因气流旋转而引起的阻力损失扩散筒的作用是将一部分轴向气流动能转扩散筒的作用是将一部分轴向气流动能转变为静压能。变

4、为静压能。轴流风机的原理轴流风机的原理叶片的旋转使空气受到冲击力叶片的旋转使空气受到冲击力, , 从而使空气获得一定的速度和从而使空气获得一定的速度和风压风压, , 并由导叶和扩散筒将部并由导叶和扩散筒将部分动能转变为静压分动能转变为静压, , 从而使风从而使风机出口具有一定的风速和风压。机出口具有一定的风速和风压。轴流风机的主要结构参数轴流风机的主要结构参数叶轮外径叶轮外径D D叶轮轮毂直径叶轮轮毂直径d d叶片的安装角叶片的安装角, , 安装角安装角一一般为般为1010、1515、2020、2525、3030、3535叶片安装角叶片安装角1 1- -叶叶片片2 2- -导导叶叶3 3- -

5、轮轮毂毂dD轴流风机结构型式及传动方式轴流风机结构型式及传动方式传动方式传动方式结构结构型式型式对旋式轴流风机对旋式轴流风机 对旋式轴流风机与普通型轴流风机的不同之对旋式轴流风机与普通型轴流风机的不同之处是没有静叶，仅由动叶构成。两级动轮分别由处是没有静叶，仅由动叶构成。两级动轮分别由两个不同旋转方向的电动机驱动。对旋式轴流风两个不同旋转方向的电动机驱动。对旋式轴流风机具有以下特点：机具有以下特点：可以省略导叶，结构比较简单；可以省略导叶，结构比较简单；效率高，效率可提高效率高，效率可提高5 5 8 8；反风性能好，普通型风机，其反风量约为反风性能好，普通型风机，其反风量约为4040，而对旋式

6、轴流风机的反风量可达而对旋式轴流风机的反风量可达60607070。该种。该种风机广泛用于地下工程、船舶、冷却塔和锅炉上。风机广泛用于地下工程、船舶、冷却塔和锅炉上。风机性能风机性能-工作性能参数工作性能参数风机的工作性能参数风机的工作性能参数( (或称为有因次性能或称为有因次性能参数参数) )包括风压、风量、功率、效率与转包括风压、风量、功率、效率与转速等。速等。（1 1）风压）风压: : 风机风压系指全压风机风压系指全压H, H, 单位为单位为Pa, Pa, 它是单位体积的气体流过风机叶轮时它是单位体积的气体流过风机叶轮时所获得的能量增量。它等于风机的静压所获得的能量增量。它等于风机的静压H

7、sHs与动压与动压HvHv之和。一般通风机在较高效率范之和。一般通风机在较高效率范围内工作时围内工作时, , 其动压约占全压的其动压约占全压的101020% 20% 左右。左右。风机性能风机性能-工作性能参数工作性能参数（2 2）风量）风量Q: Q: 指通风机在单位时间指通风机在单位时间内所输送的气体体积。风机说明书内所输送的气体体积。风机说明书中的风量与风压中的风量与风压, , 一般均指标准气一般均指标准气态下态下( (即大气压为即大气压为760mmHg, 760mmHg, 温度为温度为20, 20, 湿度为湿度为50%, 50%, 密度为密度为1.2kg/m1.2kg/m3 3 ) )的数

8、值。风量单位常用有的数值。风量单位常用有m m3 3 /s , /s , m m3 3 / min , m/ min , m3 3 / h / h 。风机性能风机性能-工作性能参数工作性能参数（3 3）功率）功率: : 单位时间内所做的功单位时间内所做的功, , 单位单位 kw kw（千（千瓦）。风机的功率可分为瓦）。风机的功率可分为: :全压有效功率全压有效功率NaNa指单位时间内通过风机的空气指单位时间内通过风机的空气所获得的实际能量所获得的实际能量, , 它是风机的输出功率它是风机的输出功率, , 也称也称为空气功率。为空气功率。 Na=HQ/1000 Na=HQ/1000 （kwkw）

9、静压有效功率静压有效功率指单位时间内通过风机的空气所指单位时间内通过风机的空气所获得的静压能量。是全压有效功率的一部分。获得的静压能量。是全压有效功率的一部分。轴功率轴功率NzNz电动机传递给风机转轴上的功率。也电动机传递给风机转轴上的功率。也就是风机的输入功率。就是风机的输入功率。电机功率电机功率考虑了传动机械效率和电机容量安全考虑了传动机械效率和电机容量安全系数后系数后, , 电动机的功率。电动机的功率。风机性能风机性能-工作性能参数工作性能参数（4 4）效率）效率: : 表明风机将输入功率表明风机将输入功率转化为输出功率的程度。分为全转化为输出功率的程度。分为全压效率压效率( (也称为空

10、气效率或总效率也称为空气效率或总效率) )和静压效率。和静压效率。风机性能风机性能-工作性能参数工作性能参数（5 5）转速）转速: : 系指风机叶轮每分钟的转系指风机叶轮每分钟的转数数, , 单位为转单位为转/ / 分。风机转速改变时分。风机转速改变时, , 风机的流量、风压和轴功率都将随之风机的流量、风压和轴功率都将随之改变。改变。同类型风机性能的关系同类型风机性能的关系风机性能也可用无因次的流量系数风机性能也可用无因次的流量系数, , 压力系数和功率系数来表示。这些无压力系数和功率系数来表示。这些无因次性能参数因次性能参数( (也称无因次系数也称无因次系数) )的换的换算公式是由相似理论推

11、导出来的。同算公式是由相似理论推导出来的。同类型风机相似类型风机相似( (包括几何相似包括几何相似, , 运动运动相似和动力相似相似和动力相似), ), 因此因此, , 同一类型同一类型风机的无因次性能参数相等。即风机的无因次性能参数相等。即同类型风机性能的关系同类型风机性能的关系流量系数流量系数压力系数压力系数功率系数功率系数空气密度，空气密度，kg/mkg/m3 3；DD风机的叶轮外径，风机的叶轮外径，m m；UU叶轮周边切线速度，叶轮周边切线速度，m/sm/s；HH风机的风压，风机的风压，PaPa；QQ风机的风量，风机的风量，m m3 3/s/s。 由上式无因次系数式，可得同类型风机性能

12、的换算关由上式无因次系数式，可得同类型风机性能的换算关系式为系式为: : Q/Q = ( D/D) Q/Q = ( D/D)3 3(n/n)(n/n) H/H = (/)( D/D) H/H = (/)( D/D)2 2(n/n)(n/n)2 2 N/N = (/)( D N/N = (/)( D /D/D )5 5(n/n)(n/n)3 3 Q Q、Q Q 分别为所要换算的两台风机的风量，分别为所要换算的两台风机的风量，m m3 3/s/s；H H、H H 分别为所要换算的两台风机的风压，分别为所要换算的两台风机的风压，PaPa；N N、N N 分别为所要换算的两台风机的功率，分别为所要换算

13、的两台风机的功率，kwkw；D D、D D 分别为所要换算的两台风机的叶轮直经，分别为所要换算的两台风机的叶轮直经，m m；n n、n n 分别为所要换算的两台风机的转速，转分别为所要换算的两台风机的转速，转/ /分；分；、 分别为所要换算的两台风机工作的空气密分别为所要换算的两台风机工作的空气密度，度，kg/mkg/m3 3。同类型风机性能的换算同类型风机性能的换算风机性能风机性能-风机个体特性曲线风机个体特性曲线通风机在一定的转速下通风机在一定的转速下, , 其风压、功率、效率与其风压、功率、效率与流量之间是个函数关系流量之间是个函数关系, , 由于风机工作过程的复由于风机工作过程的复杂性

14、杂性, , 很难从理论上得出这个函数关系的精确数很难从理论上得出这个函数关系的精确数学表示式。因此学表示式。因此, , 实际应用中通常通过实测并用实际应用中通常通过实测并用曲线来描述风压、功率、效率与流量之间的关系，曲线来描述风压、功率、效率与流量之间的关系，这种曲线就称为风机的个体特性曲线。它由全压这种曲线就称为风机的个体特性曲线。它由全压H H流量流量Q Q、静压、静压H Hs s 流量流量Q Q、功率、功率N N流量流量Q Q 、全、全压效率压效率流量流量Q Q和静压效率和静压效率s s 流量流量Q Q五条曲五条曲线组成。每一台通风机都有一组个体特性曲线。线组成。每一台通风机都有一组个体

15、特性曲线。轴流风机轴流风机离心风机离心风机离心风机与轴流风机个体特性曲线的比较：离心风机与轴流风机个体特性曲线的比较：风风压曲线：离心的较平缓压曲线：离心的较平缓, , 风压随风量的变化不大；风压随风量的变化不大；轴流的较陡轴流的较陡, , 有有“马鞍形马鞍形”驼峰区驼峰区, , 风压随风量风压随风量的变化较大；的变化较大；功率曲线：在工作区内功率曲线：在工作区内, , 离心的离心的功率随风量的增加而增加功率随风量的增加而增加, , 因此应闭闸启动；轴因此应闭闸启动；轴流的功率随风量的增加而减少，应开闸启动。流的功率随风量的增加而减少，应开闸启动。风机性能风机性能-风机风机类型特性曲线特性曲线

16、每台风机都有一组个体特性曲线每台风机都有一组个体特性曲线, , 使用起来不方使用起来不方便便, , 且不能比较不同类型且不能比较不同类型( (即不相似即不相似) )风机的性能。风机的性能。为了减少个体特性曲线的图表数量为了减少个体特性曲线的图表数量, , 根据相似理根据相似理论得出的无因次系数论得出的无因次系数、，对于同一类型，对于同一类型的风机都相等。因此的风机都相等。因此, , Q Q 、Q Q、Q Q曲曲线代表同一类型风机在各种转速下的性能。这样线代表同一类型风机在各种转速下的性能。这样一组曲线就称为风机的类型特性曲线。同一类型一组曲线就称为风机的类型特性曲线。同一类型的风机就只有一组类

17、型特性曲线。类型特性曲线的风机就只有一组类型特性曲线。类型特性曲线也是通过试验方法确定。也是通过试验方法确定。风机运行风机运行-单台风机的运行单台风机的运行运行工况点运行工况点: : 风机风压风机风压特性曲线特性曲线H H与风管阻力特与风管阻力特性曲线性曲线KmKm的交点的交点, , 即为风即为风机的运行工况点。在工况机的运行工况点。在工况点上风机的风压与系统中点上风机的风压与系统中的阻力相等的阻力相等, ,风机的风量风机的风量就是系统的风量。工况点就是系统的风量。工况点随系统阻力和风机转速的随系统阻力和风机转速的变化而变化。变化而变化。风机运行风机运行-单台风机的运行单台风机的运行对运行工况

18、点的要求对运行工况点的要求: :运行工况点落在风压曲线的稳定工运行工况点落在风压曲线的稳定工作区范围内；作区范围内；运行工况点落在效率较高的范围内运行工况点落在效率较高的范围内, , 一般要求工况点的运行效率不能低于一般要求工况点的运行效率不能低于最高效率的最高效率的85%85%。即，要求。即，要求0.85max0.85max。满足这两项要求的运。满足这两项要求的运行范围，即为风机的工作区。行范围，即为风机的工作区。风机运行风机运行-单台风机的运行单台风机的运行对工况点的调节对工况点的调节: : 当风当风机的风量和风压不能满机的风量和风压不能满足设计要求时足设计要求时, , 就应调就应调节工况

19、点。节工况点。两种调节法两种调节法: : 一是调节一是调节阻力特性曲线阻力特性曲线Km, Km, 需增需增大风量时大风量时, , 将将KmKm值调小值调小, , 反之将反之将KmKm值调大；二是值调大；二是调节风机转速调节风机转速, , 从而使从而使风机风压曲线改变。风机风压曲线改变。多台风机联合运行多台风机联合运行 多台风机联合多台风机联合分为分为: :并联并联串联，包括：串联，包括：集中串联集中串联间隔串联间隔串联多台风机联合运行多台风机联合运行-并联并联并联并联系指两台或数台风机平行地联合在一起系指两台或数台风机平行地联合在一起, , 向同向同一系统输送空气一系统输送空气, , 其目的是

20、增加系统的风量其目的是增加系统的风量, , 用于用于风量大风量大, , 阻力小的通风系统阻力小的通风系统。多台风机联合运行多台风机联合运行-并联并联并联的合成性能参数确定（图解法）并联的合成性能参数确定（图解法）: : 首先求出合成风压曲线首先求出合成风压曲线, , 按风压相等风按风压相等风量相加的原则，确定合成风压曲线；量相加的原则，确定合成风压曲线；然后确定等效工况点然后确定等效工况点, ,合成风压曲线合成风压曲线H H与与风筒风阻风筒风阻R R曲线的交点即为等效工况点。曲线的交点即为等效工况点。等效工况的风量和风压即为所求的合成等效工况的风量和风压即为所求的合成风量和合成风压。风量和合成

21、风压。多台风机联合运行多台风机联合运行-串联串联串联就是将前一台风机的出风口与后一台串联就是将前一台风机的出风口与后一台风机的进风口相连接风机的进风口相连接, , 向同一系统输送空向同一系统输送空气气, , 其目的是提高风压其目的是提高风压, , 用于阻力大的通用于阻力大的通风系统。串联分为集中串联和分散串联。风系统。串联分为集中串联和分散串联。多台风机联合运行多台风机联合运行-并联并联集中串联的合成性能参数确定（图解集中串联的合成性能参数确定（图解法）法）: : 按风量相等按风量相等, , 风压相加原则求出串联风压相加原则求出串联合成风压曲线；合成风压曲线；合成风压曲线合成风压曲线H H与风

22、阻与风阻K K曲线的交点即曲线的交点即为等效工况点；为等效工况点；等效工况点的风量、风压即为合成风等效工况点的风量、风压即为合成风量和合成风压。量和合成风压。多台风机联合运行多台风机联合运行-注意事项注意事项对于不同性能风机并联对于不同性能风机并联, ,要注意无效并联问题。要注意无效并联问题。不同性能风机串联，要注不同性能风机串联，要注意无效串联问题。意无效串联问题。 通风除尘系统的维护管理是一通风除尘系统的维护管理是一项十分重要的工作。在系统建项十分重要的工作。在系统建成以后，要保持其正常运行，成以后，要保持其正常运行，发挥其应有的作用，主要依靠发挥其应有的作用，主要依靠科学的维护管理。科学

23、的维护管理。 通风空调通风空调系统系统的维护管理的维护管理维护管理工作的内容维护管理工作的内容 ：1建立、健全组织机构建立、健全组织机构和规章制度和规章制度 2联工教育和人员培训联工教育和人员培训 3系统的运行操作系统的运行操作 4定期检测定期检测 5计划检修计划检修 通风空调通风空调系统系统的维护管理的维护管理维护管理工作的内容维护管理工作的内容 ：检查管道、风口、阀门检查管道、风口、阀门 通风空调通风空调系统系统的维护管理的维护管理维护管理工作的内容维护管理工作的内容 ：检查管道、风口、阀门检查管道、风口、阀门 通风空调通风空调系统系统的维护管理的维护管理维护管理工作的内容维护管理工作的内

24、容 ：检查通风系统环境是否整洁、安全检查通风系统环境是否整洁、安全 通风空调通风空调系统系统的维护管理的维护管理技术经济分析的指标主要有：技术经济分析的指标主要有：价值价值指标指标，人员指标人员指标和和实物指标实物指标等。在等。在通风除尘系统的功能可满足要求的通风除尘系统的功能可满足要求的条件下，根据这些指标进行分析和条件下，根据这些指标进行分析和综合评价，才能全面地反映设计方综合评价，才能全面地反映设计方案的正确性。案的正确性。 通风空调通风空调系统系统的技术经济分析的技术经济分析 技术经济分析的主要内容：技术经济分析的主要内容：（1）通风除尘系统的总费用分析总费用分析（2）初投资）初投资分

25、析（3）运行费运行费分析通风空调通风空调系统系统的技术经济分析的技术经济分析 优化设计简介为了使系统达到最优的目标所提出的各种求解方法称为最优化方法。 常用的优化方法有线性规划法、非线性规划法、动态规划法、极大值法等。它对促进运筹学、管理科学、控制论和系统工程等新兴学科的发展起到了重要的作用。 优化设计步骤最优化方法解决问题一般可以分为以下几个步骤：（1）提出需要进行最优化的问题，开始收集有关资料和数据；（2）建立求解最优化问题的有关数学模型，确定变量，列出目标函数和有关约束条件；（3）分析模型，选择合适的最优化方法；（4）求解方程。一般通过编制程序在电子计算机上求得最优解；（5）最优解的验证和实施。 通过上述五个相互独立和互相渗透的步骤，最终求得系统的最优解。 通风空调中的优化设计优化目标资源优化：原料利用最大化能源优化：能量损失最小化优化对象设备组合：风罩，净化，通风管网：管径，管路风机选型：功率，风压