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厂房降温风机风机所属的种类划分多翼风机的设计新思路
编者之话：在全国的风机制造厂和风机使用单位中，大专院校的压缩机教研室和有关流体机械、风机研究所里，大都是“风机”的行家里手。然而，在上述各部门中，可能还有一些读者不了解或不甚了解“风机”的含义和发展的历史。“风机”的作用和国际著名风机制造厂的概况等。退休多年的乐赓熙高级工程师用通俗科学的笔调编撰此文，可引导一些读者步入“风机王国”浏览性地走一遭，以帮助读者开阔视野，增添风机知识。
“风机”这个名词，在中国的《辞源》、《辞海》、《中国大百科全书》和国外的各类词典中是找不到的。它是新中国成立后的五十年代初，工业部门为了便于机械产品的归类和行业的划分，乃将压缩机中的透平压缩机、透平鼓风机、回转式中的罗茨风机和叶片式鼓风机以及通风机等归为“风机行业”，人们因而在习惯上也就把这些产品统称为“风机”。另一方面，又将压缩机中的往复式压缩机、回转式中的螺杆、滑片、液环等压缩机归为“压缩机行业”。
一、风机隶属
机械产品成千上万种，分支甚多，那么，风机何属。
(一)流体机械
在没有说到风机之前，先说风机的隶属吧 !
对输送介质来说，风机是流体机械的成员。
凡是以气体或液体为工作介质来转换能量的机械通称流体机械。它通常包括水轮机、汽轮机、燃气轮机、膨胀机、风力机、泵、通风机、压缩机、液力耦合器、液力变矩器、风动工具、气动马达和液压马达等。
水轮机、汽轮机、燃气轮机、膨胀机和风力机是原动流体机械，它们都是把流体的能量 转换为机械能的。泵、通风机和压缩机是从 动的流体机械，它们都是把动力机的机械能传递给流体，再提高流体压力并抽吸或压送流体。液力耦合器和液力变矩器是把输入转轴的机械能通过流体传递给输出轴，它们是传递动力的器件。风动工具是以压缩空气为动力的一种工具。气动马达和液压马达则分别是气压传动和液压传动中的执行元件。
不论是原动的流体机械还是从动的流体机械．它们都是利用或消耗能量的。流体机械所用的能源，最多的是燃料，如煤、石油和天然气等的化学能，它们以热能的形式释放出来，然后再转化成机械能或电能。把热能转换为机械能的机械又称为热力发动机，如燃气轮机和汽轮机。内燃机也是一种热力发动机，但它在习惯上又不称为流体机械。此外，风力机、水轮机和膨胀机可以直接或将能量转换为电能后带动从动机。
泵、通风机和压缩机是应用广泛、消耗能量多的从动流体机械，而从动的流体机械往往又是以原动的流体机械作为动力的。如许多大型透平压缩机采用了汽轮机作为驱动机的。
水轮机、汽轮机和燃气机的工质分别为水、蒸汽和燃气。泵输送的是水 (故又称水泵)、油(故又称油泵)或其他液体。通风机和压缩机输送各种气体。风力机和膨胀机的工作介质分别为空气和其他气体。风动工具和气动马达的工质为压缩空气或其他压缩气体。液压马达的工质为液压油。各种流体机械由于作用原理、结构形式和用途的不同，所用工质的温度、流量和压力的差别也很大。
流体机械按工作原理主要分为容积式和动力式两大种类。
容积式流体机械是依靠运动元件改变工作容积来实现能量转化的。动力式流体机械则是依靠高速旋转叶片来转换能量的，故又称透平机械。还有一种叫喷射器的也是动力式，它的工作原理是高速喷射的流体与被抽吸流体相混合，进行能量交换，并以此传递能 量。
流体机械按结构分为旋转式和往复式两大类。动力式流体机械通常是旋转式和往复式两种类。例如回转式压缩机和回转泵虽然也都是旋转式但它们的工作原理与透平压缩机和动力式泵不同，分别属于容积式压缩机和容积泵。
(二)透平机械
上面笼统地谈了流体机械，可能对风机的谱还离得远些。这里，就来谈谈透平机械吧!
所谓透平机械，用简单一句话概括：它是具有叶片的动力式流体机械。各种透平机械的共同特点是装有叶片的转子做高速旋转运动，流体(气体或液体)流经叶片之间通道时，叶片与流体之间产生力的相互作用，借以实现能量转化。按能量转化方向的不同。透平机械分为原动机和从动机。原动机将流体的能量(热能、势能或动能)转化为机械能，通过主轴带动发电机或其他从动机。这类原动机有汽轮机、燃气轮机、透平膨胀机，水轮机和风力机等。从动机由电动机或其他原动机(如汽轮机)拖动，将机械能转换为流体的能量，即提高流体的压力。这类从动机有通风机、透平压缩机、离心泵和轴流泵等。
透平式的从动机和原动机在原理和结构上基本相同，只是工作过程相反。透平机械的工作介质可以是气体，如蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体，也可以是液体，如水、油或其他液体。我们再来看看各类透平机械的工作介质和工作过程。
透平原动机：
汽轮机 —— 工质蒸汽，将高温高压蒸汽在汽轮机内膨胀做功，使蒸汽的热能转化为机械能。
燃气轮机 —— 工质燃气，将高温高压燃气在燃气机内膨胀做功，使燃气的热能转化为机械能。
透平膨胀机 —— 工质气体，将高压气体在膨胀机内膨胀做功，使气体的能量转化为 机械能 ,同时气体本身强烈地冷却,达到制冷或回收能量的目的。
水轮机 —— 工质水，将高位水流经过水轮机，推动转动轮转动，使水的能量 (势能和动能)转化为机械能。
风力机 —— 工质风，自然风力作用在风轮上，推动风轮转动，将风能转变为机械能。
透平从动机：
通风机、透平压缩机 —— 工质气体，由动力机驱动，叶片对气体做功，提高气体压力并输送气体。
离心泵、轴流泵 —— 工质液体，由动力机驱动，叶片对液体做功，提高液体的压力并输送液体。
透平机械主要分为径流式(离心式或向心式)和轴流式。在径向式机械中，流体主要沿着径向流动；轴流式机械中，流体沿轴向流动。还有一种斜流式机械，流体的流动方向介于上述两种机械之间。
曾记否?70年代初、中期，机械部组织三大透平机械建设会战，即扩大透平压缩机、汽轮机、燃气轮机三种透平机械的生产建设。沈阳鼓风机厂作为透平压缩机的生产基地，从那时起，透平压缩机的技术引进和设备引进、厂房扩建，也就蒸蒸日上，技术水平和生产形势更是有了突飞猛进的发展，名符其实成为全国风机行业之首了。
摘要：从改善其通流能力入手，通过理论分析和大量试验最终达到了其结构参数的优化。
关键词：多翼风机 设计
前向多翼风机叶轮的流道构成与一般风机不同点是：子午面的流道特别短，进出口直径比D1／D2≥0.80；叶轮出口宽度特大，相对宽度b2／D2≥0.4；叶片数特多，最多可达72个。
前向多翼风机叶轮流道宽而短，气流状况紊乱而无序，有些流道还充不满气流，很难建立起一个简单的、符合实际的数学模型来进行流场分析
通流能力φ与流量及全压等参数一样，也是前向多翼风机主要参数之一，通流能力是指在某一条等转速线上达到最大全压系数的流量系数值。
典型的前向多翼风机特性曲线如图1所示。
从图1可见，通流能力把曲线分为左右两个区域。在左区内，全压随流量的增加而增加，全压减去因流量增加而引起的动压提高，仍可维持足够的静压，气流能够克服阻力而顺利通过流道。而右区内情况就不同了，随着流量的增加，动压仍继续提高，但全压值反而下降，当不能保证足够的静压值时，气流克服不了阻力而形成“阻塞”现象，这时曲线急剧跌落，全压大幅度下滑，流量不再增加，全压效率也下降几十个百分点，性能曲线成“疲软”状态。通流能力φ越小，性能曲线就“疲软”得越早，反之亦然。所以φ值是表征前向多翼风机软硬特性的参数之一。
从样本查得11-62的φ值只有1.10，而结构上有某些改进的Comefri 的TLZ 风机φ值却提高到1.35。由于通流能力的提高，在可使用的压力范围内，Comefri 的 TLZ 风机的流量比11-62增加近一倍，最高全压效率也提高了近5%。要提高前向多翼风机的通流能力，必须得找到限制通流的“瓶颈”位置，并加以结构改进，再通过试验验证，最后获得最佳匹配。
虽然前向多翼风机的流道较一般风机要宽阔得多，而且从风机进口到出口都有足够大的空间可让气流顺利通过，但实际上，并不是所有流道都那么畅通。根据大量试验表明，“瓶颈”位置就在叶轮进口处。而过去一提到增加流量就加宽叶轮，有些前向多翼风机制造厂，把叶片相对出口宽度增加了20%～40%，派生出所谓宽型机。但实际上，无论是标准型还是宽型机，在叶轮进口处的“瓶颈”并没有实质性改变，因此宽型机风量增加没有预期的那么大，而且，由于叶轮的加宽还使宽型机的性能曲线变软，更有甚者，过度加宽叶轮导致了前向多翼风机硬特性完全消失，变成后向风机的抛物线形下降特性。
若改善叶轮进口流动，消除“瓶颈”，提高前向多翼风机的通流能力，笔者认为主要应从以下3个方面着手。
（1）扩大叶轮进口面积，可采用加大进气口外径或增加叶片进气角两种方法。加大进气口外径，不但增加进气口面积、减缓进气速度，还让部分进气吹走了由于气流突然膨胀而在叶轮近轮盖处形成的涡流。这样既可以增加流量，又可以改善进气的流动性能。但若叶轮进气口外径过大，会影响整个叶轮压力的提升，所以一般以增加主流面积15%～20%为宜。叶片进气角则应尽量取大，通常取βA1=90°。
（2）取适当的叶片数，叶片数不宜过多或太少，应保持中等。从理论上看叶片数越多叶轮出口的滑差越小，通过叶轮的气流可获得更大的功，有望提高更大的压力。但是，叶片数过多势必会增加摩擦损失和阻塞气流，反过来又会对风机性能有负面影响。事实上，前向多翼风机叶轮，当叶片达到一定数量时，再增加其叶片数，对其性能已没有什么影响，这时叶片数的选取则纯粹从结构和工艺角度考虑。如国外有些风机厂，为了不同型号通用同一种叶片，叶轮采用拼装滚铆结构，靠增减叶片数派生出相邻的机号来，所以按优先数排列的标准机号，不论机号大小都是38片或42片。
（3）增加叶轮子午面的流道长度，使进出口直径比D1／D2保持在0.82左右。通流能力提高以后，压力有下降的趋势，适当的减小D1使叶片流道加长、 增大，在较大流量情况下，可以维持较高的静压，使性能曲线会更加平坦。
用以上设计思路开发出来的样机与11-62和 Comefri的TLZ 风机性能比较如图2所示。
图2 新样机与11-62和 Comefri的TLZ 风机性能比较
从图2可见新样机的通流能力比11-62和Comefri 的TLZ 风机都大得多，新样机的性能曲线也较后两者平坦。由于大流量区全压的提高，新样机可应用的流量范围也大幅度增加。
风道设计计算的方法与步骤
一．风道水力计算方法
风道的水力计算是在工程和设备布置、风管材料、各送、回风点的位置和风量均已确定的基础上进行的。
风道水力计算方法比较多，如假定流速法、压损平均法、静压复得法等。对于低速送风工程大多采用假定流速法和压损平均法，而高速送风工程则采用静压复得法。
1．假定流速法
假定流速法也称为比摩阻法。这种方法是以风道内空气流速作为控制因素，先按技术经济要求选定风管的风速，再根据风管的风量确定风管的断面尺寸和阻力。这是低速送风工程目前最常用的一种计算方法。
2．压损平均法
压损平均法也称为当量阻力法。这种方法以单位管长压力损失相等为前提。在已知总作用压力的情况下，取最长的环路或压力损失最大的环路，将总的作用压力值按干管长度平均分配给环路的各个部分，再根据各部分的风量和所分配的压力损失值，确定风管的尺寸，并结合各环路间的压力损失的平衡进行调节，以保证各环路间压力损失的差值小于15%。一般建议的单位长度风管的摩擦压力损失值为0.8~1.5Pa/m。该方法适用于风机压头已定，以及进行分支管路压损平衡等场合。
3．静压复得法
静压复得法的含义是，由于风管分支处风量的出流，使分支前后总风量有所减少，如果分支前后主风道断面变化不大，则风速必然下降。风速降低，则静压增加，利用这部分“复得”的静压来克服下一段主干管道的阻力，以确定管道尺寸，从而保持各分支前的静压都相等，这就是静压复得法。此方法适用于高速空调工程的水力计算。
二．风道水力计算步骤
以假定流速法为例：
1．确定空调工程风道形式，合理布置风道，并绘制风道工程轴测图，作为水力计算草图。
2．在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。
管段长度一般按两管件中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。
3．选定工程最不利环路，一般指最远或局部阻力最多的环路。
4．选择合理的空气流速。
风管内的空气流速可按下表确定。
表8-3空调工程中的空气流速（m/s）
部位
低速风道
高速风道
推荐风速
最大风速
推荐风速
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