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车间通风降温风机机组与管网工程节能监测方法纺织用多级离心风机
第一节主题与内容与适用范围
1.标准规定了风机机组与管网工程能源利用状况的监测内容、监测方法和合格指标。
风机机组与管网工程节能监测测试体系包括电动机(指三相异步电动机)或同步电动机、传动机构(指皮带传动或联轴器)、管网及附属设备(金属送风管道或非金属送风管道)和空气调节工程的空气分布器等。按本标准所测试的风机机组用电，不包括调速装置和辅助设备用电。
2.标准适用于11千瓦以上的由电动机驱动的离心式、轴流式通风机及鼓风机机组与管网工程。
国产轴流式风机驱动机容量从0.12kW到1000kW；离心式风机驱动电动机容量从0.6kW到12000kW，甚至超过12000kW，对其全部测试不仅是不可能的，也是不必要的。本标准把监测范围定在11kW及以上的以通风、鼓风、引风为目的的风相机组成管网工程。由于这些风机数量较多，耗电量较大，加强对这些风机的监测和管理，将会对节电产生较大的影响。
3.标准不适用于输送物料的风机机组及工程。
第二节节能监测项目
1.检测检查项目
1.1风机机组运行状态正常,工程配置合理。
1.1.1查看风机本体，驱动电动机，连接器等是否完好、清洁；
1.1.2运行中有无异常杂音，是否超过噪声标准；
1.1.3支承部份润滑脂是否正常，各部位轴承温度是否符合温升标准；
1.1.4平皮带与三角带松紧度是否符合要求；平皮带压轮压力是否符合要求；三角带是否配齐，是否全部工作正常；
1.1.5是否是国家明令的淘汰产品。
1.2管网布向合理，布置应符合基本流体力学原理，减少阻力损失。
一般送、通风工程设计漏损率不超过10%，除尘工程不超过15%。在实际运行中应经常保持设计状态，这是减少管网工程漏风、节约电能的重要措施。为此，要对管网工程作如下检查。
1.2.1通过听声、手感、制肥皂沫等办法，判断漏风位置和漏风程度；
1.2.2对于自身循环的空气调节工程，要检查是否在设计条件下运行。
1.3联接部位无明显泄漏。
2.监测测试项目
2.1风机机组电能利用率
风机效率实际上是指风机本体的运行效率,对于风机本体的运行效率，应该是指风机输出功率与输入轴功率之比。一般测定时，最基本而且最容易测定的参数是电动机输入功率，要测算风机输入轴功率，必须通过测定电动机运行效率和传动效率求得。电动机运行效率随负荷率和电源电压而变化，只能计算得来，传动效率就更难以测定。因此，测算风机本体的运行效率不仅难度大，而且通过计算得来的数值也不一定可靠。
GB3485提出：测定风机效率的目的，在于提高电能利用率。因此，本监测标准确定直接以风机机组的电能利用率为监测目标，这样不仅简单易行，而且完全符合GB3485的要求。
2.2电动机负载率
第三节监测要求
1.监测应在风机机组正常运行状态下进行。
这是指生产工艺流程的实际运行工况。风机长期在稳定的负荷下运行，则将该工况视为运行状态；风机负荷在一定范围内变化，应将是经常出现的负荷工况视为正常运行状态。
2.连续测试时间不少于30分钟，每一被测参数的测量次数不少于3次，每10分钟记录一次读数，以各组读数的算术平均值作为计算值。
3.测点截面应选在距风机出口不少于前5倍后10倍管径（当量管径）的直管段上。
4.在现场测点截面不能满足要求时，如风机无进口管路，出口管道又没有平直长管段时，可在风机进口安装一段直管进行测量。
5.若动压测量截面与静压测量截面不在同一截面时，动压测量值必须按静压测量截面的条件进行折算。
6.测点位置及数量
6.1对于矩形管道应将测点截面划分为若干相等的小截面，再在每个小截面的中心测量，每一小截面的面积不得大于0.05平方米，每个测量截面所划分的小截面不得少于9个，对于矩形管道，当量管径D=，其中，L，H为矩形管道的边长。
6.2对于园型管道，可将管道截面划分为若干个等面积的同心环，再分别在园环与管道水平轴、垂直轴的交点上测量。
管道的测点按公式（1）计算：
ri=r·………………（1）
式中：ri——管道的测点位置，mm；
r—管道半径，mm；
i—由园心算起同心环序数；
n—根据管道直径D，由表1提供的划分环数。
表1园型管道测点划分环数表
管道直径mm 划分的环数 ≤200 3 >200—≤400 4 >400—≤600 5 >600—≤800 6 >800—≤1000 8 >1000 10
7.监测仪表及要求
各种测量仪表都必须完好，并应在检定合格周期内，测量仪表的准确度应符合GB10178和GB8916的规定。
风机机组电能利用率和电动机负载率监测仪器表主要有下述几种：
1.U型管压差计，最小刻度为1mm，长度500—1000mm；
2.倾斜式微压计，如y－61型微压计；
3.标准型毕托管，按GB1236或ISO3966制作；
4.大气压力计，如DYM1型水银气压计或空盒式气压计；
5.钳式电力测试仪，可测单相与三相功率、电压、电流、功率因数等电气参数；
6.热球式风速仪，如QDF－2型，V＝1—10m/s或0—30m/s；
7.微风速表，如DFA－2型，V＝0—10m/s；
8.水银温度计，最小刻度1℃，量程按被测介质温度高低选用；
9.秒表；
10.转数表；
11.皮尺与卷尺。
允许使用新型电子微压差计代替上述传统的风压、风速测量仪表。
第四节监测方法
1.风机机组电能利用
1.1风机全压的测算
测点处平均动静压可按要求，用毕托管测量，静压取算术平均值，动压均方根平均值。
P=（ΔP2+P2p）—（ΔP1+P1p）……………………………（2）
式中：P—风机全压，Pa；
ΔP2—风机出口平均动压，Pa；
P2p—风机出口平均静压，Pa；
ΔP1—风机入口平均动压，Pa；
P1p—风机入口平均静压，Pa；
1.2风机流量的测算
式中：Q—风机实际流量，m3/s；
—测点处平均风速，m/s；
A—测点处风道截面积，m2。
风速可用符合准确度要求的风速仪直接测量，其测点布置按5.1.6进行，测试结果取3次记录算术平均值，也可以按下式测算：
=μ·………………………………………………（4）
式中：μ—毕托管测压修正值，对于标准毕托管μ=1；
ΔP—测点截面积平均动压，Pa；
ρ—流量测点处气体密度，kg/m3
其中：ρ=ρ0·…………………………………（5）
其中：ρ0—标准状态下气体密度，kg/m3（烟气取1.30，空气取1.29，其它介质查表）；
t—测点截面处的气体温度，℃；
Pa—测量时当地大气压，Pa；
Pp—测点截面静压值，Pa；
风道截面积可用米尺直接测量。
1.3风机机组电能利用率的测算
电动机输入功率的测量按GB8916的规定测量。
风机机组电能利用率为：
Hj=×100%……………………………………………(6)
摘要：对纺织用多级离心风机进行性能测试，发现性能尚有提高余量。选取与工作点接近的最高效率点进行气动校核。气体经过每一级都提高压力、升高温度，因此必须分别对各级计算，把该级出口参数作为下一级进口参数。根据计算结果画出各级出口温度、密度和吸力的变化曲线图，分析该风机存在的问题。叶轮气流出口与回流器进口角接近30°，对气流有较大的冲角损失。而回流器出口角度为30°，对后一级产生较大预旋，使第二级以后压力降低。针对这些问题，提出可行性改进措施。
关键词：多级；离心风机；气动计算
纺纱机纺纱过程中，经常出现纱线断头无法继续工作的情况，需要吸丝风机把断头吸入，使纺纱机高效连续的工作。因此，吸丝风机的吸力必须足够大才能满足要求。
1多级风机结构分析
由于对风机压力要求大，单级风机很难满足要求，原风机采用的是多级离心式风机，但是由于设计制造方面的原因，风机的压力和效率都有待提高。原风机内部结构见图1。
该风机由转子和静子构成。转子包括主轴以及套在轴上的叶轮等，静子元件包括机壳、回流器、蜗室、间隔环等。整机流道部分由7个回流器和8个叶轮组成。纺机用多级离心风机与常规多级离心鼓风机不同的是，由于受径向和轴向尺寸的限制，该风机省掉了扩压器和弯道。
纺机用多级离心风机叶轮和导流器的叶片均采用同样型线的模具制造，叶片型式为圆弧形后弯平板叶片，叶片的进出口宽度相同。叶轮有7个叶片，回流器有6个叶片，见图2和图3。
2校核工作点选取
为了获得原风机的气动性能，用进气风管装置按照风机性能测试标准测试其性能。测试发现，原多级离心风机最高效率点大约在流量为480m3/h，最高效率46%，压力为24000Pa，功率6100W，配用功率7500W尚有余量。
风机最高效率点性能参数接近实际工作点，所以选用流量为480m3/s为校核工作点，该点转速6783r/min，功率6420W。
3气动性能校核
由于气体经过每一级都提高压力，升高温度，气动参数有所不同，需要分别对每一级进行气动计算。本文给出第一二级计算原始数据，其他各级依此类推。
3.1第一级气动性能校核计算原始参数
3.1.1根据样机测绘及性能试验已知计算参数
叶轮进口直径D1’=126mm
叶片进口直径D1=130mm
叶轮出口直径D2’=275mm
叶片出口直径D2=271mm
叶片数z=7
叶片厚度δ1＝δ2＝1.5mm
进出口宽b1=b2=15.7mm
R0=100.6mm，Rk=150mm
回流器进口直径D5’=275mm
叶片进口直径D5=271mm
回流器出口直径D6’=126mm
叶片出口直径D6=130mm
叶片数z=6
叶片厚度δ1＝δ2＝1mm
R0=100.6mm，Rk=150mm
3.1.2风机性能参数
风机容积流量Q=480m3/h
近似认为流经每一级叶轮气体的质量流量相同，但由于每一级的气体密度不同，所以体积流量有所不同。
单级最高效率点质量流量
转速n=6783r/min
3.2第二级气动性能复算原始数据
由于叶轮叶片进口和回流器叶片出口直径相同，所以叶片进口预旋速度即等于上一级导流板叶片出口周向速度。
叶片进口预旋速度
C1u=C出口u=34.82m/s
依此类推可以计算其他各级叶轮主要气动性能参数。
3.3气动计算结果
各级出口温度、密度和吸力的变化曲线见图4、图5和图6。
4 结论
从气动计算结果可以得出：
1）叶轮气流出口角接近10°，而回流器进口叶片角40.87°，冲角接近30°，对气流有较大的冲角损失。
2）回流器出口叶片角接近30°，与回流器最佳出口角90°有很大偏差，由此对后一级叶轮产生强制预旋。
3）由于存在正预旋使第二级以后的叶轮进口冲角达-30°，产生较大的冲角损失。
4）由于产生了较大的正预旋，由欧拉方程可以得出，第二级以后的叶轮压力降低。
参考文献
[1]朱之墀.风机气动力噪声与气动力设计问题[J].应用声学，1986（3）：7-13.
[2]刘风.论风机设备的更新.风机技术，1983（1）国家标准局.洁净厂房设计规范.GB50073-2001.
[3]李庆宜.通风机[M].北京:机械工业出版社,1981.
[4]吴玉林，陈庆光，刘树红.通风机和压缩[M].北京：清华大学出版社,2005.2.
[5]商景泰.通风机手册[M].北京:机械工业出版社,1994.8.
[6]沈阳鼓风机研究所、东北工学院流体机械教研室编著.离心式通风机[M].机械工业出版社，1984.
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2.标准适用于11千瓦以上的由电动机驱动的离心式、轴流式通风机及鼓风机机组与管网工程。
国产轴流式风机驱动机容量从0.12kW到1000kW；离心式风机驱动电动机容量从0.6kW到12000kW，甚至超过12000kW，对其全部测试不仅是不可能的，也是不必要的。本标准把监测范围定在11kW及以上的以通风、鼓风、引风为目的的风相机组成管网工程。由于这些风机数量较多，耗电量较大，加强对这些风机的监测和管理，将会对节电产生较大的影响。
3.标准不适用于输送物料的风机机组及工程。
第二节节能监测项目
1.检测检查项目
1.1风机机组运行状态正常,工程配置合理。
1.1.1查看风机本体，驱动电动机，连接器等是否完好、清洁；
1.1.2运行中有无异常杂音，是否超过噪声标准；
1.1.3支承部份润滑脂是否正常，各部位轴承温度是否符合温升标准；
1.1.4平皮带与三角带松紧度是否符合要求；平皮带压轮压力是否符合要求；三角带是否配齐，是否全部工作正常；
1.1.5是否是国家明令的淘汰产品。
1.2管网布向合理，布置应符合基本流体力学原理，减少阻力损失。
一般送、通风工程设计漏损率不超过10%，除尘工程不超过15%。在实际运行中应经常保持设计状态，这是减少管网工程漏风、节约电能的重要措施。为此，要对管网工程作如下检查。
1.2.1通过听声、手感、制肥皂沫等办法，判断漏风位置和漏风程度；
1.2.2对于自身循环的空气调节工程，要检查是否在设计条件下运行。
1.3联接部位无明显泄漏。
2.监测测试项目
2.1风机机组电能利用率
风机效率实际上是指风机本体的运行效率,对于风机本体的运行效率，应该是指风机输出功率与输入轴功率之比。一般测定时，最基本而且最容易测定的参数是电动机输入功率，要测算风机输入轴功率，必须通过测定电动机运行效率和传动效率求得。电动机运行效率随负荷率和电源电压而变化，只能计算得来，传动效率就更难以测定。因此，测算风机本体的运行效率不仅难度大，而且通过计算得来的数值也不一定可靠。
GB3485提出：测定风机效率的目的，在于提高电能利用率。因此，本监测标准确定直接以风机机组的电能利用率为监测目标，这样不仅简单易行，而且完全符合GB3485的要求。
2.2电动机负载率
第三节监测要求
1.监测应在风机机组正常运行状态下进行。
这是指生产工艺流程的实际运行工况。风机长期在稳定的负荷下运行，则将该工况视为运行状态；风机负荷在一定范围内变化，应将是经常出现的负荷工况视为正常运行状态。
2.连续测试时间不少于30分钟，每一被测参数的测量次数不少于3次，每10分钟记录一次读数，以各组读数的算术平均值作为计算值。
3.测点截面应选在距风机出口不少于前5倍后10倍管径（当量管径）的直管段上。
4.在现场测点截面不能满足要求时，如风机无进口管路，出口管道又没有平直长管段时，可在风机进口安装一段直管进行测量。
5.若动压测量截面与静压测量截面不在同一截面时，动压测量值必须按静压测量截面的条件进行折算。
6.测点位置及数量
6.1对于矩形管道应将测点截面划分为若干相等的小截面，再在每个小截面的中心测量，每一小截面的面积不得大于0.05平方米，每个测量截面所划分的小截面不得少于9个，对于矩形管道，当量管径D=，其中，L，H为矩形管道的边长。
6.2对于园型管道，可将管道截面划分为若干个等面积的同心环，再分别在园环与管道水平轴、垂直轴的交点上测量。
管道的测点按公式（1）计算：
ri=r·………………（1）
式中：ri——管道的测点位置，mm；
r—管道半径，mm；
i—由园心算起同心环序数；
n—根据管道直径D，由表1提供的划分环数。
表1园型管道测点划分环数表
管道直径mm 划分的环数 ≤200 3 >200—≤400 4 >400—≤600 5 >600—≤800 6 >800—≤1000 8 >1000 10
7.监测仪表及要求
各种测量仪表都必须完好，并应在检定合格周期内，测量仪表的准确度应符合GB10178和GB8916的规定。
风机机组电能利用率和电动机负载率监测仪器表主要有下述几种：
1.U型管压差计，最小刻度为1mm，长度500—1000mm；
2.倾斜式微压计，如y－61型微压计；
3.标准型毕托管，按GB1236或ISO3966制作；
4.大气压力计，如DYM1型水银气压计或空盒式气压计；
5.钳式电力测试仪，可测单相与三相功率、电压、电流、功率因数等电气参数；
6.热球式风速仪，如QDF－2型，V＝1—10m/s或0—30m/s；
7.微风速表，如DFA－2型，V＝0—10m/s；
8.水银温度计，最小刻度1℃，量程按被测介质温度高低选用；
9.秒表；
10.转数表；
11.皮尺与卷尺。
允许使用新型电子微压差计代替上述传统的风压、风速测量仪表。
第四节监测方法
1.风机机组电能利用
1.1风机全压的测算
测点处平均动静压可按要求，用毕托管测量，静压取算术平均值，动压均方根平均值。
P=（ΔP2+P2p）—（ΔP1+P1p）……………………………（2）
式中：P—风机全压，Pa；
ΔP2—风机出口平均动压，Pa；
P2p—风机出口平均静压，Pa；
ΔP1—风机入口平均动压，Pa；
P1p—风机入口平均静压，Pa；
1.2风机流量的测算
式中：Q—风机实际流量，m3/s；
—测点处平均风速，m/s；
A—测点处风道截面积，m2。
风速可用符合准确度要求的风速仪直接测量，其测点布置按5.1.6进行，测试结果取3次记录算术平均值，也可以按下式测算：
=μ·………………………………………………（4）
式中：μ—毕托管测压修正值，对于标准毕托管μ=1；
ΔP—测点截面积平均动压，Pa；
ρ—流量测点处气体密度，kg/m3
其中：ρ=ρ0·…………………………………（5）
其中：ρ0—标准状态下气体密度，kg/m3（烟气取1.30，空气取1.29，其它介质查表）；
t—测点截面处的气体温度，℃；
Pa—测量时当地大气压，Pa；
Pp—测点截面静压值，Pa；
风道截面积可用米尺直接测量。
1.3风机机组电能利用率的测算
电动机输入功率的测量按GB8916的规定测量。
风机机组电能利用率为：
Hj=×100%……………………………………………(6)
摘要：对纺织用多级离心风机进行性能测试，发现性能尚有提高余量。选取与工作点接近的最高效率点进行气动校核。气体经过每一级都提高压力、升高温度，因此必须分别对各级计算，把该级出口参数作为下一级进口参数。根据计算结果画出各级出口温度、密度和吸力的变化曲线图，分析该风机存在的问题。叶轮气流出口与回流器进口角接近30°，对气流有较大的冲角损失。而回流器出口角度为30°，对后一级产生较大预旋，使第二级以后压力降低。针对这些问题，提出可行性改进措施。
关键词：多级；离心风机；气动计算
纺纱机纺纱过程中，经常出现纱线断头无法继续工作的情况，需要吸丝风机把断头吸入，使纺纱机高效连续的工作。因此，吸丝风机的吸力必须足够大才能满足要求。
1多级风机结构分析
由于对风机压力要求大，单级风机很难满足要求，原风机采用的是多级离心式风机，但是由于设计制造方面的原因，风机的压力和效率都有待提高。原风机内部结构见图1。
该风机由转子和静子构成。转子包括主轴以及套在轴上的叶轮等，静子元件包括机壳、回流器、蜗室、间隔环等。整机流道部分由7个回流器和8个叶轮组成。纺机用多级离心风机与常规多级离心鼓风机不同的是，由于受径向和轴向尺寸的限制，该风机省掉了扩压器和弯道。
纺机用多级离心风机叶轮和导流器的叶片均采用同样型线的模具制造，叶片型式为圆弧形后弯平板叶片，叶片的进出口宽度相同。叶轮有7个叶片，回流器有6个叶片，见图2和图3。
2校核工作点选取
为了获得原风机的气动性能，用进气风管装置按照风机性能测试标准测试其性能。测试发现，原多级离心风机最高效率点大约在流量为480m3/h，最高效率46%，压力为24000Pa，功率6100W，配用功率7500W尚有余量。
风机最高效率点性能参数接近实际工作点，所以选用流量为480m3/s为校核工作点，该点转速6783r/min，功率6420W。
3气动性能校核
由于气体经过每一级都提高压力，升高温度，气动参数有所不同，需要分别对每一级进行气动计算。本文给出第一二级计算原始数据，其他各级依此类推。
3.1第一级气动性能校核计算原始参数
3.1.1根据样机测绘及性能试验已知计算参数
叶轮进口直径D1’=126mm
叶片进口直径D1=130mm
叶轮出口直径D2’=275mm
叶片出口直径D2=271mm
叶片数z=7
叶片厚度δ1＝δ2＝1.5mm
进出口宽b1=b2=15.7mm
R0=100.6mm，Rk=150mm
回流器进口直径D5’=275mm
叶片进口直径D5=271mm
回流器出口直径D6’=126mm
叶片出口直径D6=130mm
叶片数z=6
叶片厚度δ1＝δ2＝1mm
R0=100.6mm，Rk=150mm
3.1.2风机性能参数
风机容积流量Q=480m3/h
近似认为流经每一级叶轮气体的质量流量相同，但由于每一级的气体密度不同，所以体积流量有所不同。
单级最高效率点质量流量
转速n=6783r/min
3.2第二级气动性能复算原始数据
由于叶轮叶片进口和回流器叶片出口直径相同，所以叶片进口预旋速度即等于上一级导流板叶片出口周向速度。
叶片进口预旋速度
C1u=C出口u=34.82m/s
依此类推可以计算其他各级叶轮主要气动性能参数。
3.3气动计算结果
各级出口温度、密度和吸力的变化曲线见图4、图5和图6。
4 结论
从气动计算结果可以得出：
1）叶轮气流出口角接近10°，而回流器进口叶片角40.87°，冲角接近30°，对气流有较大的冲角损失。
2）回流器出口叶片角接近30°，与回流器最佳出口角90°有很大偏差，由此对后一级叶轮产生强制预旋。
3）由于存在正预旋使第二级以后的叶轮进口冲角达-30°，产生较大的冲角损失。
4）由于产生了较大的正预旋，由欧拉方程可以得出，第二级以后的叶轮压力降低。
参考文献
[1]朱之墀.风机气动力噪声与气动力设计问题[J].应用声学，1986（3）：7-13.
[2]刘风.论风机设备的更新.风机技术，1983（1）国家标准局.洁净厂房设计规范.GB50073-2001.
[3]李庆宜.通风机[M].北京:机械工业出版社,1981.
[4]吴玉林，陈庆光，刘树红.通风机和压缩[M].北京：清华大学出版社,2005.2.
[5]商景泰.通风机手册[M].北京:机械工业出版社,1994.8.
[6]沈阳鼓风机研究所、东北工学院流体机械教研室编著.离心式通风机[M].机械工业出版社，1984.
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