风机常识和测量方法.ppt

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1、上海交大国家风冷技术研究推广中心上海世康机电技术工程有限公司,风机基本常识及测试分析技术(气动),主讲人:任勇,讲座目的,技术人员对风机测试能有一全面了解和系统掌握.产品选型设计时能全面支持销售工作的展开.遇到客户投诉,能够快速解决问题,分清责任.及时发现产品问题,供将来开发做参考.技术人员为销售工作增加附加价值.,讲座主题 AM 8:30-11:30,引言通风机常用名词测量原理和计算关系式系统效应概念实验室测量装置类型和方法现场测量方法和注意事项双方沟通,特别推荐,系统效应因子系统管网阻力测定和运用风机名义性能风机实际运转性能(考虑SEF)若干实际工作中经常遇到的疑惑.,(本中心获国家科技进

2、步二等奖的核心技术子项之一),量大面广，是我国重要耗能设备;占电力消耗总量10.4%，系统运行效率40-60%;国际先进水平 70%;,引言：风机系统现状,Industrial Electric Use,40%Fans,Pumps,Blowers风机,泵,鼓风机用电占40%,4%Compressors压缩机用电占4%,26%Other Motors其它电动机用电占26%,30%Other30%其它,风机10.4%,工业用电,Fan Types and Applications,一、风机类型及应用,Propeller Fans单叶轮风机,Commonly used in Low pressure

3、,Low volume applications通常用于低压,低容量应用场合,Cooling towerWall exhaustRoof exhaustHome window冷却塔墙壁排风屋顶排风房间窗户排风,Not very efficientNoisyNot able to generate much pressure效率不是非常高存在噪音不能产生太高的压力,Axial Fans with guide vane带导叶轴流风机,Used where large quantities of air are needed at modest pressures用于在中压区域存在大量空气的场合,T

4、unnel ventilationLarge building ventilationProcess Air隧道通风大型建筑通风工艺需要的空气Can be very EfficientCan be Variable pitch效率非常高可变节距调整,Centrifugal Fans离心风机,Can develop Relatively high pressures-5000 Pa and higherSingle or double inletVariety of bearing and motor configurationVariety of pressure classes能够产生相对高

5、的压力-5000 Pa及更高单进口或双进口可以配置各种轴承和电动机存在各种压力等级,Double Width Centrifugal Fan双宽度离心风机,Can handle larger volumes of airImpeller forces balanced(no thrust)Makes ducted inlets trickier可以处理更大容量的空气叶轮的各个作用力得到平衡(无推力)使管道连接的进口更先进,Radial Bladed Impeller径向叶片状叶轮,Simple to buildLeast expensiveCan handle material in the

6、airstreamvery high pressure capabilityLowest efficiency 50-60%结构简单成本最低廉可以处理空气流当中的物质能够产生非常高的压力 效率更低，只有50-60%,Forward Curved Impeller前向叶轮,Usually 24 to 64 shallow cup-shaped bladesSensitive to dirtVery inexpensiveCommonly found in residential air systems 通常情况下为24 到 64 个浅杯形叶片。对污垢非常敏感不十分昂贵通常用于民用空气处理系统,B

7、ackward Curved Impeller后向叶轮,Efficiency nearly as high as Airfoil fans9-16 Single thickness bladesCan tolerate some dirtVery similar to backward inclined 效率高，接近翼形风机9-16单厚度叶片可以耐受一定程度的污垢具有后曲的特点,Airfoil Impeller机翼形叶轮,Most efficient of all centrifugal fan designs9-16 blades Self-limiting on power at high

8、 flowdouble thickness blades expensive to construct Needs clean air所有离心风机的设计效率非常高9-16 叶片 在高流量是自限制功率双厚度的叶片，建造成本更高。需要清洁的空气,二、常用名词,大气参数流量压力推力功率效率 转速无因次参数压缩性系数马赫数雷诺数运动黏度动力粘度,大气参数,气体特指湿空气，即干空气和水蒸汽的混合物,标准大气状态,流量,单位时间内流过通风机入口的气体体积若忽略压缩性,通风机内任一处或管道截面流量是相同的体积流量Qs Qm Qh质量流量 Ms Mm Mh,压力,静压(Ps)气体对平行于气流的物体表面作用的压

9、力动压(Pd)全压(Pt)t=Ps+Pd,通风机压力,风机全压风机对给定气体的全压增加量，即风机的出口与进口之间的全压差静压风机的全压减去风机出口处动压,推力,仅对射流风机而言推力,转速,叶轮每分钟的旋转速度，一般指角速度单位：r/min,通风机的比转速,比转速,马达电源类型,交流 三相 380V/50HZ 480V/60HZ 单相 220V/50HZ/V/50HZ 110V/60HZ直流 12V 24V 36V,电动机能量输入输出示意图,X电机效率,传动效率,空气功率,(马达特性曲线),（电动机铭牌功率）,流动效率,功率,有效功率(空气功率)e内功率Pin轴功率PshPin（风机内部流动损失

10、功率）Pme（轴承和传动装置的机械损失）Pin=Pe+Pin Psh=Pin+Pme sh=Pe+Pin+Pme,马达参数重要性,马达生产厂样本效率与事实不符.数据偏高近几年马达的加工质量普遍比较差.对轴功率计算不力,风机效率计算不准,偏低一般特性曲线计算时,效率取常数,不科学.无法全面判定叶型和结构的优劣.不力于开发评估 建议:至少新品研发过程中配套的马达必须先获得特性曲 线数据.(扭距仪可考虑采用),变频器选型,变频器的输出功率对应马达的轴功率马达极对数小,可以按功率选择马达极对数大,应按电流选择四六极马达按功率可以小一档执行,效率,全压内效率静压内效率全压效率静压效率,雷诺数,判断流动状

11、态的一个无因次数(Re),马赫数,气流速度与声速的比值(M),风机系数,Fan Flow,Pressure Power and Efficiency风机流量，压力 功率和效率,风机功率与效率表达式,Qs 流量(M3/S)；P 压力(Pa)；N 功率(Kw),Kp=1(P 3000Pa),Calculating Kp(GB)计算 Kp,为绝热系数.,Calculating Kp(AMCA)计算 Kp,H功率,声压级,声压和声压级 声波由于在大气传播,使大气压力发生改变,其改变值大小称声压,单位Pa.,声功率,声功率:声源在单位时间内所辐射的声波总能量.单位W,声功率级计算方法,计权网络,声音按照

12、不同的方式,进行滤波处理.一般设置A、B、C、D四档计权网络.简称A、B、C、D档声压级.通常我们采用的是，做频谱分析时也会遇到.,A计权衰减值,63 125 250 500 1000 2000 4000 8000,-26.3-16.1-8.6-3.2 0 1.2 1.0-1.1,倍频程与噪声频谱特性,倍频程(中心频率)63 125 250 500 1000 2000 4000 80001/3倍频程 50 63 80 100 125 160 200 250.倍频程基础上再细分三段.为低频为高频为中频,频谱图,轴流式,离心式,二个特征频率,旋转噪声涡流噪声,n为转速,Z为叶片数,i谐波序号,斯特

13、劳哈尔数Sr=0.14-0.2,可取0.185W为气流平均相对速度，为叶片在垂直弦长投影长度,i谐波序号,i=1为基频,噪声常用计算公式,响度级,响度:人对声音强弱的主观量,把声压级和频率有 机统一起来.响度级:采用1000Hz下纯音的声压级作为该频率下的响度级.单位为方(pohn)A声级:人耳对40方纯音的响度级B声级:对70方纯音的响度级C声级:对100方纯音的响度级D声级:对飞机的感觉噪声级,等响度曲线,噪声评价,噪声评价数N 评定听觉、交换、烦恼的噪声允许标准,a、b数据,中心频率（z）a(dB)b(dB)63 35.5 0.790 125 22.0 0.870 250 12.0 0.

14、930 500 4.8 0.974 1000 0 1.000 2000-3.5 1.015 4000-6.1 1.025 8000-8.0 1.030,三、测试装置的原理,根本上讲测试装置是一个特殊的系统无非系统在结构上具有一些特殊性，符合标准.风机特性曲线通过调整系统管网阻力获得风机的最大流量和喘振点采用调节手段获得装置测量时需最大程度符合风机实际运行情况,Bernouli Theorem贝努利定理,连续流公式,Venturi Flow Meter文丘里流量计,Upstream plane 1Low velocity High pressure,Choke plane 2Higher vel

15、ocity Lower pressure,上游平面 1低流速 高压力,节流平面 2更高流速 更低压力,Downstream plane 3Low velocity High pressure,下游平面 3低流速 高压力,风机测试原理图解,Static Pressure压力,Flow流量,为变量，三种方法控制流量风阀开度辅助风机变频堵片数量,K值测定原理图解,Static Pressure压力,Flow流量,三种方法控制特性曲线可变叶片角度测试风机变频(多速)3.前导叶角度,装置(系统)阻力测定,根据前图，可方便求得此方法类推到实际风机运行过程中，对客户正确合理使用提供了基础数据,值正确测定和应

16、用是本中心获国家科技进步二等奖的核心技术子项,Simplified Affinity Laws简化的相似性定律,Simplified Affinity Laws for Fan Speed Change Example简化的相似性定律用于风机速度改变的实例,Affinity Law Speed Change相似性定律风机速度的改变,Fan Curve at High Speed高速时的风机性能曲线,Pressure压力,Fan Curve at Lower Speed低速时风机性能曲线,Speed Change Example风机速度改变实例,Original operationat 1200

17、 rpm:Flow 23.595 m3/sPressure 3000 PaPower 128,700 W原来运行在1200 转/分钟:流量 23.595 m3/s压力 3000 Pa功率 128,700 W,Change(slow)same fan to 840 rpm:改变成(慢速）相同的风机为840转/分钟:,Fan Efficiency风机效率,Fan Curve风机性能曲线,Iso-efficiency lines 等效曲线,75%,70%,65%,60%,Pressure压力,Flow流量,风 机 性 能,Operating Points风机的运行工作点,Fan Curve(slow

18、er)风机性能曲线(更缓慢),Fan Curve风机性能曲线,System Curve系统性能曲线,1,1,Pressure压力,Flow流量,Effects of Air Density空气密度效应,Fan curve 0.61 kg/m3风机性能曲线 0.61 kg/m3,System Curve 0.61 kg/m3系统性能曲线 0.61 kg/m3,Fan curve 1.22 kg/m3,风机性能曲线 1.22 kg/m3,Pressure压力,Flow流量,Effects of Density Change密度变化的效应,Simplified Fan Laws for Densit

19、y Changes简化的风机定律用于密度的变化,Friction System Curve摩擦系统性能曲线,Fan Curve风机性能曲线,Pressure压力,Flow流量,System Curve with control damper partly closed系统 性能曲线，控制调节风门部分关闭,风门打开,工况点的确定和调节,Q,P,四、通风机试验,气动性能试验 模型和产品 GB1236-2000强度试验 JB/T 6445-1992运转试验GB/T 13275-1991 JB/T 8689-1998噪声测定GB/T 2888 JB/T 8690,实验室测量,参照软件程序讲解装置类型测

20、点分布注意事项测量技巧,常用类型,风管型 进气风管 出气风管 进出气风管风室型 进气气室 出气气室,装置外形,进出口管道,出气管道,出气风室,贵司主要类型,进气风管,进气风室,测试对象,马达效率 传动效率(资料获取)环境大气参数马达参数背景噪声 运转噪声 转速 振动集流器静压风室静压 进口管道静压风室气体温度,注意事项,结合软件进行讲解,流量常用测法,进口集流器 孔板喷嘴,压力测量和毕托管使用,静压,全压静压,传统的测压仪表,风机测试常用仪表,微差压,电功率,叶轮风速,热球式风速,噪声分析仪,1/1频谱分析仪,频闪仪,激光转速仪,温湿度,1/3频谱分析仪,测振仪,声级计,常用传感器,见文件夹,

21、仪表精度要求,风机系统设计不佳的原因是：,进风口气流不均匀出风口连接不妥风机进口处产生涡流,附加阻力的增大影响风机叶轮的作功能力,导致：,P,Q,SEF,五、系统效应,风机名义参数,理想状态下，测得的性能参数即风机的最优状态在实际运转过程中，多少有些损失（进出口）需对此进行修正如何修正？此点非常重要，对客户合理选型提供依据尤其是在技术合同中,必须引起高度注意.因子合理应用是本中心获国家科技进步二等奖的核心技术子项,气流损失,沿程阻力损失 直管段损失局部损失 弯管损失 突扩损失 渐缩和扩损失,Types of Systems Effects系统效应的类型,Fan InletFan OutletI

22、n the ductworkAt SilencersAt Filters and CoilsAt System Air Inlets风机进口风机出口管道系统当中在消声器上在过滤器盘管上在系统空气的进口,Better较好,Best最好,Poor最差,System Air Inlets系统空气进口,下游平面 3低流速 高压力,Outlet Area Velocity Profiles风机出口区域流速分布图,Blast AreaCut off,25%,50%,75%,100%Effective Duct Length,OutletArea,DischargeDuct,Centrifugal Fan,

23、Axial Fan,Watch out for fans with the outlet area much larger than the blast area观察风机的出口区域是否远远大于送风区域Put nothing at the outlet except a diffuser or a run of straight duct 除了扩散体和直管段，不允许在风机的出口处放置任何东西,Outlet Elbows-Centrifugal Fans出口弯管-离心风机,Trumpeting Elephants Not Allowed in the Plant!在该类设备当中不允许在出口采取象鼻

24、喇叭形弯管,Use the Proper Fan Configuration From the Start从开始就采用合适的风机配置,Some of the many configurations available许多风机配置方式当中的一些情况,Fan Accessories风机附件,AvoidOutlet DampersInlet DampersApply carefullyVIV Inlet boxesUse if possibleDiffuser防止采用出口调节风门进口调节风门小心使用VIV 进口气室如果可能，尽量使用扩散体,Inlet System Effect进口系统效应,The

25、velocity distribution on the inlet is also important风机进口的流速分布图也是非常重要的,Factory Designed Inlet Box工厂设计进口气室,Inlet with 3-piece elbow带有3弯管风机进口,Poor,Not As Bad,Very Poor,差,可以,非常差,Inlet Tapped Into Square bottom duct进口 Tapped Into Square bottom 管道,Pre-Swirl正向涡流,Counter Swirl反向涡流,Inlet Swirl进口涡流,Bad,Worse,

26、差,更差,Reducing Swirl降低涡流,Turning vanes in the elbow can help reduce swirl,but.Apply Turning Vanes Carefully!Vanes can also preserve a poor velocity profile!旋转位于弯管处的叶片可以帮助降低涡流,但是.必须小心旋转叶片!叶片还会造成不良的流速分布!,Losses at Mitered Elbows斜接弯管处发生的能耗,Square elbows should be avoided,especially in high velocity syst

27、ems,due to the large losses应当防止方形弯管,尤其在高流速的系统当中,因为会产生大的损耗,常见系统问题,引 起 原 因,系 统 设 计：可用系统效应因子值SEF来判断部 件 选 择：选型规格偏大或调节技术落后安 装 质 量:包括对管网作现场修改，造成较大的SEF值维 护 保 养：轴承润滑油脂缺少，清洗不及时，导致叶 片、管道表面、过滤器、散热器积聚污染物,常见系统问题,引 起 原 因,富裕量偏大，导致：一次性投资增大运行成本增加噪声增大可靠性降低管道振动偏离最高效率点运行,高 运 行 费 用,风机常处于最大的，预期的负荷运行，但在低负荷期间不能重新调节，建议：测量输送

28、要求的变化量，使在确保功能的前提下，不过份超过这些要求,堵 塞,污染物积聚在系统某一部位，干扰气流分布，产生较大压力降；翅片热交换器和过滤器，导致系统气量不足；堵塞又会干扰入口导叶的操作或变节距叶片叶角的调节；影响预期节能效果和性能；建议用调速驱动,气 流 噪 声 高,风机选择不妥或风机在比必要转速偏高的转速下运行,出 力 不 够,由于未精确计算系统效应影响，导致：,风机在低效运行系统部件高于预期压力降,通过任何一个特定部件的压力降公式是：,由于气流产生漩涡和涡流，造成不稳定的气流场，会使系统部件实际产生的损失高于对应损失系数计算的损失.,不 稳 定 运 行,原因：,在低流量工况下运行并联运行

29、风机相互影响，交替地移动负荷,措施：防失速（喘振）装置,“风机系统优化”项目调研提纲,工艺负荷信息：工艺稳定，负荷变化，启动负荷,常用负荷,偶尔负荷；工艺升级计划：计划改造或升级的系统或工艺；驱动类型：直联，皮带变速，可变速驱动；排气调节阀门开启度及调节方式（自控、手动、常用工况开启度）；进气调节阀门开启度及调节方式（自控、手动、常用工况开启度）；可调进口叶片开启度及调节方式（自控、手动、常用工况开启度）；影响生产或维护保养的问题：系统运行的稳定性、可靠性、动平衡、风机容量与系统适应状况、噪声、有无定期性故障;叶轮类型（径向，前弯，后弯，机翼型）；耗能状况 装机容量Kw，年运行时间h，风机系统

30、年耗电量Kwh；占全厂能耗的百分比%,参照标准：,GB1236-2000通风机空气动力性能试验标准GB10178-88 通风机现场试验标准AMCA 203 美国通风与空调协会标准,风机的现场性能测试,测试要点,静压测量端面 开孔(2mm),焊接测压管.测量尺寸 截面积垂直气流方向动压测量端面 测总压,注意测点分布,控制好角度 流量计算公式压力计算公式,工 况 调 节,改变转速改变进口导叶调节出口风门改变轴流风机叶角,调节方法：,进口不带接管和出口带接管的风机测试,带有进口消声器的离心风机,带进口消声器的轴流式风机,并联离心式风机,通风系统中的公用设施风机,干燥系统中的轴流式风机,吸尘系统中的离

31、心风机,矩形风道：按风道截面积的大小选定测点数,矩形风道的分块和测点数,表 1,测试点的确定,圆形管道：在同一断面设置两个彼此垂直的测孔，并将管道断面分成一定数量的等面积同心环，同心环的环数按表2确定,圆形风管的分环数,以下划分为三个同心环的风管的测点布置图，其他同心环的测点可参照图2布置,图1 矩形风管测点布置图 图2 风管测点布置图,对于圆形烟道其分环数按表3确定,表 3,圆形烟管的风环数,同心环上各测点距中心的距离按下式计算,式中：,为了简化计算，表4列出了用管径分数表示的各测点至管道内壁的距离。,圆风管测点与管壁距离系数（以管径为基数）,Adjustable Speed Drive可调

32、节速度驱动装置,Fan Curve(slower)风机性能曲线(缓慢),Fan Curve风机性能曲线,System Curve系统性能曲线,1,1,Pressure压力,Flow流量,Variable Inlet Vanes(VIV)可变进口叶片(VIV),System Curve系统性能曲线,1,1,Fan Curve VIV 100%open风机性能曲线 VIV 100%开度,Fan Curve VIV 25%open风机性能曲线 VIV 25%开度,Pressure压力,Flow流量,Variable Inlet Vanes可变进口叶片,%peak power最大功率%,1,75%open,1,50%open,25%open,%Wide Open Volume宽开度容量%,75%开度,50%开度,25%开度,六、测量误差分析,略,谢 谢！,时间仓促,准备不周,望各位同仁指正,理念,我们倡导在提供高品质产品和服务的基础上创造财富,信念,我们坚信：交大科技不仅会为我们的顾客，而且会为我们所有的合作伙伴提供最好的服务，并保持良好的双赢合作关系。,