1、第四節(jié)通風(fēng)機(jī)的實(shí)際特性曲線一、通風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)表示通風(fēng)機(jī)性能的主要參數(shù)是風(fēng)壓h、風(fēng)量 q 、風(fēng)機(jī)軸功率 n、效率和轉(zhuǎn)速 n 等。( 一) 風(fēng)機(jī)( 實(shí)際) 流量 q 風(fēng)機(jī)的實(shí)際流量一般是指實(shí)際時(shí)間內(nèi)通過(guò)風(fēng)機(jī)入口空氣的體積，亦稱(chēng)體積流量（無(wú)特殊說(shuō)明時(shí)均指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），單位為,或。(二）風(fēng)機(jī) ( 實(shí)際) 全壓 hf與靜壓 hs通風(fēng)機(jī)的全壓ht是通風(fēng)機(jī)對(duì)空氣作功，消耗于每1m3空氣的能量（ nm/m3或 pa），其值為風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流的全壓與入口風(fēng)流全壓之差。在忽略自然風(fēng)壓時(shí)，ht用以克服通風(fēng)管網(wǎng)阻力 hr和風(fēng)機(jī)出口動(dòng)能損失hv，即ht=hr+hv, 441 克服管網(wǎng)通風(fēng)阻力的風(fēng)壓稱(chēng)為通風(fēng)機(jī)的靜壓hs，

2、pa hs=hr=rq24-4-2 因 ht=hs+hv4-4-3 (三) 通風(fēng)機(jī)的功率通風(fēng)機(jī)的輸出功率（又稱(chēng)空氣功率）以全壓計(jì)算時(shí)稱(chēng)全壓功率nt，用下式計(jì)算：nt=htq 10-3 4-5-4 用風(fēng)機(jī)靜壓計(jì)算輸出功率，稱(chēng)為靜壓功率ns，即: ns=hsq 103 4-4-5 因此，風(fēng)機(jī)的軸功率，即通風(fēng)機(jī)的輸入功率n （kw ）, 4-5-6 或 4-4-7 式中 :t,s分別為風(fēng)機(jī)折全壓和靜壓效率。設(shè)電動(dòng)機(jī)的效率為m, 傳動(dòng)效率為tr時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入功率為nm, 則4-4-8 二、通風(fēng)系統(tǒng)主要參數(shù)關(guān)系和風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)（壓差計(jì)）示值含義掌握礦井主要通風(fēng)機(jī)與通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)之間關(guān)系，對(duì)于礦井通風(fēng)的科學(xué)

3、管理至關(guān)重要。為了指示主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以及通風(fēng)系統(tǒng)的狀況，在風(fēng)硐中靠近風(fēng)機(jī)入口、風(fēng)流穩(wěn)定斷面上安裝測(cè)靜壓探頭，通過(guò)膠管與風(fēng)機(jī)房中水柱計(jì)或壓差計(jì)（儀）相連接，測(cè)得所在斷面上風(fēng)流的相對(duì)靜壓h。在離心式通風(fēng)機(jī)測(cè)壓探頭應(yīng)安裝在立閘門(mén)的外側(cè)。水柱計(jì)或壓差計(jì)的示值與通風(fēng)機(jī)壓力和礦井阻力之間存在什么關(guān)系？它對(duì)于通風(fēng)管理有什么實(shí)際意義 ？下面就此進(jìn)行討論。1、抽出式通風(fēng)1）水柱（壓差）計(jì)示值與礦井通風(fēng)阻力和風(fēng)機(jī)靜壓之間關(guān)系如圖 4-4-1 ，水柱計(jì)示值為4 斷面相對(duì)靜壓h4，h4（負(fù)壓） =p4-p04(p4為 4 斷面絕對(duì)壓力， p04為與 4 斷面同標(biāo)高的大氣壓力）。沿風(fēng)流方向，對(duì)1、4 兩斷面列伯努力方程

4、: hr14=(p1+hv 1+m12gz12)- (p4+hv4+m34gz34)式 中 :hr14 1 至 4 斷 面 通 風(fēng) 阻 力 ， pa ; p1、p4 分 別 為 1、 4 斷 面 壓 力 ， pa；hv 1、hv 4 分 別 為 1、 4 斷 面 動(dòng) 壓 ， pa；z12、z3 4 分 別 為 12 、 34 段 高 差 ， m ；m1 2、m3 4 分 別 為 12 、 34 段 空 氣 柱 空 氣 密 度 平 均 值 ， kg/m3；因 風(fēng) 流 入 口 斷 面 全 壓pt 1等 于 大 氣 壓 力p01， 即p1+hv1=pt 1=p01，又 因 1 與 4 斷 面 同 標(biāo)

5、 高 ， 故 1 斷 面 的 同 標(biāo) 高 大 氣 壓 p01 與 4 斷 面 外 大氣 壓 p0 4相 等 。 又 :m1 2gz12 m34gz34=hn故 上 式 可 寫(xiě) 為hr14=p04-p4-hv4+hnhr14=|h4|-hv 4+hn即 :|h4|=hr1 4+hv 4-hn4-4-9 根 據(jù) 通 風(fēng) 機(jī) 靜 壓 與 礦 井 阻 力 之 間 的 關(guān) 系 可 得hs+hn=|h4|-hv 4=ht 44-4-10 式 4-4-9 和式 4410，反映了風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)測(cè)值h4與 礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力、通風(fēng)機(jī)靜壓及自然風(fēng)壓之間的關(guān)系。通常 hv 4數(shù)值不大，某一段時(shí)間內(nèi)變化較小，hn隨季節(jié)圖

6、 4-4-1 變化，一般礦井，其值不大，因此，|h4| 基本上反映了礦井通風(fēng)阻力大小和通風(fēng)機(jī)靜壓大小。如果礦井的主要進(jìn)回風(fēng)道發(fā)生冒頂堵塞，則水柱計(jì)讀數(shù)增大；如果控制通風(fēng)系統(tǒng)的主要風(fēng)門(mén)開(kāi)啟。 風(fēng)流短路， 則水柱計(jì)讀數(shù)減小， 因此，它是通風(fēng)管理的重要監(jiān)測(cè)手段。2）風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)示值與全壓ht之間關(guān)系。與上述類(lèi)似地對(duì)4、5 斷面( 擴(kuò)散器出口）列伯努力方程，便可得水柱計(jì)示值與全壓之間關(guān)系ht =|h4|hv 4+hrd+hv 5即 |h4|=ht+hv 4-hrd-hv 54-4-11 式 中hrd 擴(kuò) 散 器 阻 力 ， pa ; hv 5 擴(kuò) 散 器 出 口 動(dòng) 壓 ， pa；根 據(jù) 式 4-4-

7、11可 得ht=hr1 2+ hrd+hv4ht+hn=hr14+ hrd+hv54-4-12 2、壓入式通風(fēng)的系統(tǒng)如圖 4-4-2 ，對(duì) 1、2 兩斷面列伯努力方程得：hr12=(p1+hv 1+m1gz1)-(p2+hv2+m2gz2) 因 風(fēng) 井 出 口 風(fēng) 流 靜 壓 等 于 大 氣 壓 ， 即 p2=p02；1、 2 斷 面 同 標(biāo) 高 ， 其 同 標(biāo) 高 的 大 氣 壓 相 等 ， 即 p01-p02，故 p1-p2=p1-p01=h1又m 1gz1- m2gz2=hn故上式可寫(xiě)為hr12=h1+hv 1-hv 2+hn所 以 風(fēng) 機(jī) 房 水 柱 計(jì) 值 :h1=hr12+hv 2

8、-hv1-hn又 ht=pt 1-pt 1 =pt 1-p0=p1+hv1-p0=h1+hv1ht+hn=hr12+hv 24-4-13 由式 4-4-12 和式 4-4-13 可見(jiàn)，無(wú)論何種通風(fēng)方式， 通風(fēng)動(dòng)力都是克服風(fēng)道的阻力和出口動(dòng)能損失， 不過(guò)抽出式通風(fēng)的動(dòng)能損失在擴(kuò)散器出口，而壓入式通風(fēng)時(shí)出口動(dòng)能損失在出風(fēng)井口，兩者數(shù)值上可能不等，但物理意義相同。三、通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線圖 4-4-2 當(dāng)風(fēng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速、在風(fēng)阻的管網(wǎng)上工作時(shí)、可測(cè)算出一組工作參數(shù)風(fēng)壓、風(fēng)量、功率、和效率， 這就是該風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)風(fēng)阻為時(shí)的工況點(diǎn)。改變管網(wǎng)的風(fēng)阻，便可得到另一組相應(yīng)的工作參數(shù)，通過(guò)多次改變管網(wǎng)風(fēng)阻，可得到一

9、系列工況參數(shù)。將這些參數(shù)對(duì)應(yīng)描繪在以為橫坐標(biāo)，以、 和為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系上，并用光滑曲線分別把同名參數(shù)點(diǎn)連結(jié)起來(lái)，即得、 和曲線，這組曲線稱(chēng)為通風(fēng)機(jī)在該轉(zhuǎn)速條件下的個(gè)體特性曲線。 有時(shí)為了使用方便， 僅采用風(fēng)機(jī)靜壓特性曲線(s) 。為了減少風(fēng)機(jī)的出口動(dòng)壓損失，抽出式通風(fēng)時(shí)主要通機(jī)的出口均外接擴(kuò)散器 。通常把外接擴(kuò)散器看作通風(fēng)機(jī)的組成部分，總稱(chēng)之為通風(fēng)機(jī)裝置。通風(fēng)機(jī)裝置的全壓t為擴(kuò)散器出口與風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流的全壓之差，與風(fēng)機(jī)的全壓t之關(guān)系為4-4-14 式中 :hd擴(kuò)散器阻力。通風(fēng)機(jī)裝置靜壓sd因擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格不同而有變化，嚴(yán)格地說(shuō)4-4-15 式中 :hvd擴(kuò)散器出口動(dòng)壓。比較式 410

10、 與式 415 可見(jiàn)，只有當(dāng)hd+hvds，即通風(fēng)機(jī)裝置阻力與其出口動(dòng)能損失之和小于通風(fēng)機(jī)出口動(dòng)能損失時(shí)，通風(fēng)機(jī)裝置的靜壓才會(huì)因加擴(kuò)散器而有所提高，即擴(kuò)散器起到回收動(dòng)能的作用。圖 443 表示了t、td、s和sd之間的相互關(guān)系，由圖可見(jiàn)，安裝了設(shè)計(jì)合理的擴(kuò)散器之后，雖然增加了擴(kuò)散器阻力，使td曲線低于t曲線，但由于hd+hvdhv，則說(shuō)明了擴(kuò)散器設(shè)計(jì)不合理。安裝擴(kuò)散器后回收的動(dòng)壓相對(duì)于風(fēng)機(jī)全壓來(lái)說(shuō)很小，所以通常并不把通風(fēng)機(jī)特性和通風(fēng)機(jī)裝置特性嚴(yán)加區(qū)別。通風(fēng)機(jī)廠提供的特性曲線往往是根據(jù)模型試驗(yàn)資料換算繪制的，一般是未考慮外接擴(kuò)散器。而且有的廠方提供全壓特性曲線，有的提供靜壓特性曲線，讀者應(yīng)能根據(jù)

11、具體條件掌握它們的換算關(guān)系。圖 4-4-4 和圖 4-4-5 分別為軸流式和離心式通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線示例。圖 4-4-3 t、td、s和sd之間的相互關(guān)系圖軸流式通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在。 而且同一臺(tái)通風(fēng)機(jī)的駝峰區(qū)隨葉片裝置角度的增大而增大。駝峰點(diǎn)以右的特性曲線為單調(diào)下降區(qū)段，是穩(wěn)定工作段；點(diǎn)以左是不穩(wěn)定工作段，風(fēng)機(jī)在該段工作，有時(shí)會(huì)引起風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓和電動(dòng)機(jī)功率的急劇波動(dòng)，甚至機(jī)體發(fā)生震動(dòng)，發(fā)出不正常噪音，產(chǎn)生所謂喘振（或飛動(dòng)）現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞風(fēng)機(jī)。離心式通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線駝峰不明顯，且隨葉片后傾角度增大逐漸減小，其風(fēng)壓曲線工作段較軸流式通風(fēng)機(jī)平緩；當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻作相同量的變化

12、時(shí)，其風(fēng)量變化比軸流式通風(fēng)機(jī)要大。離心式通風(fēng)機(jī)的軸功率又隨增加而增大，只有在接近風(fēng)流短路時(shí)功率才略有下降。因而，為了保證安全啟動(dòng)，避免因啟動(dòng)負(fù)荷過(guò)大而燒壞電機(jī)，離心式通風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)應(yīng)將風(fēng)硐中的 閘門(mén)全閉 ，待其達(dá)到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門(mén)逐漸打開(kāi)。當(dāng)供風(fēng)量超過(guò)需風(fēng)量過(guò)大時(shí)，常常利用閘門(mén)加阻來(lái)減少工作風(fēng)量，以節(jié)省電能。軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片裝置角不太大時(shí)，在穩(wěn)定工作段內(nèi)，功率n隨 q增加而減小。所以軸流式通風(fēng)機(jī)應(yīng)在風(fēng)阻最小時(shí)啟動(dòng)，以減少啟動(dòng)負(fù)荷。在產(chǎn)品樣本中，大、中型礦井軸流式通風(fēng)機(jī)給出的大多是靜壓特性曲線；而離心式通風(fēng)機(jī)大多是全壓特性曲線。對(duì)于葉片安裝角度可調(diào)的軸流式通風(fēng)機(jī)的特性曲線，通常以圖 472的

13、形式給出，曲線只畫(huà)出最大風(fēng)壓點(diǎn)右邊單調(diào)下降部分，且把不同安裝角度的特性曲線畫(huà)在同一坐標(biāo)上，效率曲線是以等效率曲線的形式給出。四、無(wú)因次系數(shù)與類(lèi)型特性曲線目前風(fēng)機(jī)種類(lèi)較多，同一系列的產(chǎn)品有許多不同的葉輪直徑，同一直徑的產(chǎn)品又有不同的轉(zhuǎn)速。如果僅僅用個(gè)體特性曲線表示各種通風(fēng)機(jī)性能，就顯得過(guò)于復(fù)雜。還有，圖 4-4-4 軸流式個(gè)體特性曲線圖 4-4-5 離心式通風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線在設(shè)計(jì)大型風(fēng)機(jī)時(shí)，首先必須進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)。那么模型和實(shí)物之間應(yīng)保持什么關(guān)系？如何把模型的性能參數(shù)換算成實(shí)物的性能參數(shù)？這些問(wèn)題都要進(jìn)行討論。（一）無(wú)因次系數(shù)通風(fēng)機(jī)的相似條件兩個(gè)通風(fēng)機(jī)相似是指氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)流動(dòng)過(guò)程相似，或者說(shuō)它們之

14、間在任一對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同名物理量之比保持常數(shù)，這些常數(shù)叫相似常數(shù)或比例系數(shù)。同一系列風(fēng)機(jī)在相應(yīng)工況點(diǎn)的流動(dòng)是彼此相似的，幾何相似是風(fēng)機(jī)相似的必要條件，動(dòng)力相似則是相似風(fēng)機(jī)的充要條件 ，滿足動(dòng)力相似的條件是雷諾數(shù)e（=）和歐拉數(shù) eu=（）分別相等。同系列風(fēng)機(jī)在相似的工況點(diǎn)符合動(dòng)力相似的充要條件。2、無(wú)因次系數(shù)無(wú)因次系數(shù)主要有：（1）壓力系數(shù)同系列風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù)。可用下式表示：， 4-4-16 或 4-4-17 式中和叫全壓系數(shù)和靜壓系數(shù)。為壓力系數(shù)， u 為圓周速度。（2）流量系數(shù)由幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似可以推得 4-4-18 式中 d、u、分別表示兩臺(tái)相似風(fēng)機(jī)的葉論外緣直徑

15、、圓周速度，同系列風(fēng)機(jī)的流量系數(shù)相等。（3）功率系數(shù)風(fēng)機(jī)軸功率計(jì)算公式中的 h和 q分別用式4-4-17 和式 4-4-18 代入得 4-4-19 同系列風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)的效率相等，功率系數(shù)為常數(shù)。、三個(gè)參數(shù)都不含有因次，因此叫無(wú)因次系數(shù)。（二）類(lèi)型特性曲線、和可用相似風(fēng)機(jī)的模型試驗(yàn)獲得，根據(jù)風(fēng)機(jī)模型的幾何尺寸、實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)時(shí)所得的工況參數(shù)q、h、n和。利用式4-4-17 、4-4-18 和 4-4-19 計(jì)算出該系列風(fēng)機(jī)的、和。然后以為橫坐標(biāo)， 以、和為縱坐標(biāo)， 繪出-、-和-曲線， 此曲線即為該系列風(fēng)機(jī)的類(lèi)型特性曲線，亦叫通風(fēng)機(jī)的無(wú)因次特性曲線和抽象特性曲線。圖 4-4-6 和力圖 4-

16、4-7 分別為 4-72-11 和 g4-73-11 型離心式通風(fēng)機(jī)的類(lèi)型曲線，2k60型類(lèi)型風(fēng)機(jī)的類(lèi)型曲線如圖4-7-2 （a) 、(b) 所示。可根據(jù)類(lèi)型曲線和風(fēng)機(jī)直徑、轉(zhuǎn)速換算得到個(gè)體特性曲線。需要指出的是，對(duì)于同一系列風(fēng)機(jī)，當(dāng)幾何尺寸（ d ）相差較大時(shí)，在加工和制造過(guò)程中很難保證流道表面相對(duì)粗糙度、葉片厚度以及機(jī)殼間隙等參數(shù)完全相似，為了避免因尺寸相差較大而造成誤差，所以有些風(fēng)機(jī)（ 4-72-11 系列）的類(lèi)型曲線有多條，可按不同直徑尺寸而選用。圖 446 圖 447 五、比例定律與通用特性曲線 1 、比例定律由式 4-4-17 、 4-4-18 和 4-4-19 可見(jiàn)， 同類(lèi)型風(fēng)機(jī)

17、在相似工況點(diǎn)的無(wú)因次系數(shù)、和是相等的。它們的壓力h、流量 q和功率 n與其轉(zhuǎn)速 n、尺寸 d和空氣密度成一定比例關(guān)系， 這種比例關(guān)系叫比例定律。 將轉(zhuǎn)速 u=dn/60 代入式 4-4-17 、 4-4-18和 4-4-19 得對(duì)于 1、2 兩個(gè)相似風(fēng)機(jī)而言，、，所以其壓力、風(fēng)量和功率之間關(guān)系為：4-4-20 4-4-21 4-4-22 各種情況下相似風(fēng)機(jī)的換算公式如表441 所示。由比例定律知，同類(lèi)型同直徑風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，其相似工況點(diǎn)在等風(fēng)阻曲線上變化。表 4-41 兩臺(tái)相似風(fēng)機(jī)h 、q 、和 n的換算壓力換算風(fēng)量換算功率換算效率換算1=2例題某礦使用主要通風(fēng)機(jī)為4-72-11 20b 離

18、心式通風(fēng)機(jī)，其特性曲線如圖4-4-7 所示， 圖上給出三種不同轉(zhuǎn)速n的 ht-q 曲線，四條等效率曲線。 轉(zhuǎn)速為 n1=630r/min,風(fēng)機(jī)工作風(fēng)阻r=0.05479.81=0.53657n s2/m8，工況點(diǎn)為m0（q=58m3/s,ht=1805pa)，后來(lái)，風(fēng)阻變?yōu)閞=0.7932 ns2/m8，礦風(fēng)量減小不能滿足生產(chǎn)要求，擬采用調(diào)整轉(zhuǎn)速方法保持風(fēng)量q=58 m3/s ，求轉(zhuǎn)速調(diào)至多少？解因管網(wǎng)風(fēng)阻已變，故應(yīng)先將新風(fēng)阻r =0.7932 n s2/m8的曲線繪制在圖中，得其與n1=630r/min 曲線的交點(diǎn)為m1，其風(fēng)量 q1=51.5 m3/s 。在此風(fēng)阻下風(fēng)量增至q2=58 m3/s