風機在空調設備中的應用基礎知識暖通南社

5月14日風機基本概念：風機進口標準狀況是指風機進口處全壓為一個標準大氣壓(760mmH或101325Pa)，溫度為20℃相對濕度為50%的氣體狀態。一般產品樣本給出的風機參數都是在風機進口標準狀況。氣體密度：氣體密度由氣體狀態方程確定：ρ=P/RT。標準狀態下氣體密度為：ρ=P/RT=101325/(288×293)=1.2。式中R=288表示氣體常數，T表示絕對溫度。風機流量：風機流量通常用體積流量來表示,它是單位時間流過通風機的氣體容積。用下式來表示Q=A×V；Q表示流量，A表示截面積，V表示氣體流動速度。在空調行業中常用流量單位是m3/h（立方米每小時）和CFM（立方英尺每分鐘）其換算關系如下：m3/h=1.698cfm風機流量通常是指風機進口處的流量，因氣體具有壓縮特性，出風口體積流量與進口處不同。但空調風機屬于中低壓風機在大多數情況下可以忽略其壓縮性。風機的全壓Pt：氣流在某一點或某一截面上的總壓等于該點截面上的靜壓與動壓之和。而風機的全壓，則定義為風機出口截面上的全壓與進口截面上的全壓之差，即：Pt=（Pst2+ρ2V2

2/2）-(Pst1+ρ1V12/2)Pst2

為風機出口靜壓、ρ2為風機出口密度、V2為風機出口速度。Pst1

為風機進口靜壓、ρ1為風機進口密度、V1為風機進口速度。風機的動壓Pd：氣體的動能所表征的壓力稱為動壓。即：Pd=ρV2/2。風機的靜壓Pst：氣體的壓力能所表征的壓力稱為靜壓，靜壓定義為全壓與動壓之差，即：Pst=Pt–Pd?？照{器設計中經常用到機組的全壓、靜壓、風機全靜壓、機內阻力、機外余壓等概念。如圖所表示管道內全壓、靜壓和動壓：風機的轉速n：風機轉速是指風機葉輪的旋轉速度，通常它以每分鐘旋轉數為單位。即r/min或rmp。風機的功率N：風機所輸送的氣體，在單位時間內從風機中獲得的有效能量稱為風機有效功率；N=Pt×Q/1000kw。式中Q表示風機流量m3/S。風機軸功率N軸：N軸=N/η

kwη表示風機效率：N軸又稱風機的輸入功率。風機的效率η：風機的靜壓內效率為：η靜內=Nst/N軸=Pst×Q/1000/N軸；風機的全壓內效率為：η全內=Nt/N軸=Pt×Q/1000/N軸；風機的全壓內效率和風機的靜壓內效率均表征風機內部流動過程的好壞。是風機氣動力設計的主要指標。上述公式還可以寫成：N軸=Pt×Q/1000/η全內kw。當知道風機全壓和流量及效率時利用該公式可以很快估算出電機功率。風機的全壓效率為：η=η全內×ηm。ηm為機械效率，它可以參照下表獲得。傳動方式電機直聯傳動聯軸器傳動皮帶傳動機械效率ηm10.980.95皮帶傳動風機電機功率為：N電=kN軸/ηm=KN軸/0.95式中K表示電機安全系數?？照{風機K可以在1.1~1.2之間選擇。后向風機K可以選小些。風機性能曲線：圖中黑線是流量與全壓曲線，藍線是流量、全壓下風機的內功率曲線，紅線是流量、全壓下風機的噪音曲線，綠線是流量、全壓下風機的效率曲線。上述曲線是風機在不同轉速下的性能曲線，基本含蓋這兩種型號風機的使用范圍。上述性能曲線是采用皮帶傳動風機的典型曲線，而電機直驅風機因其電機轉速相對固定或電機轉速隨風機負荷改變而改變故風機性能曲線常常用實際測試數據繪成。SYZ系列風機的曲線圖：風機類型：風機的工作特性及調節：我們知道風機功能是克服管網阻力將具有一定壓力的氣體送到指定的地方。因此風機是和管網一起工作。下圖是典型的風機和管網圖。管網曲線是一條拋物線，其方程式為：P=KQ2上述公式在如何調整風機轉速或調整管網阻力以達到空調機性能時經常用到。例，如圖1：M1是某風機在管網阻力曲線為R1的情況下的轉速為n1的工作曲線，其工作點為A1，M2是該風機在相同管網阻力曲線為R1的情況下轉速為n2的工作曲線，其工作點為A2。從圖中我們可以看到在管網阻力不變的情況下可以通過提高風機的轉速來提高空調機的流量和壓力。如圖2：M1是某風機在管網阻力曲線為R1和R2情況下，轉速為n1的工作曲線，當管網阻力為R1時其工作點為A1，當管網阻力為R2時其工作點為A2。從圖中可以看到如果用出口調節閥來變化管網阻力則可以調節空調機的工作參數。圖3是在風機進口處裝有調節閥調節的風機工作曲線。風機旋向：風機旋向：有左旋（LG）和右旋（RG）二種。判斷方法：從電機一端正視，葉輪順時針旋轉的稱右旋風機，逆時針旋轉的稱左旋風機。由于皮帶輪可左右調向，風機訂貨時不受左右方向限止。出風口：出風口方向：有0°、90°、180°和270°等4種出風方向。出風口法蘭：采用熱鍍鋅鋼板制成，法蘭與殼體連接采用TOX免焊工藝，外觀精美，具有足夠的剛度和強度。暖通南社風舌：前向風機：常規平風舌。設有最佳的風舌角和風舌間隙。后向風機：V形斜風舌?？筛纳骑L機出風口氣流的倒流，有效提高大風量區風機的氣動性能?？筛纳茪饬鳑_擊風舌的頻率，能有效降低風機旋轉噪聲。主軸與軸承：主軸：采用40Cr鋼,經粗加工，調質處理及磨削加工制成，最后作防銹處理。軸承：采用優質外球面調心球軸承，預先加有潤滑油并自動對中。R、L型風機軸承安裝在軸承支架上并設有防振墊圈。K型風機采用帶座向心球軸承。Z型風機采用重載荷帶座雙列滾珠軸承。電機：皮帶傳動風機：配用三相異步電機，380V，50Hz，防護等級為IP44或IP54，絕緣等級為B級，也可配用雙速電機或變頻電機。電機直驅風機：SYZ系列配用單相220V，50Hz三速電機。電機具有調速靈活，安裝方便的特點。采用可控硅調壓器及變頻器等手段，可實行無級調速。采用直流無刷電機可用于高效低噪的VAV空調系統。SYB系列配用380V，50Hz外轉子低噪聲三相異步電機。防護等級為IP54。普通型：B級絕緣。調速型：F級絕緣。也可采用單相220V，50Hz三速電機。電機具有軸固定，外殼旋轉的特點。電機安裝在葉輪的中盤上，由電機外殼旋轉直接驅動葉輪。采用三相調壓器，可控硅調壓器及變頻器等手段，可實行風機的無級調速。風機選用準則：選用效率較高，風機較小，調節范圍較大的風機，來滿足系統可接受的性能，效率和質量要求。風機運行工作點，應選擇在風機高效點附近，以確保運行穩定，避免風機在喘振區工作。要降低噪聲，必須降低風機轉速，選擇較大的風機。VAV系統風機，風量風壓應按運行時間較長的部分負荷工況選取。過大風機選擇，往往使風機運行在小風量區，風機進出口壓差大，會引起運行不穩定和噪聲脈動，發出較高噪聲。過小風機選擇，會引起風機轉速提高，空氣在離開葉片時有較高速度，也會產生較高噪聲。通常風機出風口平均速度在10-15M/S。前向多翼風機：具有轉速低、結構輕、低噪、調速性能好和價格便宜等特點，當設計風量和壓力較小，或大風量低壓力時應優先選用前向風機。后向風機：具有效率高，噪聲低，壓力高和結構強等特點，當設計風量和壓力較大，機號＞500時，應優先選用后向風機。無殼風機：當管網需要靈活出口位置，需要降低管道出口噪聲，或管網在將來可能要變化的場合時應優先選用。全壓曲線平坦，陡度小，靜壓對風量功率影響大，性能區間寬的風機，適用于系統風量對靜壓變化敏感，需VAV風量調節的空調機組。全壓曲線陡峭，陡度大，靜壓對風量功率影響小的風機，適用于風量固定的空調器，前向風機的電機也不會超載。風機轉速：風機葉輪和軸的最大轉速，要低于第一臨界轉速的25%，避免風機在共振區工作。盡量配用4/6極電機，當機號≤500時，應優先選用前向風機。當機號＞500時，應優先選用后向風機。風機風量計算：按夏季送風量計算：G=Q/(iN-iO)=1000*W/(dN-dO)

kg/s

式中：

Q—空調房間冷負荷，W；

iN—空調房間室內空氣狀態焓值，kj/kg

iO—送風狀態焓值，kj/kg；

W—濕負荷，g/s；

dN—空調房間室內空氣狀態含濕量，g/kg

dO—送風狀態含濕量，g/kg。

風機的容積流量：G′=3600*G/ρ

m3/h

式中：G—重量流量，kg/s；ρ—空調房間空氣的密度，kg/m3，標準狀態空氣密度為1.2。按夏季送風量計算風量：

G′=（L*W*H）*n

m3/h式中：

L，W，H—為空調房間長，寬，高，m。

n—為房間換氣次數，按下表取。一般，取n=5~101/h。風機全壓計算：全壓=靜壓+動壓=機外靜壓+機內靜壓+動壓=系統管道阻力+機內靜壓+動壓計算全壓，一般要考慮10%余量，以補償可能存在的漏風和阻力計算不精確。評價：一個好的送風管道設計應達到系統阻力平衡，較低噪聲，較小壓損和造價便宜。機外靜壓計算：根據空氣處理裝置及各送風點所在位置，設計送風管道的走向和聯接管，同時確定回風管的走向和聯接部件。空調機房內的新風通路和排風通路亦需確定位置與走向。畫出空調系統的軸側圖，管段編號，并標注長度和風量。選擇各管段內的風速，并計算管道斷面。在確定斷面時，應盡量選用通風管道的標準規格，以合理用料和制作。按選定的管道斷面，求實際管內流速。并查圖計算各管段的摩擦阻力和局部阻力。在阻力計算時應選擇最不利管路，即阻力最大的管路。對與不利管路并聯的管路作阻力平衡計算。一般希望并聯管路之間阻力不平衡偏差不大于15%。如通過調整管路尺寸不能達到上述要求，則必須設調節閥門以保證風量分配。機外靜壓還可按下列方法計算：系統風管壓力損失為：△P=Rm*L(1+k)

Pa

式中：

Rm—單位長度風管摩擦阻力損失，Pa/m；

L—最遠送風口送風管總長加上最遠回風口回風管總長，m；

k—局部阻力損失與摩擦阻力損失的比值。

彎頭三通少時，取k=1.0~2.0；

彎頭三通多時，取k=3.0~5.0。經試算，對具有5只彎頭，風速為4-6m/s，最長送風管為30m的管道系統，如取比摩阻Rm=5.0Pa/m，k=2.0，由公式計算，風管壓力損失為450Pa，與分段計算摩擦阻力和局部阻力的結果445.7Pa，其誤差僅為1%。組合式空調器中，含有混合段、過濾段、盤管段和風機段等不同功能段，每個功能段都有各自的阻力損失。機內靜壓=各功能段（風機段除外）阻力之和。無殼風機在風機箱內運行時，會產生系統效應，引起風機性能的降低，計算機內靜壓時，必須加上這一壓力損失。風機箱系統效應，與箱體接管位置和接管方式有關，其壓降為：ΔP=ζ×（ρv2/2），Pa。式中，ζ為阻力系數，其值為：不接管：ζ=1.8(徑向)，2.5(軸向)接管：ζ=1.3(徑向)，1.8(軸向)當風機箱出口較多，且出風速度不同時，應選擇最高出風速度和最大阻力系數的出口，計算箱體的壓降。利用風機性能定律，可推算幾何相似風機，在不同運行條件或機號時的風機性能。這些定律對所有型式風機都適用。風機定理：轉速n變化：Q2=Q1（n2/n1）P2=P1（n2/n1）2N2=N1（n2/n1）3LW2=LW1+50log（n2/n1）直徑D變化：Q2=Q1（D2/D1）3P2=P1（D2/D1）2N2=N1（D2/D1）5LW2=LW1+70log（D2/D1）密度ρ變化：Q2=Q1P2=P1（ρ2/ρ1）N2=N1（ρ2/ρ1）LW2=LW1+10log（ρ2/ρ1）式中：Q—風機風量P—風機靜壓或全壓N—風機軸功率n—風機轉速D—風機直徑ρ—空氣密度風機噪聲：機械噪聲：轉子不平衡，軸承不合適，安裝不良，機殼與接管共振，基礎與建筑物剛性不足，電動機電磁振動，傳動機構不合適。流體噪聲：旋渦噪聲：葉片在空氣中旋轉，引起渦流和氣流紊流，產生寬頻帶噪聲。旋轉噪聲：旋轉葉片經過某點時，對空氣產生周期性壓力和速度脈動，向周圍氣體輻射的噪聲。噪聲換算公式：兩聲壓級迭加的附加值機械噪聲降低：保持轉子平衡控制在標準規定的范圍內，轉子不平衡是引起風機振動和噪聲的根源。保持防振基礎有好的剛性，減振器應處于有效狀態。風機進出風管與風機應柔性連接，防止機殼與接管的共振。保持風電輪位置在同一平面上，保持合適皮帶松緊度，防止過松和過緊。選用優質軸承并正確安裝。注意潤滑油脂質量，補充間隔和填充量。選用優質電機，防止產生電磁振動和噪聲。流體噪聲降低：1）減少旋渦噪聲：選擇合理的葉輪結構元素，減少氣體分離。選擇翼型葉片和雙園弧葉片，將葉片做成流線形。采用強前彎葉片，使葉片出口流動均勻化。選擇園弧噴管型進風口，改善風機葉片的進風。2）減少旋轉噪聲適當增加葉片數，減輕單個葉片流體力學載荷。合理布置葉片，雙吸葉輪葉片錯排。采用扭曲葉片，改善氣流撞擊葉片基頻。采用斜風舌，改善氣流撞擊風舌基頻。增加葉輪與風舌的間隙。風機的并聯運行：在空調機設計中常常會因空調箱結構限制而采用并聯雙風機，其結構有兩臺電機帶動兩臺風機或單臺電機帶動兩臺風機。雙風機選型時應注意風機工況點應設置在高效點附近，靜壓曲線峰值的右邊，嚴禁在接近小風量區的喘振點工作。在同一系統或空調器中，并聯風機應同時啟動，運轉和仃止。如單個風機運行，電機會超負荷而燒毀的可能。目前并聯雙風機尚無統一的測試標準，并聯雙風機的性能往往是通過單風機的性能計算出來的。其計算公式如下：全壓、靜壓、動壓：Pt雙=Pt單，Pst雙=Pt單，Pd