摘要: 針對(duì)有些客戶不需要離心通風(fēng)機(jī)蝸殼的特殊要求，從蝸殼的功能入手，對(duì)幾種不同情況的無蝸殼風(fēng)機(jī)做了對(duì)比試驗(yàn),得出了簡(jiǎn)要的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)機(jī) 箱體

中圖分類號(hào)： TB657 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào) ： 1006-8155(2006)02-0017-03

Abstract: To counter some customers’ special requirement that do not need the centrifugal fan volute, this article introduces, starting with volute function, comparison test for volute less fan with several different cases, and gets the brief solution.

Key words : Fan Volute

1 引言

本文從蝸殼的功能入手，研制了無蝸殼箱體風(fēng)機(jī)。與常規(guī)箱體風(fēng)機(jī)相比，無蝸殼箱體風(fēng)機(jī)不僅制作簡(jiǎn)單，而且還節(jié)約空間，降低成本。這就給設(shè)計(jì)人員提出了一個(gè)新課題。

2 理論分析

蝸殼的作用：機(jī)殼的任務(wù)是將離開葉輪的氣體導(dǎo)向機(jī)殼出口 , 并將氣體的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓。蝸殼中不同截面處的流量是不同的 , 在任意截面處 , 氣體的容積流量與位置角 φ 成正比。一般氣流在蝸殼進(jìn)口處是沿圓周均勻分布，因此在不同 φ 角截面上的流量 q vφ 可表示為 q vφ = q v 4 （ φ /360°）。 q v 4 為蝸殼進(jìn)口處流量，通常蝸殼中速度變化不大，氣體密度可認(rèn)為是定值。若蝸殼的型線能保證氣體自由流動(dòng)，這時(shí)蝸殼壁對(duì)氣流就不會(huì)發(fā)生作用，那么在不考慮粘性情況下，氣體在蝸殼內(nèi)的運(yùn)動(dòng)將遵循動(dòng)量矩不變定律，即 c u R =常數(shù)。

經(jīng)分析得知，氣體最多 6 次被蝸殼碰撞導(dǎo)至出口，蝸殼很好地收集了氣體。并且氣體在葉輪流向蝸殼時(shí)容積變大，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓。

離心通風(fēng)機(jī)的主要功能是完成氣體的輸送，若無機(jī)殼就不可能實(shí)現(xiàn)這一功能，無蝸殼也不可能很好地實(shí)現(xiàn)葉輪的功效。

3 對(duì)比試驗(yàn)

普通風(fēng)機(jī)與無蝸殼箱體風(fēng)機(jī)的對(duì)比，標(biāo)準(zhǔn)4-79-13 № 7A 風(fēng)機(jī)及把該葉輪裝入尺寸為 1020 × 1020 × 880 箱體 1 中的性能對(duì)比見表 1 。

表 1

同一個(gè)葉輪裝了兩種不同的箱體的對(duì)比，見表 2 。

表 2

同一個(gè)箱體配兩種不同葉輪的對(duì)比，見表 3 。

表 3

箱體與葉輪裝配見圖 1 和圖 2 。其中箱體均由鋁型材框架和夾心面板制成。六面體只有一面敞開，它強(qiáng)制氣流從一個(gè)方向流出，并有消聲作用。它與常規(guī)箱體機(jī)相比，其制作簡(jiǎn)單，節(jié)約空間，降低了成本。圖中 1020 × 1020 × 880 為箱體 1 ； 1060 × 1027 × 880 為箱體 2 。 圖 1

圖 2

結(jié)論

（ 1）后向式葉輪直接裝進(jìn)箱內(nèi)形成的箱體風(fēng)機(jī)， 由于箱體內(nèi)無蝸殼導(dǎo)流，從表 1 ～表 3 中看出整機(jī)的全壓效率都很低；同一葉輪在不同風(fēng)箱時(shí)，箱體的大小影響風(fēng)機(jī)的全壓效率，箱體越接近蝸線效率越高；同一箱體的葉輪型線直接影響風(fēng)機(jī)的全壓效率，但在不同葉輪的最高效率點(diǎn)處，流量大致相同。

（ 2 ）從結(jié)構(gòu)上看，這種 箱體風(fēng)機(jī)的進(jìn)口處于自由吸氣狀態(tài)，若能在箱體內(nèi)加上類似蝸線導(dǎo)流板，該箱體風(fēng)機(jī)的性能一定近似于常規(guī)離心通風(fēng)機(jī)且效率較高。當(dāng)然導(dǎo)流板得有消聲功能才有意義，其次進(jìn)出氣流方向只可互成 90°以及不利用雙進(jìn)氣風(fēng)機(jī)也是風(fēng)機(jī)箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的不足，這就給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇提出了新的要求 ；另一方面葉輪中心與箱體的相對(duì)位置對(duì)性能的影響也是下一步的工作重點(diǎn) 。箱體風(fēng)機(jī)的效率直接影響客戶的運(yùn)行成本。在能源緊張的今天 ,客戶投資考慮的重點(diǎn)也轉(zhuǎn)移到運(yùn)行成本上，若能采用這種箱體風(fēng)機(jī),受益者將不僅是投資者。

能源是國(guó)家重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，能源的供需矛盾已成為制約我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主要因素之一。在能源問題上國(guó)務(wù)院提出“節(jié)約與開發(fā)并重”的方針，就是依*技術(shù)進(jìn)步，把節(jié)約能源以解決能源問題作為我國(guó)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。

　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)就有1500萬臺(tái)電動(dòng)機(jī)，用電量占全國(guó)總發(fā)電量的40～50%，這些電動(dòng)機(jī)大多在低的電能利用率下運(yùn)行，只要將這些電動(dòng)機(jī)電能利用率提高10～15%，全年可節(jié)電300億kW以上。

　　根據(jù)火電設(shè)計(jì)規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐的送、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度分別為5%和5%～10%，風(fēng)壓裕度分別為10%和10%～15%。設(shè)計(jì)過程中很難計(jì)算管網(wǎng)的阻力、并考慮到長(zhǎng)期運(yùn)行過程中發(fā)生的各種問題，通�？偸前压こ痰淖畲箫L(fēng)量和風(fēng)壓裕度作為選型的依據(jù)，但風(fēng)機(jī)的型號(hào)和系列是有限的，往往選取不到合適的風(fēng)機(jī)型號(hào)時(shí)就往上*，裕度大于20～30%比較常見。因此這些風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，只有*調(diào)節(jié)風(fēng)門或風(fēng)道擋板的開度來滿足生產(chǎn)工藝對(duì)風(fēng)量的要求。風(fēng)機(jī)和水泵的機(jī)械特性均為平方轉(zhuǎn)矩特性，水泵運(yùn)行時(shí)，*閥門的開度調(diào)節(jié)流量來滿足供水要求，工況與風(fēng)機(jī)相似，*調(diào)節(jié)風(fēng)門、風(fēng)道檔板或閥門的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，水泵流量的方法、稱為節(jié)流調(diào)節(jié)，在節(jié)流調(diào)節(jié)過程中，風(fēng)機(jī)或水泵固有特性不變、僅僅*關(guān)小風(fēng)門 、擋板或閥門的開度，人為地增加管路的阻力，由此增大管路工程的損失，不利于風(fēng)機(jī)，水泵的節(jié)能運(yùn)行。

　　采用調(diào)速控制裝置，通過改變風(fēng)機(jī)水泵轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量，水泵流量以適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要，這種調(diào)節(jié)方式稱為風(fēng)機(jī)水泵的調(diào)速控制。風(fēng)機(jī)、水泵以調(diào)速控制方式運(yùn)行能耗最省，綜合效益最高。交流電機(jī)的調(diào)速方式有多種、變頻調(diào)速是高效的最佳調(diào)速方案，它可以實(shí)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)水泵的無級(jí)調(diào)速，并可方便地組成閉環(huán)控制工程、實(shí)現(xiàn)恒壓或恒流量控制。

一、風(fēng)機(jī)水泵變頻調(diào)速的節(jié)電原理：
　　風(fēng)機(jī)水泵在管路特性曲R1工作時(shí)，工況點(diǎn)為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時(shí)風(fēng)機(jī)水泵所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風(fēng)量（流量）到Q2，實(shí)際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)水泵的工作點(diǎn)移到R2上的B點(diǎn)，風(fēng)壓（水壓）增大到H2，這時(shí)風(fēng)機(jī)水泵所需的功率正比H2Q2的面積，即近比廣BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機(jī)水泵所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡(jiǎn)單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運(yùn)行成本換取簡(jiǎn)單控制方式。

　　若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時(shí)工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)（水泵）所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。

二、風(fēng)機(jī)水源節(jié)能的計(jì)算：

　　風(fēng)機(jī)水泵流量變化量，如前所述，采用變頻調(diào)速是節(jié)電之有效的措施。根據(jù)GB12497對(duì)電機(jī)經(jīng)濟(jì)濟(jì)運(yùn)行管理的規(guī)定有如下的計(jì)算公式。

　　采用檔板調(diào)節(jié)流量對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸入功率P1V與流量Q的關(guān)系為：
　　P1V≈[0.45+0.55(Q/QN)2]P1e （1）
　　式中：P1e——額定流量時(shí)電動(dòng)機(jī)輸入功率（kW）。
　　QN——額定流量

三、應(yīng)用實(shí)例：

　　某水泥廠機(jī)立窯離心風(fēng)機(jī)245KW，電機(jī)4極、實(shí)際用風(fēng)量為0.6～0.7，準(zhǔn)備改造為變頻器驅(qū)動(dòng)，估算節(jié)電率和投資回收期。

　　取Q/QN=0.65，由（2）式

　　由（1）式P1V=〔0.45+0.55(0.65)2〕245
　　　　　　　　=0.6428×245=157(KW)

　　采取風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)風(fēng)機(jī)所需的軸功率為157kW，變頻器調(diào)速器調(diào)風(fēng)量時(shí)相對(duì)調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)風(fēng)量的節(jié)電率為0.6。

　　年節(jié)電量，每年按300天計(jì)算。
　　24×306×157×60%=678240KWh≈67.8（萬kWh）
　　年節(jié)電費(fèi)（電價(jià)0.40元/kWh）
　　0.4×678240=27萬元
　　投資回收期:
　　投資回收期=設(shè)備投資總額(元)÷年節(jié)電費(fèi)(元)
　　=18÷27=0.67（年）=8（個(gè)月）

　　由此可判定，該水泥廠機(jī)立窯離心風(fēng)機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，年節(jié)電量67.8萬kWh，年節(jié)電費(fèi)27萬元，投資回收期8個(gè)月，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益可觀。

　　該水泥廠訂購了一臺(tái)變頻調(diào)速柜、內(nèi)裝森蘭BT40S250kW變頻器一臺(tái)，另有空開、熔斷器、電表、指示燈等，價(jià)值18萬元。投入運(yùn)行后，變頻器頻率調(diào)到35Hz左右滿足機(jī)窯立風(fēng)量要求，這時(shí)電動(dòng)機(jī)電流210A左右，變頻器輸電壓、298V，實(shí)際輸出功率為
　　P=√3 IVCOφ4=3×210×298×0.9≈97.5kW
　　與理論計(jì)算值157×0.6=94.2kW基本吻合。

　　通過以上分析可以看出，風(fēng)機(jī)水泵采用變頻器調(diào)速后，節(jié)電效果是明顯的，此外，機(jī)械的轉(zhuǎn)速降低后，機(jī)械的磨損減少，使用壽命延長(zhǎng)了，間接經(jīng)濟(jì)效益也很可觀。

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