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1、第十四章风机第一节概述第二节离心风机的工作原理第三节风机的选用第四节横流风机和轴流风机第五节风机的性能实验第一节 概 述一、风机在农业机械中的应用一、风机在农业机械中的应用风机在农业机械中应用很广。大多数情况下，系利用风机产生的气流作介质进行工作。例如，在植保机械上，用气流输送、喷洒药粉和药液，并使药液雾化；在谷物收获机械及清选机械上，用气流进行清选及谷粒分级；在谷物干燥机械中，用气流作热介质传递热能以加温烘干谷物并运出水汽；在输送装置中，则用气流输送各种农业物料。在某些情况下，如气吸式播种机，则利用风机产生的真空度使种子吸附于排种盘而排种。此外，在农业中也常用风机进行通风换气及物料输送等工作
2、。二、风机的分类二、风机的分类（一）按排气压力（绝对压力）的高低，气体输送机械可分为1、压缩机排气压力高于34.3104N/m22、鼓风机排气压力为11.2710434.3104N/m2。3、通风机排气压力低于11.27104N/m2。（二）按作用原理分1、容积式2、叶片式（透平式）农业机械普遍应用离心式风机风机按风压（相对压力）H的大小，可分为：高压离心风机P=294014700N/m2（H=3001500毫米水柱）中压离心风机P=9802940N/m2（H=100300毫米水柱）低压离心风机P980N/m2（H100毫米汞柱）；高压轴流风机P=4904900N/m2（H=50500毫米水柱
3、）低压轴流风机P490N/m2农业机械上的风机还可分为清粮型及通过用型两类如图14-1a清粮型14-1b通用型14-1c径向进气风机图14-1离心式风机简图a.清粮型b.通用型c.径向进气型三、离心风机的称号三、离心风机的称号我国风机行业近年来对离心风机的习惯称号。全称包括名称、型号、机号、传动方式、旋转方向和出气口位置等六部分由一组数字表示其组成。现以排尘离心风机47211No.8C右90为例，说明如下：C47211No.8C右90C、风机用途为排尘（一般可省略不写）4、风机在最高效率点时的全压系数乘10后的化整数-72、风机在最高效率点时的比转数（ns）-1、进口为单吸入1、设计顺序，1表
4、示第一次No.8、风机机号，即叶轮直径D2=800mmC、风机传动方式（共有AF六种）右、旋转方向（从原动机侧看）90、出风口位置与水平线夹角第二节第二节 离心风机的工作原理离心风机的工作原理一一、离离心心风风机机的的工工作作过过程程离心风机主要由叶轮、进风口及蜗壳等组成（图142）。叶轮转动时，叶道（叶片构成的流道）内的空气，受离心力作用而向外运动，在叶轮中央产生真空度，因而从进风口轴向吸入空气（速度为c0）。吸入的空气在叶轮入口处折转90后，进入叶道（速度为c1），在叶片作用下获得动能和压能。从叶道甩出的气流进入蜗壳，经集中、导流后，从出风口排出图14-2离心通风机内气体流动方向1.出风口
5、2.蜗壳3.叶轮4.扩压管5.进风口6.进气室二、二、叶轮叶轮的工作原理的工作原理（一）速度三角形空气在叶道上任一点处，有绝对速度c，它是气流与叶轮的相对速度与牵连速度的向量和（图143a）。绝对速度c与牵连速度的夹角以表示。相对速度与牵连速度的反方向的夹角以表示。通常只画出叶片入口及出口的速度三角形，并以1点表示叶轮入口；2点表示叶轮出口（图143b、c）。图14-3速度分析及速度三角形.气流在叶道内的速度分析b.进口气流速度三角形c.出口气流速度三角形（二）基本方程欧拉方程为便于计算，作假设如下：1、气体为理想气体，流动中没有任何能量损失，故驱动风机的功全部转化为气流的能量。2、叶轮叶片数
6、无限多、叶片无限薄。所以气体在叶道内的流线与叶片形状一致，气流相对速度2的出口角2与叶片出口安装角2A一致。3、气流是稳定流，其流动不随时间而变化。当风机流量为Q（m3/s）、压力为PT N/m2 时（PT 叶片数无限多时的理论压力），气流则得到的能量为 N=Q PT （Nm/s）如风机轴上阻力矩为 M（Nm）、角速度为（1/s），）则驱动风机的功为 N=M （Nm/s）根据假设1，驱动风机的功全部转换为气流的能量，则.根据动量矩定律，单位时间内，叶轮中气流对风机的动量矩的变化，等于外力对此轴线的力矩和。由图143a可知，叶道内气体abcd经时间t后，移动到efgh。根据假设3，气流为稳定流，
7、截面abgh内气体动量矩不变。因而在t时间内，气体动量矩的变化为面积abfe与dcgh动量矩之差，而面积abfe与dcgh内体质量相等，并等于每秒钟流过叶轮气体质量乘以时间t，即m=Qt叶轮入口及出口处的动量矩M1及M2分别为.单位时间内动量矩的变化为力矩M或所以上式为离心通过风机的基本方程，又叫欧拉方程。因略去了全部损失，所以PT称为无穷多叶片时的理论全压。在上式中，C1u是叶轮进口处气流绝对速度C1在圆周方向的速度分量。由于叶轮入口处具有切线速度u1，按速度场作用规律，气流在进入叶轮时应该存在切向分速。但是空气的粘性很小，在没有导流器时，可以认为气流是径向进入叶轮的，即在叶轮入口处，1=9
8、0，C1=C1r，C1u=0。代入欧拉方程，可得：PT=u2C2u（三）轴向涡流实际上风机的叶片数是有限的，相邻两叶片所形成的叶道占有一定的空间。当叶轮旋转时，叶道空间随叶片一起转动；而叶道内的气体，由于自身粘性小，又有惯性，它就有保持其本身方向不变的趋势。由图144可见，当叶轮旋转时，叶道内的气体与叶道空间具有相对回转，转向与叶轮放置方向相反，这就是轴向涡流。轴向涡流使气流出口角2与叶片安装角2A不等且22A，所以，在叶片数有限时，有：C2u=u2C2rctg2C2u即PTPT或PT=PT式中称为环流系数或压力减少系数。可见，当叶片数有限时，因C2uC2u，故理论压力相应减少。图14-4轴向
9、涡流的产生原因及其c2u的影响三、离心风机的功耗及效率三、离心风机的功耗及效率1、有效功率Ne有效功是指气流通过风机时从叶轮取得的能量。单位容积流量通过风机后增加的能量为全压P（N/m2），若流量为Q，则风机的有效功率即输出功率为2、轴功率N轴功率就是风机轴上的输入功率。若风机的全压效率为则：3、电机功率NmK电机容量储备系数，其值可按表142选取。式中m风机传动效率表表14142 2 电动机容量储备系数电动机容量储备系数 风机轴功率N（kW）5K1.51.41.31.21.15四、离心风机的性能曲线四、离心风机的性能曲线风机的基本性能参数为流量Q、风压P、轴功率N及效率。这些性能参数均受风机
10、转速的影响。当风机转速一定时，风压、功率及效率与流量之关系曲线，称为离心通风机的性能曲线。（一）理论性能曲线在绘制理论性能曲线时，不考虑能量损失。当叶片无限多时，风机的理论压力为PT。由图143c可知：C2u=u2C2rctg2代入PT=u2C2u式得：因为Q=D2b2C2r所以式中D2叶轮外径b2叶轮外径处叶片宽度在叶片无限多时，气流出口角2等于叶片安装角2A。一台风机若转速不变，则u2、D2、b2、2A均为常数，则有：PT=ABQ图14-5风机的理论性能曲线（PT-Q）图14-6风机的理论性能曲线（N-Q）因A、B为常数，所以PT与Q成线性关系。对前向叶片，2A90，ctgB20，B为负图
11、14-5风机的理论性能曲线（PT-Q）图14-6风机的理论性能曲线（N-Q）值，故PT因Q的增加而增加（图145）；径向叶片2A=90，ctgB2=0，B=0；后向叶片，2A0，B为正值，故PT因Q的增加而减少。图14-7有限叶片数对理论性能曲线(P-Q线)的影响n=常数；90因假定无能量损失，所以风机轴功率N与压力和流量之乘积成正比因而可得三种叶片的功率消耗与流量的关系曲线（图146）。由图可见，前向叶片在流量增大时，功耗剧增，而后向叶片在流量增加时，功耗增长较缓。在叶片数有限时，风机理论压力将减少。对一定的叶轮，可近似地认为环流系数为常数，则风机的理论性能曲线（PTQ）将变为另一条直线（P
12、TQ）。图147是后向叶片的理论性能曲线（PQ线）的变化示意图。图14-7有限叶片数对理论性能曲线(P-Q线)的影响n=常数；90（一）图 14-8 实 际 性 能 曲 线(P-Q)后 向 叶 片，n=常 数实际性能曲线实际上风机有能量损失，如果只考虑流动损失，则在给定转速下的实际性能曲线（PQ）如图148所示。由于未考虑泄漏损失 及 轮 阻 损 失，它 与 实 际 情 况 有 一 定 出 入。图14-9离心通风机的性能曲线a.前向叶片风机b.后向叶片风机目前还不能用计算的方法绘制实际性能曲线。所以离心风机的性能曲线者是根据试验数据绘制的。由风机试验可测出各工况点的流量Q、全压P及轴功率N并算
13、得效率。以流量Q为横坐标所得PQ、NQ、Q等关系曲线即为风机的实际性能曲线（图149）。图14-8实际性能曲线(P-Q)后向叶片，n=常数图14-9离心通风机的性能曲线a.前向叶片风机b.后向叶片风机五、叶片形状五、叶片形状风机叶片形状可分为直叶片和曲叶片；按叶片出口安装角可分为前向（2A90），径向（2A=90）及后向（2A0，才有P0；愈大，则Pt愈大。但过大，将使效率急剧降低，一般max=4045。（3）增加Cz可增加全压P，但Cz加大后主要是流量增加及气流的动压加大，如用扩压变动压为静压，将使效率急剧下降。由上述分析可见，单级的轴流风机可以有较大流量，但增压不大，一般风机全压很少超过2
14、150Pa。（二）导叶的单独叶轮（图14-24a）这是最简单的一种类型，由叶栅流出的气流绝对速度C2（图14-25a）可分解为轴向速度CZ（C2=C1）及圆周分速度C2u(C2u=Cu)。C2u的存在导致能量损失，使风机效率降低。这种类型的轴流风机结构简单、制作方便、价格便宜，故在风机中应用很广，主要用轴流风机的基本类型图14-24轴流风机基本类型a.无导叶的单独叶轮b.叶轮配后导叶c.叶轮配前导叶d.叶轮陪前后导叶1、无于厂房的通风换气。图14-25各类型轴流风机的速度三角形2、叶轮配后导叶（图14-24b）叶轮速度三角形与单独叶轮型相同(图14-25a)，叶轮叶栅出口气流速度为C2。后导叶
15、是固定的，无牵连速度，无速度三有形。其入口角与C2方向一致，出口角为90，故气流可无冲击地进入后导叶并在后导叶叶道中转变成轴向，减图14-24轴流风机基本类型a.无导叶的单独叶轮b.叶轮配后导叶c.叶轮配前导叶d.叶轮陪前后导叶少了损失。这一类型的风机压头和效率都比前者高，现在最高效率已可达90%左右，在风机中应用最普遍。同一风机，叶片有不同安装角时最佳工况范围不同，使用者可根据使用条件选购。近年来已研制成叶片安装角可调的轴流风机，扩大了风机的使用范围并提高了工况变化时风机的效率。3、叶轮配前导叶（图14-24c）导叶装在叶轮之前，气流通过导叶再进入叶轮。气流进入导叶时为轴向，流出导叶时速度为
16、C1，C1具有与叶轮旋转方向相反的圆周分速度C1（图14-25b），称为负预旋。气流进入叶轮时速度为C1，而出口速度C2=Cz为轴向。这种配置型式具有较高的压力系数，但叶轮中相对速度较大，因而损失较大、效率较低，一般=0.780.82左右。常用于要求风机体积小的场合，如车用发动机的风冷设备等。4、叶轮配前后导叶(图1424d)这类风机是上面两种风机的结合，其速度三角形如图14-25c所示。叶轮进口气流速度C1与出口气流速度C2对称，风机的效率=0.820.85。由于多了一排导叶，使结构复杂，实际上很少采用。将前导叶作成角度可调，其效果较好常用于多级轴流风机。图14-25各类型轴流风机的速度三角
17、形（四）轴流风机的性能曲线与离心风机相同，轴流风机也可用有因次及无因次曲线来表示其性能。但是轴流风机即使同一系列同一机号，因叶片安装角的不同，性能曲也不相同。将叶片不同安装角的性能曲线表示在同一个性能曲线图上，在使用时可选择适当的风机系列、机号及叶片角度，以便于向工厂订货。图14-26是T30轴流风机系列的无因次特性曲线。该风机为一般用途的风机，叶片由薄钢板压制而成，可装成10、15、20、25、30及35六种角度。叶轮由电机直接驱动，叶轮圆周速度不得超过60m/s。风机流量Q、压力P因机号、叶片数、叶片安装角、叶轮转速而变。如机号为No.10（叶轮直径1000mm）、叶片数Z=4、主轴转速N
18、=960r/min、叶片角度=35时，其流量Q=48000m3/h、全压P=265Pa(27mmH2O)、全压效率=0.63、配套电机功率N=7.5kW，可由性能表格查得。图14-26T30轴流风机特性曲线曲线标号与叶片角度对应关系为:1.102.153.204.255.306.35农业机械上所用的风机类型很多，其中有些还没有形成系列，甚至找不到适合的模型风机，这时就要用理论计算法进行设计。由于理论设计不够精确，通常要经过试验来修正，因而风机试验工作很重要。风机的空气动力性能试验可分为现场测试和试验装置试验。现场测试是指在实际使用场所测定空气动力性能，因受试验及测量条件的限制，往往不易精确；但
19、用来测定装设好的风机性能，还是比较方便。在验证和修改设计时，一般都用性能试验装置进行试验。如实物风机过大，可采用模型试验。工业上用作模型风机的尺寸大多为D2=500mm和D2=1000mm两种。风机的性能试验风机的性能试验一、风机的性能试验装置一、风机的性能试验装置图14-27风机性能试验装置1.集流器2.压力计3.网栅节流器4.风筒5.整流栅6.连接管7.风机8.锥形节流器9.皮托管常用的有进气式、排气式及进排气联合式三种，可根据风机实际工作情况选用。如用吸气风道工作时，可用进气试验装置；用出风管道工作的，可用排气试验装置；若风机进风口和出风口都接有较长的工作管道，则宜选用进排气联合试验装置
20、。这样，可使试验接近实际工况，而且测定结果可靠，但由于进气试验装置设备简单，使用方便，大部分风机工厂都习惯于采用这种试验装置进行风机性能试验。1、进气试验装置试验风筒设置在风机进风部分，它由风管、集流器、网栅节流器、进气整流栅及连接管等组成。各部分尺寸关系如图14-27a所示。试验风筒应与风机进口面积相等，两者面积之比不得超出0.71.3。集流器用来在jj断面测定流量。在II断面上测定静压。在网栅节流器上均匀地贴上纸片或用铁丝网分层叠加的方法，可调节流量以改变工况点。2排气试验装置（图14-27b）试验风筒装在风机出风口处，通常用皮托管测定动压，用圆锥形节流器调节流量。3进排气联合试验装置在风
21、机进风口及出口上均接有试验风筒，分别与进气及排气试验装置相似。在进气端用集流器测流量，在进气及排风筒上分别测静压；用排气风筒出口端的锥形节流器调节流图14-28集流器1.圆弧形2.锥形 二、基本参数的测定方法二、基本参数的测定方法绘制风机的空气特性曲线的基本参数为流量、压力、功耗及效率等。其测定及计算方法如下。（一）流量1、用集流器测流量集流器有圆弧形和锥形两种型式（图14-28）。器壁上有孔，可用来测定静压，如果没有损失，则在j-j截面上（图14-27a）动压与静压相等；如考虑损失，则可引入一流量系数，因而可算得风筒内气流速度V流量Q式中F风筒在j-j截面处的面积Psj在j-j截面处测得的静
22、压(N/m2)，通常在j-j截面的风筒上，按四等分开四孔，分别测出静压，然后取平均值即Psj流量系数，对圆弧形集流器，=0.99；锥形集流器=0.982、用皮托管测定流量皮托管结构如图14-29所示。用皮托管可测定管内某一点的动压力Pd(图14-30），因而可算出该点的气流速度。为了测出平均流速，可将管道断面分为面积相等的若干个小块，分别测出每一小面积的中心的动压力Pdi，算出其速度Vi及平均速度Vp，再求得流量Q。（m/s）式中F管道面积（m2）D圆形管道直径（m）矩形管道一般可分为16个或更多的小矩形面积（图14-31a），圆形管道一般可分为五个等面积圆环，依管道直径的大小在每一圆环测定2
23、点或4点（图14-31b）。各测定点直径分别为D1=0.316D，D2=0.548D，D3=0.707D，D4=0.837D，D5=0.949D图14-29皮托管图14-30用皮托管测定动压图14-31动压测定点1.矩形管道2.圆形管道（二）压力在风筒壁上开孔接上压力计，可测定此断面的静压（图14-27），也可用皮托管接入压力计测定某一断面的动压或静压，常用V形管压力计或微压计。测定结果须经换算才能得到风机全压P、静压Ps及动压Pd。换算方式在各种试验装置上不同。1、动压Pd风机动压Pd为风机出口断面CC的动压，如已知流量为Q，则（1）进气试验装置因为进风管内的动压是由静压的降低转换而来的，所
24、以风机静压为出口断面CC的静压PSC和风机进口断面BB的全压Pb之差，而Pb为II断面的全压减去由II断面到BB断面的压力损失P1-b。因为没有出风管道，所以Psc=0，则：PS=PSCPb(Ps1Pd1P1-b)式中，Ps1为真空度，Ps1=Psl；又P1-b包括进气整流栅损失及管道摩擦损失，可取Pb=0.15Pd1，因为Pd1=2Psj，所以风机静压力为Ps=Ps10.852Psj将测得的Ps1及Psj代入，即可算出风机静压Ps。（2）排气试验装置风机静压等于断面的全压（PsPd）加上断面CC断面到断面的压力损失，再减去CC断面的动压d，即：PS=PS+Pd2+Pc-2d在图1427b的试验装置中，Pc-2=0.15Pd2，所以：PS=PS2+1.15Pd2Pd将测得的结果代入，可算得风机静压力。如风机出口断面与风筒断面积相等，则：PS=PS2+0.15Pd23、风机全压PP=PS+Pd4、压力系数（三）功率用扭矩测功法或电力测功法可测出风机的轴功率N。将此轴功率减去风机轴承摩擦功耗，则是风机的水力功率Nn。水力功率是指风机叶轮对气体作用所消耗的功率。