第六章 通風動力幻燈片.ppt

1 1 第六章通風動力 2 學習目標 需掌握的內(nèi)容自然通風產(chǎn)生原理及風壓計算了解通風機構(gòu)造和工作原理通風機工作參數(shù)及特性曲線通風機的合理工作范圍和工況點調(diào)節(jié)難點自然風壓的計算 3 第一節(jié)自然通風動力 一 概念1 自然通風 由于有限空間內(nèi)外空氣的密度差 大氣運動 大氣壓力差等自然因素引起室內(nèi)外能量差后 促使有限空間的氣體流動并與大氣交換的現(xiàn)象 2 自然風壓 促使有限空間內(nèi)氣體流動的能量差稱為自然通風動力 或自然風壓 4 二 自然通風的應用有益應用單層工業(yè)廠房多層或高層工業(yè)建筑中的熱車間特殊建筑物 或容器 如隧道 風道 地下建筑物 變電所 地下坑道等建筑物的防排煙系統(tǒng) 第一節(jié)自然通風動力 5 三 自然通風產(chǎn)生原理1 空氣密度差形成的廠房內(nèi)外空氣密度不同導致空氣柱重量不同 a平面廠房內(nèi)外空氣靜壓差 使室外空氣由a進入 第一節(jié)自然通風動力 6 2 大氣運動形成的自然通風 第一節(jié)自然通風動力 7 迎風面和背風面的壓力不同 空氣從壓力較高的窗孔進入室內(nèi) 從壓力較低的窗孔流出室外 形成大氣運動形成的自然通風 第一節(jié)自然通風動力 8 總結(jié)自然通風產(chǎn)生有兩種情況 密度差形成的自然通風大氣運動繞流建筑物 迎風面靜壓升高 背風面由于產(chǎn)生局部繞流 靜壓降低 空氣從壓力較高的窗孔進入室內(nèi) 第一節(jié)自然通風動力 9 四 自然風壓的計算1 大氣運動形成的自然風壓計算 式中 建筑外空氣流速 m s 建筑外空氣密度 kg m3 A 空氣動力系數(shù) 第一節(jié)自然通風動力 10 第一節(jié)自然通風動力 11 2 密度差形成的自然風壓計算 計算時 以最低水平為基準面 分別算出較大密度空間和較小密度空間的空氣密度平均值 第一節(jié)自然通風動力 12 3 密度差與大氣運動合成的自然風壓計算綜合考慮熱壓和風壓的作用 第一節(jié)自然通風動力 13 五 自然風壓的影響因素1 大氣運動形成自然風壓的影響因素建筑物形狀 風向室外空氣風速室外溫度 大氣壓和相對濕度在通風設計中 為保證通風效果 自然通風僅以密度差形成的自然風壓作用計算 第一節(jié)自然通風動力 14 2 密度差形成的自然風壓影響因素兩側(cè)空氣柱的溫差大氣溫度或密度不等的有限空氣高度空氣成分 濕度和大氣壓力 第一節(jié)自然通風動力 15 第二節(jié)通風機械類型及構(gòu)造原理 一 通風機械設備的分類1 按產(chǎn)生風流的方式分葉輪旋轉(zhuǎn)式通風機 葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風量 風壓 效率高 應用廣泛流體射流通風裝置 將一定壓力的液體或氣體在風管中噴射后的射流卷吸作用而產(chǎn)生風量 風壓 效率低 無運轉(zhuǎn)設備 在一些特定場合應用 如爆炸氣體及其粉塵場所 16 第二節(jié)通風機械類型及構(gòu)造原理 17 2 按產(chǎn)生空氣壓力高低分 離心式 可將風機分為低壓風機 中壓風機和高壓風機 其壓力范圍如下 低壓 風機全壓H 1000Pa中壓 1000Pa H 5000Pa高壓 5000Pa H 30000Pa通風工程中大多采用低壓與中低壓風機 第二節(jié)通風機械類型及構(gòu)造原理 18 3 按氣流運動方向分軸流式通風機 氣流軸向進入風機葉輪后 在旋轉(zhuǎn)葉片的流道中沿著軸線方向流動 特點 體積小 流量大 壓力低 第二節(jié)通風機械類型及構(gòu)造原理 19 離心式通風機 氣流軸向進入旋轉(zhuǎn)的葉片通道 在離心力作用下氣體被壓縮沿著徑向流動 第二節(jié)通風機械類型及構(gòu)造原理 20 橫流式通風機 也稱貫流式通風機 氣流沿著與轉(zhuǎn)子軸線垂直的方向 從轉(zhuǎn)子一側(cè)的葉柵進入葉輪 穿過葉輪轉(zhuǎn)子內(nèi)部 通過轉(zhuǎn)子另一側(cè)的葉柵 將氣流排出 特點 動壓較高 氣流不亂 效率較低 第二節(jié)通風機械類型及構(gòu)造原理 21 混流式 斜流式 通風機 氣體以與葉輪主軸成某一角度的方向進入旋轉(zhuǎn)葉道 沿傾斜方向流出兼有軸流式和離心式風機的特點 第二節(jié)通風機械類型及構(gòu)造原理 22 4 按通風機械服務范圍分主要通風機為整個通風系統(tǒng)服務的通風機局部通風機為通風系統(tǒng)局部地段服務的通風機以礦井通風機為例 安設在地面為整個礦井服務的通風機為主要通風機 為礦井施工地點服務的通風機為局部通風機 23 5 按用途分一般通風換氣用通風機 溫度低于80度空氣 壓力不高 低噪聲行業(yè)專用通風機 對風量 風壓要求不同 如礦用 船用 紡織空調(diào)用等特殊要求通風機 如存在高溫氣體 爆炸氣體 腐蝕性氣體或其它粉類物質(zhì)等其它類型通風機 如室內(nèi)外換氣用 空調(diào)用 冷卻塔用等 第二節(jié)通風機械類型及構(gòu)造原理 24 二 離心式通風機的構(gòu)造和工作原理1 風機構(gòu)造離心式通風機一般由 前導器 進風口 工作輪 葉輪 螺形機殼 主軸 排氣口等部分組成 吸風口有 單吸和雙吸兩種 第二節(jié)通風機械類型及構(gòu)造原理 25 第二節(jié)通風機械類型及構(gòu)造原理 26 葉片出口角 風流相對速度W2的方向與圓周速度u2的反方向夾角稱為葉片出口角 以 2表示 或葉片的出口方向 出口端的切向方向 和葉輪的圓周方向 在葉片出口端的圓周切線方向 之間的夾角 離心式風機可分為 前傾 向 式 2 90 后傾 向 式 2 90 和徑向式 2 90 三種 2不同 通風機的性能也不同 第二節(jié)通風機械類型及構(gòu)造原理 離心風機的傳動形式 28 2 工作原理當電機通過傳動裝置帶動葉輪旋轉(zhuǎn)時 葉片流道間的空氣隨葉片旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn) 獲得離心力 經(jīng)葉端被拋出葉輪 進入機殼 在機殼內(nèi)速度逐漸減小 壓力升高 然后經(jīng)擴散器排出 與此同時 在葉片入口 葉根 形成較低的壓力 低于吸風口壓力 于是 吸風口的風流便在此壓差的作用下流入葉道 自葉根流入 在葉端流出 如此源源不斷 形成連續(xù)的流動 第二節(jié)通風機械類型及構(gòu)造原理 29 三 軸流式風機的構(gòu)造和工作原理1 風機構(gòu)造主要由集風器 葉輪 整流器 擴散 芯筒 器和傳動部件等部分組成 葉輪有一級和二級兩種2 工作原理 1 特點 在軸流式風機中 風流流動的特點是 當動輪轉(zhuǎn)動時 氣流沿等半徑的圓柱面旋繞流出 30 2 葉片安裝角在葉片迎風側(cè)作一外切線稱為弦線 弦線與動輪旋轉(zhuǎn)方向 u 的夾角稱為葉片安裝角 以 表示 可根據(jù)需要在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)整 但每個動輪上的葉片安裝角 必需保持一致 31 3 工作原理當動輪旋轉(zhuǎn)時 翼柵即以圓周速度u移動 處于葉片迎面的氣流受擠壓 靜壓增加 與此同時 葉片背的氣體靜壓降低 翼柵受壓差作用 但受軸承限制 不能向前運動 于是葉片迎面的高壓氣流由葉道出口流出 翼背的低壓區(qū) 吸引 葉道入口側(cè)的氣體流入 形成穿過翼柵的連續(xù)氣流 32 3 對旋風機的特點一級葉輪和二級葉輪直接對接 旋轉(zhuǎn)方向相反 機翼形葉片的扭曲方向也相反 兩級葉片安裝角一般相差3 電機為防爆型安裝在主風筒中的密閉罩內(nèi) 與通風機流道中的含爆炸性氣流隔離 密閉罩中有扁管與大氣相通 以達到散熱目的 特點 省略導葉 結(jié)構(gòu)尺寸短 效率高出二級軸流式風機6 8 反風性能好 反風量可達60 70 33 四 流體射流通風裝置的構(gòu)造和工作原理1 水氣射流通風裝置構(gòu)成 由噴嘴 喉管 擴散器 以及吸入室等部件組成 34 工作原理 壓力水通過噴嘴高速射出 卷吸周圍空氣進入射流 并將氣體從吸入室及外界卷吸到喉管 此時速度最大 氣壓降到最低 促使空氣向喉管流動 水氣強烈的混合運動進行能量和質(zhì)量的交換 又促使吸入氣體增加 最后 射流水在擴散管運動時 水氣流速一致 速度減小 壓能提高 35 2 氣氣射流通風裝置原理 結(jié)構(gòu)與水氣射流通風裝置基本相同 不同的是 它采用一定壓力的壓縮空氣作為工作流體進行噴射而產(chǎn)生風量和風壓 分兩種 即中心噴射式和環(huán)隙噴射式 36 37 結(jié)構(gòu) 環(huán)隙式由壓氣接頭 集風器 環(huán)形氣室 環(huán)縫間隙 凸緣 噴嘴和擴散器等組成 工作原理 壓氣過濾后 由進氣室進入環(huán)形氣室 從環(huán)隙噴口噴出 沿凸緣表面流動 并在凸緣表面產(chǎn)生負壓區(qū) 使外界空氣沿集風器流入 與高速射流混合后 通過擴散器使動能大部分轉(zhuǎn)化為壓能 參數(shù) 氣壓一般在0 4 0 5MPa 環(huán)縫間隙寬度為0 09 0 15mm 引射風量為40 140m3 min 通風壓力為255 1080Pa 耗氣量為3 6m3 min 應用 壓縮空氣射流壓力升高 引射風量和壓力均增加 為加大供風量和送風距離 要提高射流壓力 還可進行串聯(lián)工作 38 第三節(jié)通風機實際特性曲線一 通風機的工作參數(shù)表示通風機性能的主要參數(shù)是風壓H 風量Q 風機軸功率N 效率 和轉(zhuǎn)速n等 一 風機 實際 流量Q風機的實際流量一般是指單位時間內(nèi)通過風機入口空氣的體積 亦稱體積流量 單位為m3 h m3 min或m3 s 39 第三節(jié)通風機實際特性曲線 二 風機 實際 全壓Ht與靜壓Hs全壓Ht 是通風機對空氣作功 消耗于每1m3空氣的能量 N m m3或Pa 其值為風機出口風流的全壓與入口風流全壓之差 忽略自然風壓時 Ht用以克服通風管網(wǎng)阻力hR和風機出口動能損失hv 即 Ht hR hV Pa靜壓 克服管網(wǎng)通風阻力的風壓稱為通風機的靜壓HS Pa HS hR RQ2因此Ht HS hV 40 三 通風機的功率全壓功率 通風機的輸出功率以全壓計算時稱全壓功率Nt 計算式 Nt HtQ 10 3KW靜壓功率 用風機靜壓計算輸出功率 稱為靜壓功率NS 計算式 NS HSQ 10 3KW風機的軸功率 即通風機的輸入功率N kW 計算式 或式中 t S分別為風機的全壓和靜壓效率 電動機的輸入功率 Nm 設電動機的效率為 m 傳動效率為 tr時 則 第三節(jié)通風機實際特性曲線 41 二 通風機的個體特性曲線1 工況點 當風機以某一轉(zhuǎn)速 在風阻 的管網(wǎng)上工作時 可測算出一組工作參數(shù) 風壓 風量 功率 和效率 這就是該風機在管網(wǎng)風阻為 時的工況點 2 個體特性曲線 不斷改變R 得到許多的Q H N 以Q為橫坐標 分別以H N 為縱坐標 將同名的點用光滑的曲線相連 即得到個體特性曲線 第三節(jié)通風機實際特性曲線 42 3 通風機裝置 把外接擴散器看作通風機的組成部分 總稱之為通風機裝置 4 通風機裝置的全壓 td 擴散器出口與風機入口風流的全壓之差 與風機的全壓 t之關(guān)系為 式中hd 擴散器阻力 5 通風機裝置的靜壓 sd 第三節(jié)通風機實際特性曲線 43 6 軸流式通風機個體特性曲線特點 1 軸流式風機的風壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在 2 駝峰點 以右的特性曲線為單調(diào)下降區(qū)段 是穩(wěn)定工作段 3 點 以左是不穩(wěn)定工作段 產(chǎn)生所謂喘振 或飛動 現(xiàn)象 4 軸流式風機的葉片裝置角不太大時 在穩(wěn)定工作段內(nèi) 功率隨 增加而減小 風機開啟方式 軸流式風機應在風阻最小 閘門全開 時啟動 以減少啟動負荷 說明 軸流式風機給出的大多是靜壓特性曲線 第三節(jié)通風機實際特性曲線 44 7 離心式通風機個體特性曲線特點 1 離心式風機風壓曲線駝峰不明顯 且隨葉片后傾角度增大逐漸減小 其風壓曲線工作段較軸流式風機平緩 2 當管網(wǎng)風阻作相同量的變化時 其風量變化比軸流式風機要大 3 離心式風機的軸功率 隨 增加而增大 只有在接近風流短路時功率才略有下降 第三節(jié)通風機實際特性曲線 45 風機開啟方式 離心式風機在啟動時應將閘門全閉 待其達到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開 說明 1 離心式風機大多是全壓特性曲線 2 當供風量超過需風量過大時 常常利用閘門加阻來減少工作風量 第三節(jié)通風機實際特性曲線 46 三 無因次系數(shù)與類型特性曲線 一 無因次系數(shù) 通風機的相似條件比例系數(shù) 兩個通風機相似是指氣體在風機內(nèi)流動過程相似 或者說它們之間在任一對應點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) 兩臺通風機相似必須滿足幾何相似 運動相似和動力相似三個條件 第三節(jié)通風機實際特性曲線 47 2 無因次系數(shù) 1 壓力系數(shù)同系列風機在相似工況點的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù) 可用下式表示 式中 u為圓周速度 為壓力系數(shù) 2 流量系數(shù) 第三節(jié)通風機實際特性曲線 48 3 功率系數(shù)風機軸功率計算公式中的H和Q分別上式代入得 同系列風機在相似工況點的效率相等 功率系數(shù)為常數(shù) 三個參數(shù)都不含有因次 因此叫無因次系數(shù) 二 類型特性曲線根據(jù)風機模型的幾何尺寸 實驗條件及實驗時所得的工況參數(shù)Q H N和 利用上三式計算出該系列風機的 和 然后以為橫坐標 以 和 為縱坐標 繪出 和 曲線 此曲線即為該系列風機的類型特性曲線 第三節(jié)通風機實際特性曲線 49 四 比例定律與通用特性曲線1 比例定律同類型風機它們的壓力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代入無因次系數(shù)關(guān)系式得 對于1 2兩個相似風機而言 50 2 通用特性曲線根據(jù)比例定律 把一個系列產(chǎn)品的性能參數(shù)H Q n D N 和 等相互關(guān)系同畫在一個坐標圖上 叫通用特性曲線 第三節(jié)通風機實際特性曲線 51 一 通風機工況點的合理工作范圍工況點 通風機在某一特定轉(zhuǎn)速和工作風阻條件下的工作參數(shù) 1 從經(jīng)濟角度 通風機的運轉(zhuǎn)效率不低于60 2 從安全角度 工況點必須位于駝峰點右側(cè) 單調(diào)下降的直線段 3 實際工作風壓不得超過最高風壓的90 4 風機的葉輪轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速 Q m3 s 第四節(jié)通風機合理工作范圍及工況點調(diào)節(jié) 52 二 工況點調(diào)節(jié)工況點調(diào)節(jié)方法主要有 1 改變風阻特性曲線當風機特性曲線不變時 改變工作風阻 工況點沿風機特性曲線移動 增風調(diào)節(jié) 為了增加系統(tǒng)的供風量 可以采取下列措施 減小通風系統(tǒng)總風阻 可以減小通風機運轉(zhuǎn)費用 但有時工程費用較大 堵塞外部漏風 外部漏風指因通風風道的不嚴密使得通風系統(tǒng)以外的空氣漏入通風系統(tǒng)或通風系統(tǒng)內(nèi)的空氣漏入通風系統(tǒng)以外 堵塞外部漏風實施簡單 但調(diào)節(jié)幅度不大 第四節(jié)通風機合理工作范圍及工況點調(diào)節(jié) 53 減風調(diào)節(jié) 當系統(tǒng)風量過大時 應進行減風調(diào)節(jié) 其方法有 增阻調(diào)節(jié) 離心式風機可減小閘門開度增阻 但增加了能量損耗 對于軸流式通風機 可以用增大外部漏風的方法 減小工作地點風量 改變風機特性曲線這種調(diào)節(jié)方法的特點是系統(tǒng)總風阻不變 改變風機特性 工況點沿風阻特性曲線移動 第四節(jié)通風機合理工作范圍及工況點調(diào)節(jié) 54 調(diào)節(jié)方法有 軸流風機可采用改變?nèi)~片安裝角度達到增減風量的目的 裝有前導器的離心式風機 可以改變前導器葉片轉(zhuǎn)角進行風量調(diào)節(jié) 改變風機轉(zhuǎn)速 無論是軸流式風機還是離心式風機都可采用 調(diào)節(jié)的理論依據(jù)是相似定律 即 改變電機轉(zhuǎn)速 利用傳動裝置調(diào)速 調(diào)節(jié)方法的選擇 取決于調(diào)節(jié)期長短 調(diào)節(jié)幅度 投資大小和實施的難易程度 調(diào)節(jié)之前應擬定多種方案 經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟比較后擇優(yōu)選用 選用時 還要考慮實施的可能性 有時 可以考慮采用綜合措施 第五節(jié)通風機聯(lián)合運行 通風機的聯(lián)合運行工況較為復雜 不僅與兩臺或多臺風機的特性曲線有關(guān) 還與管道特性曲線有關(guān) 1 通風機的并聯(lián)運行 1 兩臺性能相同的風機并聯(lián)運行 在阻力較小的管道系統(tǒng)中運行時 可獲得較大的風量增值 相反則風量增加較少 效果不明顯 2 兩臺性能不同風機并聯(lián)運行有三種情況 其中B為風機聯(lián)合運行的臨界點 第五節(jié)通風機聯(lián)合運行 2 通風機的串聯(lián)運行 串聯(lián)運行的主要目的就是提高風機的風壓 1 兩臺性能相同的風機串聯(lián)運行當阻力較大的管道系統(tǒng)中工作時 可獲得較大的風壓增值 第五節(jié)通風機聯(lián)合運行 2 兩臺性能不同的風機串聯(lián)運行有三種不同阻力的管道特性曲線的聯(lián)合工作的狀況 B為臨界點 第五節(jié)通風機聯(lián)合運行 3 風機聯(lián)合運行分析 1 風機聯(lián)合運行總會有一些額外的損失 其結(jié)果總沒有風機分別單獨運行時高 從經(jīng)濟上分析不利 運行可靠性差 實際工作中 應盡量避免采用聯(lián)合運行