通風(fēng)機(jī)的實(shí)際特性曲線通風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)表示通風(fēng)機(jī)性能

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)通過風(fēng)機(jī)入口空氣的體積，亦稱體積流量（無(wú)特殊說明時(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（ N· m/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 =h R+h V,441克服

2、管網(wǎng)通風(fēng)阻力的風(fēng)壓稱為通風(fēng)機(jī)的靜壓HS， PaHS=h R=RQ24-4-2因此Ht =HS+h V4-4-3( 三）通風(fēng)機(jī)的功率通風(fēng)機(jī)的輸出功率（又稱空氣功率）以全壓計(jì)算時(shí)稱全壓功率Nt ，用下式計(jì)算：Nt =Ht Q×10-34 54用風(fēng)機(jī)靜壓計(jì)算輸出功率，稱為靜壓功率NS，即NS=HSQ×1034-4-5因此，風(fēng)機(jī)的軸功率，即通風(fēng)機(jī)的輸入功率N （kW）,4 56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)

3、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)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，h（4負(fù)壓）=P4-P04(P 4 為 4 斷面絕對(duì)壓力， P04 為與 4 斷面同標(biāo)

4、高的大氣壓力）。圖 441沿風(fēng)流方向，對(duì)1、 4 兩斷面列伯努力方程hR14=(P1+h+gZ )- (P4+hv 4+ m34v1 m1212gZ34 )式 中hR14 1 至 4 斷 面 通 風(fēng) 阻 力 ， Pa ;P 1 、 P4 分 別為 1、 4 斷 面 壓 力， Pa； h v1 、 hv4 分 別 為 1、 4 斷 面 動(dòng) 壓 ， Pa； Z 12 、 Z34 分 別 為 12 、 34 段 高 差 ， m； m12 、 m34 分 別為 12 、34 段 空 氣 柱 空 氣 密度 平 均 值 ， kg/m 3 ；因 風(fēng) 流 入 口 斷 面 全 壓 Pt 1 等于 大 氣 壓 力

5、 P01 ，即P1+hv 1 =Pt 1 =P01 ，又因 1 與 4 斷面同標(biāo)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 m12 gZ12 m34 gZ34 =HN故 上 式 可 寫 為hR1 4=P04 -P 4 -h v4 +HNh R1 4=|h 4 |-h v4 +HN即|h 4 |=h R1 4+hv4 -H N4-4-9根據(jù)通風(fēng)機(jī)靜壓與礦井阻力之間的關(guān)系可得H S+HN =|h 4 | hv 4=h t 44-4-10式 4-4-9 和式 4 4 10，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

6、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)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)門開啟。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H t = | h4| hv 4+h Rd+h v 5即|h|=H +h-h Rd-h v54tv 44 4 11式 中 hRd 擴(kuò) 散 器 阻 力 ， Pa ;h

7、v5 擴(kuò) 散 器 出 口 動(dòng) 壓 ， Pa；根據(jù)式 4411 可得Ht =hR1 2+ h Rd +hv 4Ht +HN=hR14 +hRd+hv 54 4 122 、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：h R1 2 =(P 1 +hv 1 + m1 gZ1 )-(P2 +h v 2 +m2 gZ2 )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-P 2 = P 1 -P 01 =h 1又m1 gZ1- m2gZ2=HN故上式可寫為h R1 2 =h 1+h V1 -h v 2+HN所

8、以 風(fēng) 機(jī) 房 水 柱 計(jì) 值h1 =h R12 +hv 2 -h V1 -H N又Ht =Pt 1 -P t 1 =Pt 1 -P 0 =P1 +h v 1 -P 0 =h 1 +h v 1Ht +HN=h R1 2+h v 24 4 13由式 4 4 12 和式 4 4 13 可見，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。圖 442三、通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線當(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)

9、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)，通過多次改變管網(wǎng)風(fēng)阻，可得到一系列工況參數(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h d擴(kuò)散器阻力。通風(fēng)機(jī)裝置

10、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4-4-15式中h Vd擴(kuò)散器出口動(dòng)壓。比較式 4 10 與式 4 15 可見，只有當(dāng)hd+hVd<hV 時(shí)，才有 sd> s，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 4 4 3 表示了 t 、 td 、 s 和 sd 之間的相互關(guān)系，由圖可見，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+hVd<hV，故 sd曲線高于s曲線 （工況點(diǎn)由變至）。若hd +hVd>hV，則說

11、明了擴(kuò)散器設(shè)計(jì)不合理。圖 4-4-3 t 、 td 、 s 和 sd 之間的相互關(guān)系圖安裝擴(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)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。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)

12、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)硐中的閘門全閉 ，待其達(dá)到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開。當(dāng)供風(fēng)量超過需風(fēng)量過大時(shí)，常常利用閘門加阻來(lái)減少工作風(fēng)量，以節(jié)省電能。軸流式通風(fēng)

13、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。圖 5-4-4軸流式個(gè)體特性曲線圖5-4-5離心式通風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線在產(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 4 72 的形式給出，曲線只畫出最大風(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)與類型特性曲線目前風(fēng)機(jī)種類較多，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

14、個(gè)體特性曲線表示各種通風(fēng)機(jī)性能，就顯得過于復(fù)雜。還有，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)過程相似，或者說它們之間在任一對(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)

15、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)?？捎孟率奖硎荆海?-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、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)

16、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 4-4-7 分別為 4-72-11 和 G4-73-11型離心式通風(fēng)機(jī)的類型曲線，2K60 型類型風(fēng)機(jī)的類型曲線如圖 4-7-2 （a) 、(b) 所示。可根據(jù)類型曲線和風(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)，在加工和制造過程中很難保證流道表面相對(duì)粗

17、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，同類型風(fēng)機(jī)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

18、-204-4-214-4-22各種情況下相似風(fēng)機(jī)的換算公式如表44 1 所示。由比例定律知，同類型同直徑風(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4-4 1兩臺(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1=2算例題某礦使用主要通風(fēng)機(jī)為4-72-11 20B 離心式通風(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=0.0547 × 9.81=0.53657N s2/m8，工況點(diǎn)為3M0（Q=58m/s,H t =1805Pa) ，后來(lái)，風(fēng)阻變?yōu)?R =0.7932 N s2/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 =0.7932Ns2/m8 的曲線繪制在圖中，得其與 n1 =630r/min曲線的交點(diǎn)33為 M，其風(fēng)量 Q=51.5 m/s 。在此風(fēng)阻下風(fēng)量增至Q=58 m/s112