船舶輔機-(哈工程出版社)風機

第二篇

氣體輸送機械離心風機軸流風機壓縮機通風機：全壓p<1500mmH2O。鼓風機：1500mmH2O<全壓p<3bar。

風機（通風機）在船舶上應(yīng)用于各類艙室：機艙、貨艙、燃料艙和生活艙室。制冷空調(diào)：風冷冷凝器風機、空調(diào)的送風風機、冷藏間的冷風機、冷卻塔用風機。鍋爐：送風機和引風機。

第一節(jié)分類和性能參數(shù)一、分類1按全壓分低壓：全壓p<100mmH2O（風扇全壓p<10mmH2O）

中壓：100<全壓p<300mmH2O

高壓：全壓p>300mmH2O第五章通風機2按工作原理分（1）離心式：利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對氣體產(chǎn)生的離心力提高氣體的能量。氣體軸向流入，徑向流出。（2）軸流式：利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪在葉片正背面產(chǎn)生的壓力差提高氣體的能量。氣體軸向流入，軸向流出。（3）其他類型：橫流式（慣流式）、混流式。3按風機進、出口位置與服務(wù)艙室分（1）送風式：服務(wù)艙室與風機出口或送風管道連接，將外界空氣送入艙室。艙室內(nèi)為正壓（壓入式）。（2）抽風式：服務(wù)艙室與風機進口或進風管道連接，將艙室內(nèi)的空氣送出艙外。艙室內(nèi)為負壓（抽出式）。

4驅(qū)動方式分（1）電機驅(qū)動（2）水力驅(qū)動：利用水泵產(chǎn)生的高壓水驅(qū)動葉片帶動風機?？梢暂斔鸵兹家妆瑲怏w，也可以在高溫（250C）下工作。應(yīng)用于油船、液化氣船、化學品船、海上平臺和軍用艦艇的輸送氣體和清艙。在陸用上應(yīng)用于油庫、飛機庫和彈藥庫等具有易燃易爆的場所。1全壓（壓頭）：氣體通過風機以后提高的能量。p=pd+pst=H=gH=p出-p進=（pd+pst

）出-（pd+pst

）進二、性能參數(shù)（2.1—1）風機的出口全壓與風機的進口全壓有關(guān)。標準風壓的進氣狀態(tài)為標準狀態(tài)，即20℃、1atm的空氣。2功率有效功率:Ne、

指示功率Ni

和軸功率Nb

與泵相同。3流量或風量（體積流量與進氣狀態(tài)無關(guān)）4效率容積效率v、水力效率h、機械效率m總效率（2.1—2）靜壓總效率（2.1—3）第二節(jié)離心風機一、基本理論對于離心通風機，其全壓小于1500mmH2O?？梢院雎詺怏w的壓縮性，即可將風機中氣體的流動作為不可壓縮流體。這樣，有關(guān)離心泵的基本理論也完全適用用于離心風機。如：速度三角形、Euler方程、對Euler方程分析、葉片形式分析（2y對HT、Hst、Hd的影響）、有限葉片對壓頭的影響、損失、效率、相似理論等。二、主要結(jié)構(gòu)1葉輪(1)直線形徑向葉輪：1y=2y=90，1?90。結(jié)構(gòu)最簡單，適用于正反兩方向旋轉(zhuǎn)，氣流進入葉輪時有較大的沖擊損失，效率低，噪聲大，應(yīng)用于低壓風機。（2）曲線形徑向葉輪：1=90，2y=90，進氣沖擊損失小，水力效率高，噪聲小，應(yīng)用于中低壓風機。（3）直線形后彎葉輪：1=90，2y<90，制造簡單，價格便宜，當轉(zhuǎn)速和壓力為定值時，外徑較大。（4）曲線形后彎葉輪：1=90，2y<90，與離心泵相同。損失小，效率高，噪聲小。當轉(zhuǎn)速和壓力為定值時，外徑較大。適用于中高壓大流量風機。（5）曲線形前彎葉輪：1=90，2y>90，當轉(zhuǎn)速和壓力為定值時，外徑較小，但噪聲大，效率低，應(yīng)用于流量大而壓力低的場合。（6）曲線前彎多葉葉輪：1=90，2y>90，葉輪直徑小，葉片短而多（多達80片）。當轉(zhuǎn)速和壓力為定值時，外徑小，造價低，占地小，重量輕。但損失大，效率低，噪聲大，應(yīng)用于流量大，壓力低的場合。

根據(jù)葉片截面形狀分：機翼形：后彎，高壓，高效，大功率，高速送風機。直線形：徑向或后彎中型引風機或送風機。曲線形：前彎或后彎中小型引風機或送風機。前盤：平直前盤：流動損失大，效率低，制造工藝簡單?；⌒吻氨P：效率高，制造工藝復(fù)雜。錐形前盤：性能和制造工藝居中。大型風機前盤聯(lián)結(jié)采用焊接、鉚接。焊接比鉚接重量輕，流道光滑。小型風機葉片與前盤制成一體（塑料、鋁合金）。

2進氣室

功用：保證氣體均勻平穩(wěn)地進入風機，減少流動損失和噪聲。進氣室主要應(yīng)用在大型風機、雙吸葉輪風機或氣流進入風機前需接彎管的場合。進氣室進口截面積與葉輪進口截面積之比為1.75～2.0。進氣室進口中心與風機出口中心為90最佳，180為最差。3進氣口

功用：保證氣流能均勻地充滿葉輪進口截面，降低流動損失。其優(yōu)劣程度主要看他使葉輪進口截面氣流充滿的程度。進氣口形狀應(yīng)盡可能符合葉輪進口附近氣流的流動狀況，避免渦流及其引起的損失。4導(dǎo)流器功用：擴大風機使用范圍，提高風機調(diào)節(jié)性能。導(dǎo)流器分為徑向和軸向兩種，改變導(dǎo)流葉片的開度，控制進氣流的大小和方向。導(dǎo)流葉片的形狀有平板、弧形和機翼形，數(shù)目為8～12個。5蝸殼

功用：將離開葉輪的氣流集中、導(dǎo)流，并將氣流的部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。蝸殼橫截面為阿基米德螺旋曲線或?qū)?shù)曲線?！拔伾唷钡奈恢门c形狀對風機的性能影響很大。

一、相似條件幾何相似：風機過流部分主要線性尺寸成比例。運動相似：各相應(yīng)點的速度成比例。動力相似：流體質(zhì)點所受的各力比值相等。與離心泵相似理論相同。二、性能相似換算

第三節(jié)相似理論在風機中的應(yīng)用（2.1—4）（2.1—5）（2.1—6）結(jié)構(gòu)常數(shù)：三、比轉(zhuǎn)數(shù)1比轉(zhuǎn)數(shù)推導(dǎo)

將式（2.1—4）兩邊開方得將式（2.1—5）兩邊開3次方得

可得

在風機中，氣體作為不可壓縮流體處理，因此2比轉(zhuǎn)數(shù)計算風機的全壓與氣體在風機進口處的狀態(tài)（P、）和種類有關(guān)，因此，計算比轉(zhuǎn)數(shù)時應(yīng)定義氣體進氣的狀態(tài)，并且與單位制有關(guān)。（1）風機進口處為常溫常壓的空氣、國際單位制（2.1—7）p20為在進口處為20，760mmHg的空氣時風機的全壓。式中Q（m3/s）、n（rpm）、p20（Pa）（2）風機進口處為非常溫常壓的空氣、國際單位制因所以

帶入式（2.1—6）得（2.1—8）

為風機進口處空氣的密度，單位為kg/m3。（3）風機進口處為常溫常壓的空氣、工程單位制因1N=（1/9.8）kgf，帶入式（2.1—6）得（2.1—9）3比轉(zhuǎn)數(shù)的應(yīng)用（1）用比轉(zhuǎn)數(shù)對風機分類

ny：2.7～12（國際單位制）或15～66（工程單位制）前彎離心風機

ny：16.6～17.6（國際單位制）或20～90（工程單位制）后彎離心風機

ny：18～36（國際單位制）或100～200（工程單位制）軸流風機

ny<1.8～2.7（國際單位制）或10～15（工程單位制）回轉(zhuǎn)式風機

第四節(jié)軸流風機一主要結(jié)構(gòu)和工作原理1主要結(jié)構(gòu)：集風器、葉輪、導(dǎo)葉和擴壓筒。

集風器：將氣體引入；葉輪：提高氣體的能量；導(dǎo)葉：將部分氣體的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)化為軸向速度并支撐電機；擴壓筒：將部分氣體的動能轉(zhuǎn)化為壓力能。

氣體軸向流入，軸向流出。2工作原理在任意半徑r處將葉片切開并展開成平面，其中每個斷面為翼形，相同的翼形系列組成了葉柵，翼形與翼形的距離t稱為柵距。氣體流過軸流泵的三維流動分析可以轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w流過葉柵二維流動分析。即對氣體流過翼形的分析。當氣體為理想流體時，流過單個翼形的二維流動如圖所示。其中P為流動的氣體對翼形的作用力。翼形上表面為低壓，產(chǎn)生吸氣作用，使氣體進行軸向旋轉(zhuǎn)運動。

特點：大流量，低壓頭，體積小，噪聲大。在船上用于各類艙室的通風。冷庫中的冷風機，風冷式冷凝起器的風機等。

二理論壓頭分析根據(jù)Euler方程

進出口速度三角形為

u1=u2cr1=cr2

對于軸流式風機，u1=u2

則u1u212在轉(zhuǎn)速，外徑一定時，軸流泵產(chǎn)生的壓頭小于離心泵。（2.1—10）式（2.1—10）中cu稱為扭速，他表示氣流在葉柵中繞流程度。

Pt=u（c2u–c1u）=u（c2cos2–c1cos1）

因c2cos2=u-crctg2

所以Pt=ucr（ctg1-ctg2）從式（2.1—11）看出，提高軸流式風機全壓有以下途徑：1）增加葉輪圓周速度；2）2>1;3)增加cr,也可提高理論壓力。根據(jù)Euler方程（2.1—11）軸流式風機的全壓一般不高。在2000Pa左右。以上對軸流式風機的全壓是理論分析的結(jié)果，在實際流動中，應(yīng)考濾流動阻力實際氣體作用力為

v0——無限遠處來流速度。

cy、cx——升力系數(shù)和阻力系數(shù)。

A——機翼面積。

——氣體的密度。三軸流式風機的類型1僅有葉輪，沒有導(dǎo)葉流體出口速度c2可以分解為圓周速度c2u和軸向速度c2r，圓周速度c2u產(chǎn)生能量損失(旋轉(zhuǎn))。故效率低，應(yīng)用于低壓軸流式風機。2一個出口導(dǎo)葉出口導(dǎo)葉將圓周速度c2u部分轉(zhuǎn)換為軸向速度，因此，效率有所提高，應(yīng)用于高壓軸流式風機。3一個進口導(dǎo)葉進口導(dǎo)葉產(chǎn)生反預(yù)旋，即c1u<0，因此可以提高全壓，調(diào)節(jié)流量。4進、出口各有一個導(dǎo)葉設(shè)計工況時，流體軸向進入葉輪，進口導(dǎo)葉無反預(yù)旋，當需要調(diào)節(jié)流量時，可調(diào)節(jié)進口導(dǎo)葉，保證在流量變化時，效率變化不大。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此制造、操作和維護困難。應(yīng)用不多。第五節(jié)通風機性能曲線一、定速性能曲線1前彎離心風機～Q：效率較低。

H～Q：S形或馬鞍形

N～Q：原動機易過載，啟動時出口閥門應(yīng)關(guān)閉。

2后彎離心風機

～Q：效率較高。

H～Q：單調(diào)下降

N～Q：原動機無過載，啟動時出口閥門應(yīng)關(guān)閉。3軸流式風機～Q：較尖陡，調(diào)節(jié)范圍小，采用改變進口葉片角度。

N～Q：較陡傾的s形曲線，啟動時，出風管不能堵塞（出口處不裝排出閥），原動機無過載危險。

H～Q：較陡傾的s形曲線，峰值點左側(cè)為不穩(wěn)定工作區(qū)域。二、無因次性能曲線1無因次參數(shù)（1）流量系數(shù)Q

根據(jù)式（2.1—4）可知定義：流量系數(shù)Q（2）壓力系數(shù)p

根據(jù)式（2.1—3）可知壓力系數(shù)p=

（3）功率系數(shù)N

根據(jù)式（2.1—5）可知

功率系數(shù)N

從以上無因次參數(shù)的推導(dǎo)可以看出，無因次參數(shù)也是相似數(shù)，因此，對于相似的風機，當其運行在相似工況時，不管其尺寸的大小，轉(zhuǎn)速的高低和輸送介質(zhì)的不同，都具有相同的無因次參數(shù)。2無因次性能曲線由無因次參數(shù)繪制出的性能曲線即為無因次性能曲線。用無因次性能曲線來比較和選擇風機非常方便

第六節(jié)典型風機1、CXZ小型軸流風機船用小型低噪聲節(jié)能風機。特點：低噪聲、高效率、尺寸小和中；重量輕。葉輪直徑200～400mm，功率40～310w，重量4～35kg。共有20種規(guī)格。2CNZ和CBN可逆式軸流風機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)性能一致（既能抽風又能送風）。CNZ為普通型，CBN為防爆型。3CQ型船用風機船用前彎離心風機。Q：400～1000m3/h，p：30～200mmH2O，

Nb：120～850w，n：960～2900rpm。4IC型船用風機船用徑向離心風機。Q：100～15000m3/h，Nb：75～28.2kw，

p：120～750mmH2O。共17鐘規(guī)格。

第七節(jié)泵與風機的選擇目的：滿足系統(tǒng)要求；能安全、經(jīng)濟的運行。確定：類型、形式、臺數(shù)、規(guī)格、轉(zhuǎn)速和原動機功率。一、選擇原則1工作點和工作范圍應(yīng)滿足泵與風機的額定工況點和適宜工作范圍；2結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕和效率高；3安全可靠；4特別的要求。二、需確定的參數(shù)1Q、P的范圍及Qmax和Pmax；2輸送介質(zhì)的溫度、密度；3安裝條件PA、HB；4主要參數(shù)應(yīng)有一定余量：計算流量Q=（1.1～1.15)Qmax

計算壓頭H=（1.10～1.15)Hmax

計算壓力P=（1.10～1.15)Pmax

5實際工況與額定工況的換算。三、水泵的選擇1確定水泵的類型（1）根據(jù)輸送液體的性質(zhì)確定泵的類型，如：海水泵、清水泵、油泵和耐腐蝕泵等；（2）利用泵的使用范圍圖和特點；（3）計算比轉(zhuǎn)數(shù)來確定