第3章-通風機械和通風設施

第三章通風動力第三章通風機械和通風設施本章學習目標1.掌握自然風壓的計算方法2.了解通風機械類型及構造原理3.掌握通風機工作參數(shù)與實際特性曲線4.了解通風機附屬裝置及設施5.掌握通風機合理工作范圍及其調節(jié)第一節(jié)自然通風及動力

自然通風：由有限空間內外空氣的密度差、大氣運動、大氣壓力差等自然因素引起有限空間內外空氣能量差，促使有限空間的氣體流動并與大氣交換的現(xiàn)象。

自然通風動力（自然風壓）：促使有限空間內氣體流動的能量差。自然通風的應用：（1）單層工業(yè)廠房（2）多層或高層工業(yè)建筑中的熱車間（3）特種（殊）建筑物、構筑物及容器（4）各類建筑物中的防排煙系統(tǒng)一、自然通風的產(chǎn)生例1：煙囪內外密度差形成（煙囪效應）例2：工業(yè)廠房密度差形成

例3：礦井密度差形成的自然通風

例4：大氣運動形成的自然通風由上述例子可知，有兩種情況可產(chǎn)生自然風壓：一是某一有限空間存在與大氣相連且具有一定高度差的兩個通道，且其空氣密度與大氣密度不同時。

二是大氣運動與建筑物相遇時，氣流繞流建筑物。第三章通風機械和通風設施二、自然風壓HN的計算

1.密度差形成的自然風壓計算根據(jù)自然風壓定義，自然風壓HN可用下式計算式中z——與大氣溫度或密度不等的有限空間高度，m；

g——重力加速度，m/s2；

ρ1、ρ2——分別為0-1-2和5-4-3空間的dZ段空氣密度，kg/m3。分別以空氣密度平均值ρm1、ρm2代替ρ1、ρ2后，簡化可得：

2.大氣運動（風壓）形成的自然風壓計算風向一定時，建筑物外表面上某一點的風壓大小和室外氣流的動壓成正比，HN可用下式表示式中A——空氣動力系數(shù)；

vw——室外空氣流速，m/s；

ρm——室外空氣密度，kg/m3。穿堂風

3.密度差與大氣運動（風壓）合成的自然風壓計算三、自然風壓的影響因素

1.密度差形成的自然風壓的影響因素可用下式來表示

（1）某一回路中兩側空氣柱的溫差影響氣溫差的主要因素是大氣氣溫、風流與有限空間內的熱交換。

（2）空氣成分、濕度和大氣壓力

（3）與大氣溫度或密度不等的有限空間高度2.大氣運動（風壓）形成自然風壓的影響因素

（1）室外空氣風速

（2）室外溫度T、大氣壓p和相對濕度φ

（3）建筑物形狀、風向在實際通風設計中，自然通風僅以密度差形成自然風壓作用計算。第二節(jié)通風機械類型及構造一、通風機械設備的分類

1.按氣流運動方向分類（1）離心式通風機氣流進入旋轉的葉片通道，在離心力作用下氣體被壓縮并沿著半徑方向流動，如圖所示。

葉片出口構造角β2：流道出口處風流相對速度w2的方向與圓周速度u2的反方向夾角。

（2）軸流式通風機

使氣流軸向進入風機葉輪后，在旋轉葉片的流道中又沿著軸線方向流動的通風機。特點：流量大、體積小、壓頭低。（3）混流式（斜流式）通風機

葉輪輪轂和主體風筒的形狀為圓錐形特點：壓力系數(shù)高于軸流式風機，流量系數(shù)高于離心式風機（4）橫流式通風機

也稱貫流式通風機，內有一個筒形的多葉葉輪轉子，氣流沿著與轉子軸線垂直的方向，從轉子一側的葉柵進入葉輪，然后穿過葉輪轉子內部，通過轉子另一側的葉柵，將氣流派出。特點：動壓較高，氣流不亂，但效率較低。適用裝置在各種扁平或細長形的設備里。2.按產(chǎn)生風流的方式分類（1）葉輪旋轉式通風機通過電機使葉輪旋轉產(chǎn)生風量、風壓；效率高，應用廣泛。（2）流體射流通風裝置通過一定壓力的液體或氣體在風道中射流卷吸作用噴射而產(chǎn)生風量、風壓；效率較低，但適用于一些特殊場合，如有爆炸性氣體或粉塵的場所。3.按產(chǎn)生空氣壓力的高低分可分為通風機和鼓風機。（1）通風機：排氣壓力低于11.27×104Pa（2）鼓風機：排氣壓力在11.27×104Pa～34.3×104Pa范圍內4.按通風機服務范圍分類主要通風機：為整個通風系統(tǒng)服務。局部通風機：為通風系統(tǒng)局部地段服務。

5.按用途分類（1）一般通風換氣用通風機只適宜輸送溫度低于80℃的空氣。（2）行業(yè)專用通風機

（3）特殊要求通風機

防爆通風機——選用與砂粒、鐵屑等物料碰撞時不發(fā)生火花的材料制作；防腐通風機——輸送的氣體介質較為復雜，所用材質因氣體介質而異；高溫通風機——消防用排煙通風機；輸送氣體溫度在300℃以上的工業(yè)爐用通風機；粉體用通風機——適用于輸送含塵氣體，分為直吹式和吹吸式兩種。（4）其他類型通風機如屋頂通風機、空調用通風機、冷卻塔用通風機等。防爆屋頂通風機

屋頂軸流強制通風機

二、離心式通風機的構造和工作原理

1.通風機構造離心式通風機一般由進風口、工作輪（葉輪）、螺形機殼和前導器等部分組成。見圖3-8。工作輪是對空氣做功的部件。2.工作原理電機通過傳動裝置帶動葉輪旋轉，葉片流道間的空氣隨葉片旋轉而旋轉，獲得離心力，經(jīng)葉端被拋出葉輪，進入機殼，在機殼內速度逐漸減小，壓力升高，經(jīng)擴散器排出。同時，在葉片入口（葉根）形成較低的壓力（低于進風口壓力），則此壓力差使進風口的風流流入葉片流道，自葉根流出。如此源源不斷，形成連續(xù)的流動。三、軸流式機械通風機的構造和工作原理

1.風機構造主要由進風口、葉輪、整流器、風筒、擴散（芯筒）器和傳動部件等部分組成。見圖3-9。葉輪：增加空氣的全壓。整流器：減小動能和渦流損失。環(huán)形擴散（芯筒）器：使流出氣流逐漸擴大到全斷面，部分動壓轉化為靜壓。2.工作原理當葉（動）輪轉動時，翼柵以圓周速度u移動。處于葉片迎面的氣流受擠壓，靜壓增加；同時，葉片背面的氣體靜壓降低，翼柵受壓差作用，但受軸承限制，不能向前運動，則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”葉道入口側的氣體流入，形成穿過翼柵的連續(xù)氣流。

四、流體射流通風器的構造和工作原理又稱引射器，分為水氣射流通風器和氣氣射流通風器。

1.水氣射流通風器由噴嘴、吸入室喉管、擴散管以及風筒等部件組成。見圖3-11。76582

工作原理：將高壓的工作流體7，由壓力管送入工作噴嘴6，經(jīng)噴嘴后壓能變成高速動能，將噴嘴外圍的液體(或氣體)帶走。此時因噴嘴出口形成高速使擴散室2的喉部吸入室5造成真空，從而使被抽吸流體8不斷進入與工作流體7混合，然后通過擴散室將壓力稍升高輸送出去。由于工作流體連續(xù)噴射，吸入室繼續(xù)保持真空，于是得以不斷地抽吸和排出流體。

水氣射流通風器基本性能方程簡化式：式中hs1——壓力比；

φ1、φ2——噴嘴、喉管的速度系數(shù)；

q——吸入氣體體積流量與噴水工作流量比；

m——喉管與噴嘴面積比；

kj、Aj——與面積比m、喉管長度L、擴散角a2有關的系數(shù)，通過試驗確定。2.氣氣射流通風器結構與水氣射流通風器基本相同。采用一定壓力的壓縮空氣作為工作流體進行噴射。分為兩種：一種是中心噴射式；一種是環(huán)隙噴射式（如圖3-12所示）。

氣氣射流通風器的特性與壓縮空氣的射流壓力及噴嘴的結構和大小有關。壓縮空氣的射流壓力升高，引射的風量和壓力均增加，耗氣量也增加。為提高供風量和送風距離，除提高射流通風器的射流壓力外，還采取多臺射流通風器分散串聯(lián)工作的方式。第三節(jié)通風機實際特性曲線一、通風機工作參數(shù)

1.通風機（實際）風量Q

一般指單位時間內通過通風機入口空氣的體積，也稱體積流量（標準狀態(tài)下），單位為m3/h、m3/min或m3/s。

2.通風機（實際）全壓Ht與靜壓Hs

全壓：對空氣做功，消耗于單位體積空氣的能量（單位為N·m/m3或Pa），其值為通風機出口風流的全壓與入口風流全壓之差。

Ht用以克服通風道網(wǎng)阻力h和通風機出口動能損失hv，即

Ht=h+hv

靜壓Hs（Pa）：克服管網(wǎng)通風阻力的風壓。

Ht=Hs+hv

當流動處于紊流粗糙區(qū)時，

Hs=RQ23.通風機的功率通風機的輸出功率，指單位時間內通風機對空氣所作的功，是風流壓力和風量的乘積。

分為全壓功率Nt和靜壓功率Ns。

Nt=HtQ，W

Ns=HsQ，W4.通風機的效率指通風機的輸出功率和輸入功率的比值，也分全壓效率ηt和靜壓效率ηs。設電動機的效率為ηm、傳動效率為ηtτ時，電動機的輸入功率為Nm，則二、通風機個體特性曲線通風機在某一特定轉速和工作風阻條件下的工作參數(shù)，如Q、H和N等稱為工況點，一般工況點是指Q和H兩參數(shù)。通風機在某一轉速條件下，通過改變管網(wǎng)風阻得到的H-Q、N-Q和η-Q曲線，稱為通風機在該轉速條件下的個體特性曲線。

通風機裝置的全壓Htd為擴散器出口與通風機入口風流的全壓之差，與通風機的全壓Ht之間關系為

Htd=Ht-hks式中hks——擴散器阻力。通風機裝置靜壓hsd,

Hsd=Ht–（hks+hdk）式中hdk——擴散器出口動壓。“馬鞍形駝峰”

離心式通風機風壓曲線工作段較平緩；當管網(wǎng)風阻做相同量變化時，其風量變化比軸流式通風機要大。

軸流式通風機應在風阻最小時啟動，以減小啟動負荷。

離心式通風機在啟動時應將風道中的閘門全閉，待其達到正常轉速后再將閥門逐漸打開。三、通風機相似定律

1.通風機相似理論的作用（1）設計時減小制造費用和試驗費用。（2）使計算簡單、性能可靠。（3）改變條件時，進行性能參數(shù)的相似換算。

2.通風機的相似條件

必須滿足以下三個條件：（1）幾何相似：指兩臺通風機的各流動部件對應的線性尺寸成同一比例，對應角均相等。（2）運動相似：指兩通風機的各對應點的同名速度方向相同，速度之比相等，即各對應點上的速度三角形相似。（3）動力相似：指對應點上的流體質點所受的各同名力的比值相等，方向相同。3.無因次系數(shù)（1）根據(jù)幾何相似和運動相似式中，D、u分別表示相似通風機的葉輪外緣直徑、圓周速度。

(2)根據(jù)幾何相似和動力相似式中，H——通風機全壓或靜壓。

（3）由全壓效率ηt和靜壓效率ηs的表達式，可得通風機軸功率N通用計算式為式中，η——通風機全壓或靜壓效率。將上面的前兩式代入第三式，得上面各式中，、、分別表示流量系數(shù)、壓力系數(shù)和功率系數(shù)，均為無因次系數(shù)。

如n表示風機轉速，圓周速度u與轉速的關系為u=πDn，代入上面三式，則可得：（1）流量關系：（2）風機全壓與靜壓相似關系：（3）風機軸功率相似關系：

四、類型特性曲線與通用特性曲線以為橫坐標，以、和h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，也叫通風機的無量綱特性曲線和抽象特性曲線。圖3-15為離心式通風機的類型曲線，G4-73系列離心式通風機的類型曲線如圖3-16所示。可根據(jù)類型曲線和風機直徑、轉速換算得到個體特性曲線。第四節(jié)通風機附屬裝置及設施一、消聲隔聲設施

1.降低通風機噪聲的途徑（1）降低通風機聲源噪聲

a.合理選擇通風機的機型

b.通風機的工作點應接近最高效率點

c.在可能條件下適當降低通風機的轉速

d.設計通風系統(tǒng)應盡量減少通風阻力

e.氣流在管道內的流速不宜過高

f.注意通風機與電機的傳動方式

（2）在傳遞途徑上對通風機噪聲抑制

a.在通風機的進、出口上裝配恰當?shù)南暺?/p>

b.通風機設減振基座，進、出風口用軟管連接

c.對通風機做隔聲處理

d.在通風機的進、排氣通道采取消聲措施

e.將通風機布置在遠離要求安靜的房間（3）維修保養(yǎng)及時維護保養(yǎng)，定期檢修，及時更換破損零部件2.消聲器的分類消聲器是一種能阻止噪聲傳播，同時也能讓氣流順利通過的裝置。按其消聲原理，可分為：（1）阻性消聲器利用吸聲材料消聲，將一部分聲能轉化為熱能。

（2）抗性消聲器基于聲電濾波原理，通過消聲器內不同聲阻、聲順、聲質量的適當組合消除特定頻率的噪聲。

（3）擴散消聲器在其器壁上設許多小孔，氣流經(jīng)過小孔噴射后，通過降壓減速，達到消聲目的。主要用于消除以低頻或低中頻噪聲為主的設備聲源。（4）緩沖式消聲器利用多孔管及腔室的阻抗作用，將脈沖流轉換為平滑流的消聲設備（5）干涉型消聲器利用波的干涉原理，在氣流通道上設一旁通管，使部分聲能分岔到旁通管里

（6）阻抗復合消聲器阻性消聲器對中、高頻消聲效果較好，抗性消聲器對低、中頻消聲效果較好，將兩者結合起來組成阻抗復合消聲器。

消聲器選擇注意事項

e.消聲器的通道流速一般控制在5~15m/s范圍內

a.根據(jù)通風機的噪聲級、現(xiàn)場可能產(chǎn)生的主要聲音頻率范圍等因素選擇

c.通過消聲器的氣流含水量或含塵量較多時，不宜選用阻性消聲器

d.消聲器額定風量應大于等于通風機的實際風量3.隔聲設施隔聲：在聲源與離開聲源的某一點之間，設置一個隔聲構件，或把聲源封閉起來，使噪聲與人的工作環(huán)境隔絕起來。

通常采用的隔聲設施：

隔聲罩、隔聲門、隔聲窗、隔聲室。二、減振器兩個作用：保護通風機及其他裝置；減小噪聲。

1.減振器類型（1）空氣彈簧減振器利用空氣內能（2）金屬螺栓彈簧減振器（3）預應力阻尼彈簧減振器具有金屬螺栓彈簧減振器和橡膠減振器雙重優(yōu)點，克服彈簧減振器阻尼小的缺點

（4）橡膠減振器阻尼大，隔離高頻噪聲效果好（5）橡膠減振墊價廉，易受溫度、油質、臭氧、日光、化學溶劑的侵蝕，易老化（6）不銹鋼金屬鋼絲減振器阻尼大、耐油、耐高低溫，壽命長，加工工藝復雜，價格高，防沖擊性性能好2.選用減振器的原則

a.通常采用頻率比f/f0在2.5~6之間的減振器，值越大，減振效果越好。

b.減振器承受的荷載應大于允許工作荷載值的5%~10%。

c.支撐點數(shù)目不應少于4個，設備較重或尺寸較大時，可用6~8個。

d.使用減振器時，設備重心不宜太高，以免發(fā)生搖晃。三、擴散器指斷面逐漸擴大的風道，主要位于通風機出口或抽出式通風系統(tǒng)的末端。（風帽）總的原則是：擴散器的阻力小，出口動壓無回流四、反風裝置及防爆門（蓋）

1.防爆門（蓋）的作用：（1）當井下發(fā)生氣體或粉塵爆炸時，受高壓氣浪的沖擊，自動打開，以保護主要通風機（2）在正常情況下它是氣密的，防止風流短路2.反風裝置：使井下風流反向，以防止進風系統(tǒng)發(fā)生火災時產(chǎn)生的有害氣體進入作業(yè)區(qū)；適應救護工作。常用