1、上海交大国家风冷技术研究推广中心 上海世康机电技术工程有限公司 2008.5.20,风机基本常识及测试分析技术(气动),主讲人:任勇,讲座目的,技术人员对风机测试能有一全面了解和系统掌握. 产品选型设计时能全面支持销售工作的展开. 遇到客户投诉,能够快速解决问题,分清责任. 及时发现产品问题,供将来开发做参考. 技术人员为销售工作增加附加价值.,讲座主题 AM 8:30-11:30,引言 通风机常用名词 测量原理和计算关系式 系统效应概念 实验室测量装置类型和方法 现场测量方法和注意事项 双方沟通,特别推荐,系统效应因子 系统管网阻力测定和运用 风机名义性能 风机实际运转性能(考虑SEF) 若
2、干实际工作中经常遇到的疑惑.,(本中心获国家科技进步二等奖的核心技术子项之一),量大面广，是我国重要耗能设备; 占电力消耗总量10.4%， 系统运行效率40-60%; 国际先进水平 70%;,引言：风机系统现状,Industrial Electric Use,40% Fans, Pumps, Blowers 风机, 泵, 鼓风机用电占40%,4% Compressors 压缩机用电占4%,26% Other Motors 其它电动机用电占26%,30% Other 30%其它,风机10.4%,工业用电,Fan Types and Applications,一、风机类型及应用,Propeller
3、 Fans 单叶轮风机,Commonly used in Low pressure, Low volume applications 通常用于低压,低容量应用场合,Cooling tower Wall exhaust Roof exhaust Home window 冷却塔 墙壁排风 屋顶排风 房间窗户排风,Not very efficient Noisy Not able to generate much pressure效率不是非常高 存在噪音 不能产生太高的压力,Axial Fans with guide vane 带导叶轴流风机,Used where large quantities
4、of air are needed at modest pressures 用于在中压区域存在大量空气的场合,Tunnel ventilation Large building ventilation Process Air 隧道通风 大型建筑通风 工艺需要的空气 Can be very Efficient Can be Variable pitch 效率非常高 可变节距调整,Centrifugal Fans 离心风机,Can develop Relatively high pressures - 5000 Pa and higher Single or double inlet Variet
5、y of bearing and motor configuration Variety of pressure classes能够产生相对高的压力 - 5000 Pa及更高 单进口或双进口 可以配置各种轴承和电动机 存在各种压力等级,Double Width Centrifugal Fan 双宽度离心风机,Can handle larger volumes of air Impeller forces balanced (no thrust) Makes ducted inlets trickier 可以处理更大容量的空气 叶轮的各个作用力得到平衡 (无推力) 使管道连接的进口更先进,Rad
6、ial Bladed Impeller 径向叶片状叶轮,Simple to build Least expensive Can handle material in the airstream very high pressure capability Lowest efficiency 50-60% 结构简单 成本最低廉 可以处理空气流当中的物质 能够产生非常高的压力 效率更低，只有50-60%,Forward Curved Impeller 前向叶轮,Usually 24 to 64 shallow cup-shaped blades Sensitive to dirt Very inex
7、pensive Commonly found in residential air systems 通常情况下为24 到 64 个浅杯形叶片。 对污垢非常敏感 不十分昂贵 通常用于民用空气处理系统,Backward Curved Impeller 后向叶轮,Efficiency nearly as high as Airfoil fans 9-16 Single thickness blades Can tolerate some dirt Very similar to backward inclined 效率高，接近翼形风机 9-16单厚度叶片 可以耐受一定程度的污垢 具有后曲的特点,Ai
8、rfoil Impeller 机翼形叶轮,Most efficient of all centrifugal fan designs 9-16 blades Self-limiting on power at high flow double thickness blades expensive to construct Needs clean air 所有离心风机的设计效率非常高 9-16 叶片 在高流量是自限制功率 双厚度的叶片，建造成本更高。 需要清洁的空气,二、常用名词,大气参数 流量 压力 推力 功率 效率 转速 无因次参数 压缩性系数 马赫数 雷诺数 运动黏度 动力粘度,大气参数,
9、气体特指湿空气，即干空气和水蒸汽的混合物,标准大气状态,流量,单位时间内流过通风机入口的气体体积 若忽略压缩性,通风机内任一处或管道截面流量是相同的 体积流量 Qs Qm Qh质量流量Ms Mm Mh,压力,静压(Ps)气体对平行于气流的物体表面作用的压力动压(Pd)全压(Pt)t=Ps+Pd,通风机压力,风机全压风机对给定气体的全压增加量，即风机的出口与进口之间的全压差静压风机的全压减去风机出口处动压,推力,仅对射流风机而言 推力,转速,叶轮每分钟的旋转速度，一般指角速度 单位：r/min,通风机的比转速,比转速,马达电源类型,交流三相 380V/50HZ 480V/60HZ 单相 220V
10、/50HZ /V/50HZ 110V/60HZ 直流12V 24V 36V,电动机能量输入输出示意图,X电机效率,传动效率,空气功率,(马达特性曲线),（电动机铭牌功率）,流动效率,功率,有效功率(空气功率)e 内功率Pin 轴功率Psh Pin（风机内部流动损失功率） Pme（轴承和传动装置的机械损失）Pin=Pe+ Pin Psh=Pin+ Pmesh=Pe+ Pin+ Pme,马达参数重要性,马达生产厂样本效率与事实不符.数据偏高 近几年马达的加工质量普遍比较差. 对轴功率计算不力,风机效率计算不准,偏低 一般特性曲线计算时,效率取常数,不科学. 无法全面判定叶型和结构的优劣.不力于开发
11、评估建议:至少新品研发过程中配套的马达必须先获得特性曲 线数据.(扭距仪可考虑采用),变频器选型,变频器的输出功率对应马达的轴功率 马达极对数小,可以按功率选择 马达极对数大,应按电流选择 四六极马达按功率可以小一档执行,效率,全压内效率 静压内效率全压效率 静压效率,雷诺数,判断流动状态的一个无因次数(Re),马赫数,气流速度与声速的比值(M),风机系数,Fan Flow, Pressure Power and Efficiency 风机流量，压力 功率和效率,风机功率与效率表达式,Qs 流量 (M3/S)； P 压力(Pa)； N 功率 (Kw),Kp = 1(P 3000Pa),Calc
12、ulating Kp(GB) 计算 Kp,为绝热系数 .,Calculating Kp(AMCA) 计算 Kp,H功率,声压级,声压和声压级声波由于在大气传播,使大气压力发生改变,其改变值大小称声压,单位Pa.,声功率,声功率:声源在单位时间内所辐射的声波总能量.单位W,声功率级计算方法,计权网络,声音按照不同的方式,进行滤波处理.一般设置A、B 、C 、D四档计权网络.简称A、B 、 C 、 D档声压级.通常我们采用的是 ，做频谱分析时也会遇到.,A计权衰减值,63 125 250 500 1000 2000 4000 8000,-26.3 -16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0
13、 -1.1,倍频程与噪声频谱特性,倍频程(中心频率)63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 1/3倍频程50 63 80 100 125 160 200 250 .倍频程基础上再细分三段.为低频 为高频 为中频,频谱图,轴流式,离心式,二个特征频率,旋转噪声涡流噪声,n为转速,Z为叶片数,i谐波序号,斯特劳哈尔数Sr=0.14-0.2,可取0.185 W为气流平均相对速度，为叶片在垂直弦长投影长度,i谐波序号,i=1为基频,噪声常用计算公式,响度级,响度:人对声音强弱的主观量,把声压级和频率有 机统一起来. 响度级:采用1000Hz下纯音的声压级作为该频率下的响度
14、级.单位为方(pohn) A声级:人耳对40方纯音的响度级 B声级: 对70方纯音的响度级 C声级: 对100方纯音的响度级 D声级: 对飞机的感觉噪声级,等响度曲线,噪声评价,噪声评价数N评定听觉、交换、烦恼的噪声允许标准,a、b数据,中心频率（z） a(dB) b(dB)63 35.5 0.790125 22.0 0.870250 12.0 0.930500 4.8 0.9741000 0 1.0002000 -3.5 1.0154000 -6.1 1.0258000 -8.0 1.030,三、测试装置的原理,根本上讲测试装置是一个特殊的系统 无非系统在结构上具有一些特殊性，符合标准. 风
15、机特性曲线通过调整系统管网阻力获得 风机的最大流量和喘振点采用调节手段获得 装置测量时需最大程度符合风机实际运行情况,Bernouli Theorem 贝努利定理,连续流公式,Venturi Flow Meter 文丘里流量计,Upstream plane 1 Low velocity High pressure,Choke plane 2 Higher velocity Lower pressure,上游平面 1 低流速 高压力,节流平面 2 更高流速 更低压力,Downstream plane 3 Low velocity High pressure,下游平面 3 低流速 高压力,风机测试
16、原理图解,Static Pressure 压力,Flow 流量,为变量，三种方法控制流量 风阀开度 辅助风机变频 堵片数量,K值测定原理图解,Static Pressure 压力,Flow 流量,三种方法控制特性曲线 可变叶片角度 测试风机变频(多速)3. 前导叶角度,装置(系统)阻力测定,根据前图，可方便求得此方法类推到实际风机运行过程中，对客户正确合理使用提供了基础数据,值正确测定和应用是本中心获国家科技进步二等奖的核心技术子项,Simplified Affinity Laws 简化的相似性定律,Simplified Affinity Laws for Fan Speed Change E
17、xample 简化的相似性定律用于风机速度改变的实例,Affinity Law Speed Change 相似性定律风机速度的改变,Fan Curve at High Speed 高速时的风机性能曲线,Pressure 压力,Fan Curve at Lower Speed 低速时风机性能曲线,Speed Change Example 风机速度改变实例,Original operation at 1200 rpm: Flow 23.595 m3/s Pressure 3000 Pa Power 128,700 W 原来运行在1200 转/分钟: 流量 23.595 m3/s 压力 3000 P
18、a 功率 128,700 W,Change (slow) same fan to 840 rpm: 改变成(慢速）相同的风机为840转/分钟:,Fan Efficiency 风机效率,Fan Curve 风机性能曲线,Iso-efficiency lines 等效曲线,75%,70%,65%,60%,Pressure 压力,Flow 流量,风 机 性 能,Operating Points 风机的运行工作点,Fan Curve (slower)风机性能曲线 (更缓慢),Fan Curve 风机性能曲线,System Curve 系统性能曲线,1,1,Pressure 压力,Flow 流量,Eff
19、ects of Air Density 空气密度效应,Fan curve 0.61 kg/m3 风机性能曲线 0.61 kg/m3,System Curve 0.61 kg/m3 系统性能曲线 0.61 kg/m3,Fan curve 1.22 kg/m3,风机性能曲线 1.22 kg/m3,Pressure 压力,Flow 流量,Effects of Density Change 密度变化的效应,Simplified Fan Laws for Density Changes 简化的风机定律用于密度的变化,Friction System Curve 摩擦系统性能曲线,Fan Curve 风机性
20、能曲线,Pressure 压力,Flow 流量,System Curve with control damper partly closed 系统 性能曲线 ，控制调节风门部分关闭,风门打开,工况点的确定和调节,Q,P,四、通风机试验,气动性能试验模型和产品GB1236-2000 强度试验 JB/T 6445-1992 运转试验GB/T 13275-1991JB/T 8689-1998 噪声测定GB/T 2888JB/T 8690,实验室测量,参照软件程序讲解装置类型测点分布注意事项测量技巧,常用类型,风管型进气风管出气风管进出气风管 风室型进气气室出气气室,装置外形,进出口管道,出气管道,出
21、气风室,贵司主要类型,进气风管,进气风室,测试对象,马达效率 传动效率(资料获取) 环境大气参数 马达参数 背景噪声 运转噪声 转速 振动 集流器静压 风室静压 进口管道静压 风室气体温度,注意事项,结合软件进行讲解,流量常用测法,进口集流器孔板喷嘴,压力测量和毕托管使用,静压,全压静压,传统的测压仪表,风机测试常用仪表,微差压,电功率,叶轮风速,热球式风速,噪声分析仪,1/1频谱分析仪,频闪仪,激光转速仪,温湿度,1/3频谱分析仪,测振仪,声级计,常用传感器,见文件夹,仪表精度要求,风机系统设计不佳的原因是：,进风口气流不均匀 出风口连接不妥 风机进口处产生涡流,附加阻力的增大 影响风机叶轮
22、的作功能力,导致：,P,Q,SEF,五、系统效应,风机名义参数,理想状态下，测得的性能参数即风机的最优状态 在实际运转过程中，多少有些损失（进出口）需对此进行修正如何修正？ 此点非常重要，对客户合理选型提供依据尤其是在技术合同中,必须引起高度注意.因子合理应用是本中心获国家科技进步二等奖的核心技术子项,气流损失,沿程阻力损失直管段损失局部损失弯管损失突扩损失渐缩和扩损失,Types of Systems Effects 系统效应的类型,Fan Inlet Fan Outlet In the ductwork At Silencers At Filters and Coils At System
23、 Air Inlets 风机进口 风机出口 管道系统当中 在消声器上 在过滤器盘管上 在系统空气的进口,Better 较好,Best 最好,Poor 最差,System Air Inlets 系统空气进口,下游平面 3 低流速 高压力,Outlet Area Velocity Profiles 风机出口区域流速分布图,Blast Area Cut off,25%,50%,75%,100% Effective Duct Length,Outlet Area,Discharge Duct,Centrifugal Fan,Axial Fan,Watch out for fans with the o
24、utlet area much larger than the blast area 观察风机的出口区域是否远远大于送风区域 Put nothing at the outlet except a diffuser or a run of straight duct 除了扩散体和直管段，不允许在风机的出口处放置任何东西,Outlet Elbows - Centrifugal Fans 出口弯管-离心风机,Trumpeting Elephants Not Allowed in the Plant! 在该类设备当中不允许在出口采取象鼻喇叭形弯管,Use the Proper Fan Configur
25、ation From the Start 从开始就采用合适的风机配置,Some of the many configurations available 许多风机配置方式当中的一些情况,Fan Accessories 风机附件,Avoid Outlet Dampers Inlet Dampers Apply carefully VIV Inlet boxes Use if possible Diffuser 防止采用 出口调节风门 进口调节风门 小心使用 VIV 进口气室 如果可能，尽量使用 扩散体,Inlet System Effect 进口系统效应,The velocity distrib
26、ution on the inlet is also important 风机进口的流速分布图也是非常重要的,Factory Designed Inlet Box 工厂设计进口气室,Inlet with 3-pieceelbow 带有3弯管风机进口,Poor,Not As Bad,Very Poor,差,可以,非常差,Inlet Tapped Into Square bottom duct 进口 Tapped Into Square bottom 管道,Pre-Swirl 正向涡流,Counter Swirl 反向涡流,Inlet Swirl 进口涡流,Bad,Worse,差,更差,Reduc
27、ing Swirl 降低涡流,Turning vanes in the elbow can help reduce swirl, but . . . Apply Turning Vanes Carefully! Vanes can also preserve a poor velocity profile! 旋转位于弯管处的叶片可以帮助降低涡流, 但是 . . . 必须小心旋转叶片! 叶片还会造成不良的流速分布!,Losses at Mitered Elbows 斜接弯管处发生的能耗,Square elbows should be avoided, especially in high vel
28、ocity systems, due to the large losses 应当防止方形弯管, 尤其在高流速的系统当中, 因为会产生大的损耗,常见系统问题,引 起 原 因,系 统 设 计：可用系统效应因子值SEF来判断部 件 选 择：选型规格偏大或调节技术落后安 装 质 量: 包括对管网作现场修改，造成较大的SEF值维 护 保 养：轴承润滑油脂缺少，清洗不及时，导致叶 片、管道表面、过滤器、散热器积聚污染物,常见系统问题,引 起 原 因,富裕量偏大，导致：一次性投资增大 运行成本增加 噪声增大 可靠性降低 管道振动 偏离最高效率点运行,高 运 行 费 用,风机常处于最大的，预期的负荷运行，但
29、在低负荷期间不能重新调节，建议：测量输送要求的变化量，使在确保功能的前提下，不过份超过这些要求,堵 塞,污染物积聚在系统某一部位，干扰气流分布，产生较大压力降；翅片热交换器和过滤器，导致系统气量不足；堵塞又会干扰入口导叶的操作或变节距叶片叶角的调节；影响预期节能效果和性能；建议用调速驱动,气 流 噪 声 高,风机选择不妥或风机在比必要转速偏高的转速下运行,出 力 不 够,由于未精确计算系统效应影响，导致：,风机在低效运行 系统部件高于预期压力降,通过任何一个特定部件的压力降公式是：,由于气流产生漩涡和涡流，造成不稳定的气流场，会使系统部件实际产生的损失高于对应损失系数计算的损失.,不 稳 定
30、运 行,原因：,在低流量工况下运行并联运行风机相互影响，交替地移动负荷,措施：防失速（喘振）装置,“风机系统优化”项目调研提纲,工艺负荷信息：工艺稳定 ，负荷变化 ，启动负荷 ,常用负荷 , 偶尔负荷 ； 工艺升级计划：计划改造或升级的系统或工艺； 驱动类型：直联 ，皮带变速 ，可变速驱动 ； 排气调节阀门开启度及调节方式（自控、手动、常用工况开启度）； 进气调节阀门开启度及调节方式（自控、手动、常用工况开启度）； 可调进口叶片开启度及调节方式（自控、手动、常用工况开启度）； 影响生产或维护保养的问题： 系统运行的稳定性、可靠性、动平衡、风机容量与系统适应状况、噪声、有无定期性故障; 叶轮类型
31、（径向，前弯，后弯，机翼型）； 耗能状况 装机容量Kw，年运行时间h，风机系统年耗电量Kwh；占全厂能耗的百分比%,参照标准：,GB1236-2000通风机空气动力性能试验标准GB10178-88 通风机现场试验标准AMCA 203 美国通风与空调协会标准,风机的现场性能测试,测试要点,静压测量端面开孔(2mm),焊接测压管.测量尺寸截面积垂直气流方向 动压测量端面测总压,注意测点分布,控制好角度 流量计算公式 压力计算公式,工 况 调 节,改变转速改变进口导叶调节出口风门改变轴流风机叶角,调节方法：,进口不带接管和出口带接管的风机测试,带有进口消声器的离心风机,带进口消声器的轴流式风机,并联
32、离心式风机,通风系统中的公用设施风机,干燥系统中的轴流式风机,吸尘系统中的离心风机,矩形风道：按风道截面积的大小选定测点数,矩形风道的分块和测点数,表 1,测试点的确定,圆形管道：在同一断面设置两个彼此垂直的测孔，并将管道断面分成一定数量的等面积同心环，同心环的环数按表2确定,圆形风管的分环数,以下划分为三个同心环的风管的测点布置图，其他同心环的测点可参照图2布置,图1 矩形风管测点布置图 图2 风管测点布置图,对于圆形烟道其分环数按表3确定,表 3,圆形烟管的风环数,同心环上各测点距中心的距离按下式计算,式中：,为了简化计算，表4列出了用管径分数表示的各测点至管道内壁的距离。,圆风管测点与管
33、壁距离系数（以管径为基数）,Adjustable Speed Drive 可调节速度驱动装置,Fan Curve (slower) 风机性能曲线 (缓慢),Fan Curve 风机性能曲线,System Curve 系统性能曲线,1,1,Pressure 压力,Flow 流量,Variable Inlet Vanes (VIV) 可变进口叶片 (VIV),System Curve 系统性能曲线,1,1,Fan Curve VIV 100% open 风机性能曲线 VIV 100%开度,Fan Curve VIV 25% open 风机性能曲线 VIV 25%开度,Pressure 压力,Flow 流量,Variable Inlet Vanes 可变进口叶片,% peak power 最大功率%,1,75% open,1,50% open,25% open,% Wide Open Volume 宽开度容量%,75% 开度,50% 开度,25% 开度,六、测量误差分析,略,谢 谢！,时间仓促,准备不周,望各位同仁指正,理念,我们倡导在提供高品质产品和服务的基础上创造财富,信念,我们坚信： 交大科技不仅会为我们的顾客，而且会为我们所有的合作伙伴提供最好的服务，并保持良好的双赢合作关系。,
