空调风机基本和基础知识

3m/s36003m/h空调风机基本和基础知识通风机的作用原理与分类通风机的作用是实现气体介质的输送。气体输送可以有多种形式，我们常见的是透平式气体输送机械，所谓“透平”是外来语，即Turbine的读音。共同特点是通过旋转叶片把机械能变成气体能量，因此也称叶片机械。其他有用曲柄机构使活塞在气缸内往返运动使压力升高的容积式机械等。目前我们接触的都是透平式通风机。通风机按气体流动方向分：A离心通风机B轴流通风机C混流通风机D横流通风机等其中最常用的是离心，轴流二种。离心通风机是目前最常用和用量最大的一种形式。从气流在叶轮流向角度看，气体径向气口水平轴向吸入，然后由于叶轮旋转的离心作用，气体在叶轮进口腔内约折转90º流经叶片间构成的流道，当气体通过叶轮的叶道间，由于叶片的作用，气体获得能量，在离心力的作用下，气体从叶片出口甩出，而蜗壳则把从叶轮中甩出的气体集中、导流，扩压后排出，当足以客服其阻力时，则可将气体输送到高处或远处。轴流通风机是指气体沿轴向流动的通风机，其气流不改变流动方向。这种风机通常在散热和管道增压上，它的压力不高，效力也不能与离心通风机相比。今天我们着重介绍离心通风机。离心通风机按其升压大小可分为：A、高压离心通风机，升压为2940～14700Pa(300～500mmH2O)B、中压离心通风机，升压为980～2940Pa(100～300mmH2O)C、低压离心通风机，升压为980Pa以下(100mmH2O以下)通风机按用途分类：a、锅炉通风机b、一般通风换气用通风机c、工业炉用通风机d、矿井通风机e、特殊用途通风机f、防爆通风机g、耐腐蚀通风机……等。离心通风机的主要性能参数和计量单位及换算A、风量（Q）计算单位常用容积表示，m3/h(每小时流量)，也可表示为m3/min(每分钟流量)，或m3/s(每秒钟流量)，换算方法很简单：3m/mm603m/sB、风速（U）计算单位是“m/s”，意为每秒钟的风速，气象上用“km/h”表示，意为每小时的风速是多少公里。C、动压（Pd）计算单位是“Pa”，有时也有用“mmH2O”表示，即为毫米水柱，它和Pa的单位换算为：9.807Pa=1mmH2O，如果不需要很精确，可以近似用10Pa＝1mmH2O来快速推算。风量（Q）、风速（U）和动压（Pd）这三者，简单地说讲的是体现了空气的体积大小、空气流动的速度和形成动能的情况。说的都是空气，或者空气以外的其他气体，所以这三者既独立又互有联系。通过公式，这三者可以互算。只要知道其中一个数据就可以算出另外两个。下面就说一下换算公式和方法。这时必须具备一个条件，就是气体流经的横截面面积，单位是㎡，用“A”来表示。已知风量求风速：已知风速求动压：已知动压求风速：已知风速求风量：Q=A*u,m3/s已知风量求动压：已知动压求风量：D、静压（Pst）计量单位也是“Pa”，也可以用“mmH2O”做计量单位。E、全压（P）计量单位和动压、静压相同。全压是动压加静压之和。F、通风机有效功率（Ne）气体实际吸收的功率m/sQ--m/sA--m32u=QA,Pd=u×u--m/s2,2Pa,m/s2*Pdu=3Q--m/min,Pa2(QA)7200Pd=m/min3,APd/Q=72003Q--m/skWP--Pa,PQ1000Ne=G、通风机内功率（Ni）消耗在气体上的功率，包括风机在气动形成中的一系列损失，但不包括机械传动损失。Nr—圆盘摩擦损失总和，kWH、通风机轴功率（Ns）通风机的输入功率为轴功率，它等于内功率加机械损失之和。Ns＝Ni＋Nm，kWNi--内功率Nm--机械损失功率I、通风机内效率（ηi）通风机的有效功率和内功率之比。ηi＝Ne/Ni，kWNe—有效功率Ni--内功率J、通风机全压效率（η）通风机有效功率和轴功率之比η＝Ne/Ns，kW也可写成：η＝K、通风机所需功率（N）电机储备容量k见下表单位：kW一般规定我公司建议电动机功率（Kw）功率储备系数k电动机功率（kW）功率储备系数k0.51.52.21.250.5~1.01.4111.151.0~2.01.3111.12.0~5.01.25.01.15算出通风机所需功率后还要根据我国电机功率规格进行靠裆。我国电机标准规格见下表。单位：Kw0.180.250.370.550.751.11.52.23.04.05.57.5111518.522303745557590110132160200250,kWNi=1000(P+Ph)(Q+Qe)+NrkW,Ni+NmNe-310kN=P*Qk--电机储备容量--全压效率例如：某风机Q＝10000m3/h，P＝1000Pa，η＝70％，求配用电机功率？靠裆配用5.5kW电机。从上面可以看出，内功率和轴功率是两种不同的功率，内功率和全压效率也是两种不同的效率，这经常会使人混淆。对A式传动直联风机而言，内功率就是轴功率，对皮带传动的风机来说，内功率就不等于轴功率，因为皮带传动是有机械损耗的，一般以5％估算。L、A计权声压级噪声，用“LA”表示，计量单位为dB(A)，是表示风机在某一工况点的噪声。A计权比声压级噪声，用“LSA”表示，计量单位为dB(A)，是表示单位风量压力下的噪声。这两种噪声指标，前一种没有可比性，后一种有可比性，所以现在都采用比A声级噪声来衡量风机噪声的优劣。这两种噪声指标是可以互相换算的：LSA＝LA－10lg(QP2)+19.8，dB(A)Q--m3/min，P＝Pa例如：已知某一风机某一工况Q＝15000m3/h，P＝1000Pa，LA＝82dB(A)，计算比A声级噪声。根据上面公式计算LSA＝82－10lg[250(1000)2]+19.8＝17.82dB(A)反之，已知比A声级亦可换算称声压A声级，换算公式是：LA＝LSA+10lg(QP2)－19.8，dB(A)还是上面的例子：17.82+10lg(QP2)－19.8＝82dB(A)空调风机的基本概念人工空气调节系统—中央空调，在我国起步较晚，由于社会经济发展原因，直至上世纪七十年代后期文化大革命结束，我国全面实行改革开放以后，中央空调这个名词才逐渐被人们所熟悉。就在中央空调起步初期，这时用在中央空调末端机组的风机也并非是特定意义下的空调风机，而只是一般用途的通风机，即现在所说的国标风机，诸如4-72、4-69等。随着社会的进步，人们生活水平的不断提高，特别是高科技产品的问世，对人工空气调节有了一个相对的较高要求，迫使通风机制造商提供一套适应中央空调末端机组适用的风机—即空调风机。其实空调风机的形成并非一朝一夕之事。而是长年累月水到渠成的结果，就是直到目前，也不能讲，已经拥有了从小到大完整的一套适应各种中央空调使用的空调风机。中1.15×1010000/3600×10000.7-34.56kW央空调末端机组的设计工程师们往往还在为找不到一台适用的风机而大伤脑经，最后不得不把选取标准降低。这其中固然有空调风机研究生产的滞后，也有市场的因素，在市场经济规律下，某些特殊要求的风机其市场需求量不大，企业也不会花大力气去研究开发。例如某些大风量低压头风机，等某些爆防腐类风机和某些净化空调用的高压低噪声风机等。空调风机在国家标准中没有具体定义，据我所知，目前在GB国标中仅出台了“GB10080-2001空调通风机的安全要求”机械工业部的行业标准中近年来倒相继出台了“JB/T9070-1999空调用风机平衡精度”和“JB/T9068-1999前向多翼式离心通风机”等。其实，空调风机是一般用途的通风机基础上的改进产品，主要改进内容：1、噪声的改善空调末端机组在运转中产生的噪声是由风机产生，由于中央空调对噪声要求高，这就势必促使产生噪声的风机要降低噪声，为此在这方面国内外同行数十年来进行了大量不懈的研究和改进，改进的手段主要有：A、降低风机转速；B、加大风机进口截面；C、加大出口截面降低出口风速；D、改进叶片和蜗壳的几何形状以减少涡流；E、用质量好的配套件，如用低噪声电机做原动力、用低噪声轴承、带齿防滑传动带......等。实际上目前空调风机的噪声与国际风机相比已有很大降低，例如，“B/T8690-1998工业通风机噪声限值”规定了：前向叶片风机比A声级LSA≤24后向叶片风机比A声级LSA≤27而现在的水平是：前向叶片风机最高效率时比A声级≤16后向叶片风机最高效率时比A声级≤17（均指皮带传动风机）从数字上可以看出，现在的空调风机噪声足足比机械部标准低了8～10个分贝。2、结构上的改进风机在人们的印象中历来是笨、重、粗的感觉，而现在的空调风机改进了用材，把不必要的笨、重、粗减下来，例如以前用3～5mm钢板做风机的蜗壳，现在都改成不超过2mm的镀锌钢板制作（10＃风机以下）为加强风机蜗壳强度，往往在蜗壳外面加框架保护。这就大大减轻了整机重量，同时也使风机外表美观。3、设计技术上突破目前的空调风机在设计技术上是超过原有国标风机的。例如前向多翼式离心通风机，其进口截面很大，大到使部分叶片都露在外面，就在以前风机设计理论上是不敢想象的；又如叶轮和进风口的距离理论上是越小越好，但现在的空调风机却把这个距离有意识加大。这是为什么呢？经研究表明，这可以改善噪声，尽管损失一些压力，能得到噪声大幅度改善，还是合算的。特别是这种技术上的大胆突破，正好适应中央空调末端机组的要求。从这里可以看出从事这方面的工程技术人员的用心良苦。空调风机的主要形式1、直联式（外转子离心风机），和皮带传动离心风机各自优缺点。A、外转子离心风机由于结构紧凑，体积小巧而大量在空调末端机组中使用，它直联传动没有传动损失，相对来说运行成本也低。但是很多这类风机过分压缩风机体积，违反风机设计的基本理论，造成风机出口风速增高，噪声增大。B、皮带传动离心风机。这类风机出口风速低，噪声好，效率也高，改变带轮直径可以改变风机主轴转速，从而可以改变风机工况，适应任何空调末端机组使用。这类风机体积较大，一般不适合吊顶空调。2、离心式空调风机的整体质量，另部件都用定型模具生产，叶轮更是严格进行平衡，叶轮的不平衡量，外转子离心风机在2克以下，皮带传动离心风机在4克以下，振动精度，外转子离心风机保持在1.5mm以下，皮带传动离心风机保持在4mm/s以下，大大低于国家标准。离心通风机从叶片出口角为原则分为：（1）、前向叶片。叶片出口安装角β2A90ºβ290º（2）、径向叶片。叶片出口安装角β2A＝90ºβ2＝90º（3）、后向叶片。叶片出口安装角β2A90ºβ290º这三种叶片从效率观点看，后向叶片效率最高，一般能达到80％左右，甚至更高。前向叶片效率最低，一般在70％左右。径向叶片则居中。但事物总是一分为二的，有好的一面也有不利的一面，有不利的一面也会有好的一面，风机也不例外，前向叶片虽然效率较低，但它的压力系数是其他风机无法比拟的。多翼式前向叶片风机，压力系数可达到1.1～1.5，而后向叶片压力系数就很低，一般后向叶片风机，其压力系数只有0.4，和前向叶片相比，二者相差很大。因此，如果风量、压力、转速不变的条件下，前向叶片的叶轮最小，也就是说选用的机号最小；后向叶片叶轮最大，选用的机号就大。从节约成本的角度，选前向叶片风机成本最低，而后向叶片风机成本最高，这仅仅从风机成本看。由于后向叶片风机效率比前向叶片风机效率高，所以后向叶片风机的运行成本比前向叶片风机运行成本就低。气体在风机内的流动状态我国规定了通风机进口的标准状态：介质为空气，大气压力为101325Pa（760mmHg），绝对温度为293K（20ºC），相对湿度50％的湿空气，其介质密度1.2Kg/m3。气体的流动分两种状态，一种是有秩序的分层流动叫层流。另一种是杂乱无章的流动叫紊流。气体流动状态的转变不仅与流速有关，还受管径大小、流体的粘度等因素影响。在通风机中，由于气体流速大，多数就是紊流状态。离心通风机静止部件与旋转部件之间必然存在间隙，这些间隙的存在就造成了通风机有泄漏损失，使通风机的效率下降。以进风口与叶轮的间隙为例。现在进风口与叶轮的配合基本有