大型风机流量和压力测量方法的研究与应用

第页共4页1大型风机流量和压力测量方法的研究与应用ResearchandApplicationonMeasurementforFlowAndPressureofLargeFan唐俊锐殷忠民朱建国/上海理工大学编者按:流体力学证实，流线型入口的圆筒内某截面上的静压是相等的。摘要：针对大型风机（叶轮直径＞5m）不适合采用标准测量装置测量其流量与压力这一现状，提出了分体式组合动压管测量法，阐述说明了测量的原理及结构。并通过试验对这一测量方法进行了可行性验证。关键词：大型风机流量压力测量中图分类号：TH321.1文献标识码:B文章编号:1006-8155(2005)02-0008-04Abstract：Aimedatthestatusquo,standardmeasuringunitbeingunsuitableformeasureflowrateandpressureoflargefan(diameterofimpeller5m).Fission-combinationdynamicpressurepipemeasurementisputforward.Principleandstructureofthemeasurementsetforth..Feasibilityofthemeasurementisvalidatedthroughthetest.Keywords：FanFlowratePressureMeasurement1引言国家标准GB/T1236-2000《工业通风机用标准风道进行性能试验》在风机性能测试方面给出了非常详尽的测试方法，然而对于大型风机（叶轮直径＞5m），若完全依照该标准搭建测试台测试其性能，在装置费用、人力耗费、测试台占地面积等方面花费巨大,几乎难以承受,因此研究更适用的测试方法就尤其必要。在测试大型风机性能时，测量参数：大气压力、大气温度、湿度、风机转速、功率和噪声等都可用常规方法进行测量，但受风机外形尺寸的影响，流量与压力的测量相对较困难。目前测量大型风机流量通常都采用皮托静压管横动法。由于受流道中流场不均匀性的影响，在同一测量截面需对多个点进行测量，测试时间长、劳动强度大，测点的准确定位也难以控制。在长时间测量过程中由于外界气候环境的影响，流场易发生波动，从而影响测试精度；再加上风机尺寸很大，气流流道的长度相对于风机叶轮直径短，因此流场的均匀性在装置结构上就难以得到保证，这会造成较大测量误差。针对这一现状，提出采用分体式组合动压管法对大型风机的流量和压力进行测量。2试验装置与测量原理及方法2.1试验装置根据GB/T1236-2000，对于标准化风道试验只能用在圆形管道中皮托静压管横动的测量方法。为了验证分体式组合动压管法的可行性，搭建了一个模型试验装置，其结构见图1。在相同条件下，采用两种不同的测量方法对同一台风机的流量与压力进行测量：一种方法是公认的皮托静压管横动法；另一种方法是分体式组合动压管法。整套试验装1235476图一模拟试验装置示意图1.进口喇叭口2.皮托管测孔3.调节风阀4.风机5.整流网6.测量管段7.方圆接管7第页共4页2置模拟大型风机测试现场，主要的测量仪器有：倾斜式微压计、皮托管（已校验）、数字温度计、动槽水银气压计、分体式组合式动压管及直尺等。其中试验的风管直径DN=400mm。2.2测量原理和方法采用皮托静压管横动法进行流量和压力的测量。测点布置见图2。依照GB/T1236-2000在风管图2测点布置图同一测量截面的3个直径方向按线性法选用24个测点，由倾斜微压计测出截面上各测点的压差△p和静压ps，计算出测量截面的平均压差△p和静压ps，获得风机的流量与压力。采用分体式组合动压管法进行流量和压力的测量。设计的分体式组合动压管由总压管、静压管及相应的引管组成，其结构见图3。总压管与静压管均采用4根不锈钢管焊接成十字形状。为了一次获得测量截面平均压差与静压，管子中心连接处导通，除留一个管口作为测量接口外，其余3个管口都密封。根据等环面积法在每根总压管和静压管上布置5个测点，在每个测点处分别焊接总压引管和静压引管，引管长度参考皮托管鼻管长度。然后将总压管与静压管交错45度安装在原皮托管测孔截面处，总压引管的开口迎着气流测量总压，静压引管开口垂直于气流测量静压。测试中通过倾斜微压计测量截面的平均压差与静压值，通过平均值计算风机的流量和压力。皮托静压管横动法计算公式如下：式中A——测量截面面积，m2ρ——测量截面气流密度，kg/m3psj——各测点静压值，PaN——测量截面测点数△pj——测量截面测点测得压差，Pa分体式组合动压管法计算公式与上述计算公式不同之处在于多点测量，自动取加权平均值，一次测得测量截面的平均压差△p和静压，然后计算流量与压力。0.979D0.883DD=4000.655D0.345D0.184D0.117D0.021D0.816DA环B环C环abfedcD环图二测点布置图A-AAAII放大微压计接口微压计接口II放大IIB-BBB图三分体式组合动压管结构简图静压管结构图总压管结构图(pa))/np(p(pa)/n)p((m/s)2/h)(mQ:n1jjn1jjss3平均压差：风机静压：平均速度：量流PpA第页共4页33试验结果与分析3.1皮托静压管横动法试验数据见表1。表1a点压力/PaB点压力/Pac点压力/Pad点压力/Pae点压力/Paf点压力/Pa环号压差静压压差静压压差静压压差静压压差静压压差静压A环31.5671.5431.5670.5632.3470.9532.3471.5431.3670.5634.370.95B环32.3471.5434.6971.1534.370.9532.9371.5437.2470.7631.9571.54C环35.2872.1335.0871.7432.3471.5436.2671.5438.2270.7635.4871.54D环38.2271.7431.3672.1334.372.1337.2470.9534.372.1334.371.543.2皮托静压管横动法计算结果见表2。表2a点速度b点速度c点速度d点速度e点速度f点速度平均速度环号(m/s)(m/s)(m/s)(m/s)(m/s)(m/s)(m/s)A环7.057.057.147.147.037.357.13B环7.147.47.357.217.667.17.31C环7.467.447.147.567.767.487.47D环7.767.037.357.667.357.357.42平均压差34.13(Pa)平均速度7.33(m/s)平均静压71.39(Pa)计算流量3315.8(m3/h)3.3两种测量方法数据比较见表3。表3两种测试方法数据比较，其偏差不超过2%，在工程允许范围。因此采用分体式组合动压管法测量风机流量和压力是可行的。4应用实例根据市场需求，江苏申海集团开发研制了一种特大型冷却风机，其主要设计性能参数见表4。表4风机的直径/m设计流量/（m3/h）设计全压/Pa设计转速/（r/min）配用功率/kW9.76560887090测量装置见图4。采用分体式组合动压管法对其流量和压力进行测量。项目平均压差△p/Pa平均静压psFt/Pa计算流量/(m3/h)“皮托静压管法”数据34.1371.393315.8“分体式组合动压管法”数据34.372.523372.72偏差＋1.08％＋1.58％＋1.72％第页共4页4风机出口侧通大气，为了准确测量流量和压力，测量截面选在风机进口。风机的流量通过在风机进口处的平均动压算出，风机的静压通过测量该截面的平均静压和平均动压获得，利用平均静压与流量计算出风机的全压。根据流体力学原理，进入测量平面的气流必须平直而无旋。为了保证测量值准确，可采用如下措施：在风机进口处，外径9.86m与内径0.86m的环形空间内布置200mm×200mm的方形整流栅，用来消除漩涡；同时为了进一步减小漩涡影响，均化环形空间的流速，在流量与压力的测量截面前布置了整流网。保证测量截面的气流无旋和流速均匀。在测压管的布置方面，由于圆周与径向存在气流速度不等的现象，为了减小平均总压与平均静压的测量误差，在测量截面上各布置了6根总压管和静压管，布置如图5所示。每根总压管和静压管的测孔按10等分的等环面积法布点，总压管与静压管沿圆周交错排列。在整个测量截面分别布置总压和静压测孔各60个，然后将所有总压管与静压管分别汇集在一处，联接压力传感器。根据测量结果计算风机的流量和压力。为了获得风机的性能曲线，在测量装置进气侧装有可调百叶窗调节工况点，测试性能结果见图6。图6风机性能曲线图5结束语在测量大型风机性能时，由于采用分体式组合动压管法，测量时间短，测试数据稳定。试验装置成本低，操作简便。配备相应的传感器，可以实现自动化测量。叶轮整流网静压测压管L1地面可调百叶窗整流栅玻璃钢支撑体L2支撑架电机齿轮箱加强管总压测压管9.86m近2m图四测量装置示意简图静压测压管总压测压管A4B4A5B5A6B6A1B1A2B2A3B3注：A1-A6是总压测管，B1-B6是静压测管.整流栅图五总压管与静压管布置图流量-效率.流量-功率流量-压力.流量-噪声曲线5060708090100110120130140430455480505530555580流量Qv（m3/s）全压PF(Pa)内功率Pin(kw)噪声LACdB(A)0102030405060708090100效率ηin(%)全压(Pa)内功率(kw)噪声(dBA)全压效率(%)静压效率(%)`