1、1,第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)離心風(fēng)機,西安建筑科技大學(xué) 粉體工程研究所,2,1.9 離心風(fēng)機,把一定流量的流體沿管路系統(tǒng)從一處送到另一處，常采用流體輸送機械來實現(xiàn)。,輸送機械向流體傳遞的能量，用來克服管路系統(tǒng)的能量損失，提高流體位能，滿足工藝對壓力的要求。,3,1.9 離心風(fēng)機,風(fēng)機已有悠久的歷史。中國在公元前許多年就已制造出簡單的木制礱谷風(fēng)車，它的作用原理與現(xiàn)代離心風(fēng)機基本相同。,1862年，英國的圭貝爾發(fā)明離心風(fēng)機，其葉輪、機殼為同心圓型，機殼用磚制，木制葉輪采用后向直葉片，效率僅為40左右，主要用于礦山通風(fēng)。,4,1.9.1 離心風(fēng)機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,基本結(jié)構(gòu)：離心式風(fēng)機的基本部件是由葉

2、輪和固定的機殼組成。,離心式風(fēng)機主要結(jié)構(gòu)分解示意圖,1-吸入口； 2-葉輪前盤； 3-葉片； 4-后盤； 5-機殼； 6-出口； 7-截流板(風(fēng)舌)；8-支架,5,1.9.1 離心風(fēng)機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,1-吸入口； 2-葉輪前盤； 3-葉片； 4-后盤； 5-機殼； 6-出口； 7-截流板(風(fēng)舌)；8-支架,工作原理：葉輪隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，葉片間的氣體也隨葉輪旋轉(zhuǎn)而獲得慣性離心力，并使氣體從葉片間的出口甩出。被甩出的氣體擠入機殼，于是機殼內(nèi)的氣體壓強增高，最后被導(dǎo)向出口排出。氣體被甩出后，葉輪中心部分的壓強降低。外界氣體就能從風(fēng)機的吸入口通過葉輪前盤中央的孔口吸入，源源不斷地輸送氣體。,6,1

3、.9.2 離心風(fēng)機的性能參數(shù)與性能曲線,性能曲線來表示。,主要性能參數(shù)：流量、壓頭、效率、軸功率等，它們之間的關(guān)系用,選擇標準：安全高效運行,(1)流量Q：單位時間內(nèi)風(fēng)機所輸送的流體量，常用體積流量表示， 單位m3/s或m3/ h ，與風(fēng)機的結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。,(2)壓頭p：風(fēng)機對單位體積流量所提供的有效能量，單位為pa。,(3)效率：風(fēng)機在實際運轉(zhuǎn)中，由于存在各種能量損失，致使其實際(有效)壓頭和流量均低于理論值，而輸入的功率比理論值為高。反映能量損失大小的參數(shù)稱為效率。效率與風(fēng)機的類型、尺寸、加工精度、氣體流量和性質(zhì)等因素有關(guān)。通常，小風(fēng)機效率為5070，而大型風(fēng)機可達90%。,7,(

4、4) 軸功率N與有效功率Ne：由電動機輸入風(fēng)機軸的功率。單位為W或kW。離心風(fēng)機的有效功率是指氣體在單位時間內(nèi)從葉輪獲得的能量，則有,(5)轉(zhuǎn)速n:風(fēng)機與風(fēng)機葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)即“r/min”。,離心風(fēng)機的性能參數(shù),離心風(fēng)機的壓頭p、軸功率N及效率均隨流量而變，它們之間的關(guān)系可用離心風(fēng)機工作性能曲線表示。,風(fēng)機的性能曲線,1.9.2 離心風(fēng)機的性能參數(shù)與性能曲線,8,離心風(fēng)機的工作性能曲線,離心風(fēng)機的壓頭p、軸功率N及效率均隨流量而變，它們之間的關(guān)系可用離心風(fēng)機工作性能曲線表示。,風(fēng)機的性能曲線,1.9.2 離心風(fēng)機的性能參數(shù)與性能曲線,風(fēng)機設(shè)計點，最佳工況參數(shù) Qs,Ps,Ns,離心風(fēng)機的軸功

5、率隨流量的增大而上升。在啟動離心風(fēng)機時，應(yīng)關(guān)閉風(fēng)機的出口閥門，以減少啟動電流，保護電機；,離心風(fēng)機銘牌性能參數(shù)最佳工況參數(shù)。,離心風(fēng)機應(yīng)盡可能在高效區(qū)（在最高效率的92范圍內(nèi)）工作。,注意：測定標準條件大氣壓強為101.325kpa、空氣溫度為20C。,9,1.9.3 離心式風(fēng)機性能參數(shù)的換算,當(dāng)氣體性質(zhì)（溫度、壓強）、風(fēng)機的結(jié)構(gòu)尺寸、風(fēng)機的轉(zhuǎn)速等參數(shù)任一個發(fā)生變化時，都會改變風(fēng)機的性能，此時需要對風(fēng)機的性能參數(shù)或性能曲線進行換算。,(1) 氣體密度的影響,當(dāng)輸送介質(zhì)的溫度和壓強改變時，風(fēng)機的性能參數(shù)也發(fā)生相應(yīng)的改變。,，且,B：當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?，單位為kPa；,t：被輸送氣體的溫度，。,(2)

6、離心風(fēng)機轉(zhuǎn)速n的影響,當(dāng)氣體的粘度不大，效率變化不明顯時，不同轉(zhuǎn)速下風(fēng)機的流量，壓頭和功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系可近似表達成如下各式，即,10,、 、 轉(zhuǎn)速為n2時風(fēng)機的體積流量、壓頭和軸功率。,離心風(fēng)機比例定律,(3) 離心風(fēng)機葉輪直徑的影響,當(dāng)離心風(fēng)機的轉(zhuǎn)速一定時，流量、壓頭與葉輪直徑有關(guān) ，它們之間的近似關(guān)系為：,離心風(fēng)機切割定律,適用條件：離心風(fēng)機的轉(zhuǎn)速變化不大于20。,、 、 葉輪直徑為 時風(fēng)機的性能；,、 、 葉輪直徑為 時風(fēng)機的性能。,適用條件：固定轉(zhuǎn)速下，葉輪直徑的車削不大于20D2。,11,1.9.4 離心式風(fēng)機的工作點及流量調(diào)節(jié),(1) 管路特性曲線,一般情況下，維持流體在管路中流動

7、消耗的能量，用于補償管路兩端的高壓容器與低壓容器的壓強差 和克服氣體在管路中的流動阻力及由管道排出時的動壓頭。,管路兩端的壓差， ；,管路中流體的體積流量， ；,阻抗，與管路系統(tǒng)的沿程阻力與局部阻力以及幾何形狀有關(guān)， 。,管路特性方程式,12,離心風(fēng)機的工作點,安裝于管路中的離心風(fēng)機必須同時滿足管路特性方程與風(fēng)機的特性方程，即,管路特性方程：,風(fēng)機的PQ線性能方程：,聯(lián)解上述兩方程即可得到兩條曲線的交點；如圖中所示的點M。,管路特性曲線與風(fēng)機的工作點,對所選定的風(fēng)機以一定轉(zhuǎn)速在此管路系統(tǒng)操作時，只能在此點工作。在此點， ， 。,13,離心風(fēng)機的流量調(diào)節(jié),(1) 改變管路特性曲線改變風(fēng)機出口閥開

8、度,改變閥門開度時工作點變化,開大閥門，使值變小，管路特性曲線變平坦，使流量增大，如圖中曲線2所示；反之，關(guān)小閥門，流量變小，如圖中曲線1所示。,優(yōu)點：采用閥門調(diào)節(jié)流量快速簡便，流量可連續(xù)變化，因而應(yīng)用廣泛。,缺點：閥門關(guān)小時，不僅增大了管路系統(tǒng)流動阻力，而且使風(fēng)機的效率下降，經(jīng)濟上不太合理。,1.9.4 離心式風(fēng)機的工作點及流量調(diào)節(jié),14,(2) 改變風(fēng)機的性能曲線,根據(jù)比例定律和切割定律，改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，車削葉輪直徑均可改變風(fēng)機的性能曲線，從而達到調(diào)節(jié)流量(同時改變壓頭)的目的。,改變風(fēng)機轉(zhuǎn)速時的工作點變化,說明：,優(yōu)點：在一定范圍內(nèi)能保持風(fēng)機在高效區(qū)工作，能量利用較合適；,缺點：改變風(fēng)機

9、的轉(zhuǎn)速需配置變速裝置或價格昂貴的變速電機，車削葉輪又不太方便，生產(chǎn)上很少采用。,已知：某管路系統(tǒng)風(fēng)量為500m3/h時，系統(tǒng)阻力為300Pa，預(yù)選一個風(fēng)機的性能曲線如圖所示。,風(fēng)機工況,求：（1）風(fēng)機實際工作點； （2）當(dāng)系統(tǒng)阻力增加50時的工作點。,15,解：（1）先繪出管路特性曲線。,可繪出管路特性曲線1-1。由曲線1-1與風(fēng)機性能曲線交點（工作點）得出：,（2）當(dāng)阻力增加50時，管路特性曲線將有所改變。,可繪出管路特性曲線2-2。由曲線2-2與風(fēng)機性能曲線交點（工作點）得出：,總結(jié)：當(dāng)壓力增加50時，風(fēng)量減少 ，即壓力急劇增加，風(fēng)機風(fēng)量相應(yīng)降低，但不與壓力增加成比例。計算結(jié)果與所要求的風(fēng)

10、量不等。調(diào)整：（1）減少管道的阻力損失；（2）更換風(fēng)機；（3）改變風(fēng)機轉(zhuǎn)數(shù)。,16,1.9.5 離心式風(fēng)機的并聯(lián)和串聯(lián)操作,當(dāng)單臺風(fēng)機不能滿足輸送任務(wù)要求時，可采用離心風(fēng)機的并聯(lián)或串聯(lián)操作。,1.9.5.1 離心風(fēng)機的并聯(lián),并聯(lián)風(fēng)機的性能曲線可以這樣得到：依據(jù)圖上單臺風(fēng)機特性曲線1上一系列坐標點，保持壓頭不變，而將流量加倍，連接一系列加倍橫標值的點便可得到兩臺風(fēng)機并聯(lián)操作的合成特性曲線2。 并聯(lián)風(fēng)機的工作點由并聯(lián)性能曲線與管路特性曲線的交點決定。由圖可見，由于流量加大使管路流動阻力加大。因此，并聯(lián)后的總流量必低于單臺風(fēng)機流量的兩倍，而并聯(lián)壓頭略高于單臺風(fēng)機的壓頭。并聯(lián)風(fēng)機的總效率與單臺的效率相

11、同。,離心風(fēng)機的并聯(lián),P,P并,P,Pe - Qe,17,1.9.5.2 離心風(fēng)機的串聯(lián),串聯(lián)風(fēng)機的合成性能曲線可用圖上單臺風(fēng)機特性曲線保持流量不變，壓頭加倍的方法合成曲線2。 同樣，串聯(lián)風(fēng)機的工作點由合成特性曲線與管路特性曲線交點來決定。由圖可見，兩臺風(fēng)機串聯(lián)操作的總壓頭必低于單臺風(fēng)機壓頭的兩倍，流量大于單臺風(fēng)機的，串聯(lián)風(fēng)機效率為Q串下單臺風(fēng)機的效率。,離心風(fēng)機的串聯(lián),1.9.5.3 離心風(fēng)機組合方式的選擇,組合方式選擇原則：,(1) 如果單臺風(fēng)機所能提供的最大壓頭小于管路要求提供的壓頭值，則只能采用風(fēng)機的串聯(lián)操作。,P,P串,P,Pe - Qe,18,(2) 對于管路特性曲線較平坦的低阻型管路(如圖中的曲線l所示)，采用并聯(lián)組合方式可獲得較串聯(lián)組合為高的流量和壓頭；反之，對于管路特性曲線較陡的高阻型管路，則宜采用串聯(lián)組合方式(如圖中曲線2所示)。,離心風(fēng)機的 組合方式的選擇,1.9.6 離心式風(fēng)機的并聯(lián)和串聯(lián)操作,離心風(fēng)機的選擇原則 ：,(1)根據(jù)被輸送氣體的性質(zhì)和操作條件，確定風(fēng)機的類型；,(2)根據(jù)工程計算獲得管路系統(tǒng)對風(fēng)機提出的流量Q和壓頭p的要求，從風(fēng)機的樣本、產(chǎn)品目錄或系列特性曲線選出合適的型號；,(3)核定風(fēng)機的軸功率。若輸送介質(zhì)的密度與空氣的密度相差較大，則要核算風(fēng)機的軸功率。,19,已知：