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廠房降溫風機風機所屬的種類劃分多翼風機的設計新思路
編者之話：在全國的風機制造廠和風機使用單位中，大專院校的壓縮機教研室和有關流體機械、風機研究所里，大都是“風機”的行家里手。然而，在上述各部門中，可能還有一些讀者不了解或不甚了解“風機”的含義和發展的歷史�！帮L機”的作用和國際著名風機制造廠的概況等。退休多年的樂賡熙高級工程師用通俗科學的筆調編撰此文，可引導一些讀者步入“風機王國”瀏覽性地走一遭，以幫助讀者開闊視野，增添風機知識。
“風機”這個名詞，在中國的《辭源》、《辭�！�、《中國大百科全書》和國外的各類詞典中是找不到的。它是新中國成立后的五十年代初，工業部門為了便于機械產品的歸類和行業的劃分，乃將壓縮機中的透平壓縮機、透平鼓風機、回轉式中的羅茨風機和葉片式鼓風機以及通風機等歸為“風機行業”，人們因而在習慣上也就把這些產品統稱為“風機”。另一方面，又將壓縮機中的往復式壓縮機、回轉式中的螺桿、滑片、液環等壓縮機歸為“壓縮機行業”。
一、風機隸屬
機械產品成千上萬種，分支甚多，那么，風機何屬。
(一)流體機械
在沒有說到風機之前，先說風機的隸屬吧 !
對輸送介質來說，風機是流體機械的成員。
凡是以氣體或液體為工作介質來轉換能量的機械通稱流體機械。它通常包括水輪機、汽輪機、燃氣輪機、膨脹機、風力機、泵、通風機、壓縮機、液力耦合器、液力變矩器、風動工具、氣動馬達和液壓馬達等。
水輪機、汽輪機、燃氣輪機、膨脹機和風力機是原動流體機械，它們都是把流體的能量 轉換為機械能的。泵、通風機和壓縮機是從 動的流體機械，它們都是把動力機的機械能傳遞給流體，再提高流體壓力并抽吸或壓送流體。液力耦合器和液力變矩器是把輸入轉軸的機械能通過流體傳遞給輸出軸，它們是傳遞動力的器件。風動工具是以壓縮空氣為動力的一種工具。氣動馬達和液壓馬達則分別是氣壓傳動和液壓傳動中的執行元件。
不論是原動的流體機械還是從動的流體機械．它們都是利用或消耗能量的。流體機械所用的能源，最多的是燃料，如煤、石油和天然氣等的化學能，它們以熱能的形式釋放出來，然后再轉化成機械能或電能。把熱能轉換為機械能的機械又稱為熱力發動機，如燃氣輪機和汽輪機。內燃機也是一種熱力發動機，但它在習慣上又不稱為流體機械。此外，風力機、水輪機和膨脹機可以直接或將能量轉換為電能后帶動從動機。
泵、通風機和壓縮機是應用廣泛、消耗能量多的從動流體機械，而從動的流體機械往往又是以原動的流體機械作為動力的。如許多大型透平壓縮機采用了汽輪機作為驅動機的。
水輪機、汽輪機和燃氣機的工質分別為水、蒸汽和燃氣。泵輸送的是水 (故又稱水泵)、油(故又稱油泵)或其他液體。通風機和壓縮機輸送各種氣體。風力機和膨脹機的工作介質分別為空氣和其他氣體。風動工具和氣動馬達的工質為壓縮空氣或其他壓縮氣體。液壓馬達的工質為液壓油。各種流體機械由于作用原理、結構形式和用途的不同，所用工質的溫度、流量和壓力的差別也很大。
流體機械按工作原理主要分為容積式和動力式兩大種類。
容積式流體機械是依靠運動元件改變工作容積來實現能量轉化的。動力式流體機械則是依靠高速旋轉葉片來轉換能量的，故又稱透平機械。還有一種叫噴射器的也是動力式，它的工作原理是高速噴射的流體與被抽吸流體相混合，進行能量交換，并以此傳遞能 量。
流體機械按結構分為旋轉式和往復式兩大類。動力式流體機械通常是旋轉式和往復式兩種類。例如回轉式壓縮機和回轉泵雖然也都是旋轉式但它們的工作原理與透平壓縮機和動力式泵不同，分別屬于容積式壓縮機和容積泵。
(二)透平機械
上面籠統地談了流體機械，可能對風機的譜還離得遠些。這里，就來談談透平機械吧!
所謂透平機械，用簡單一句話概括：它是具有葉片的動力式流體機械。各種透平機械的共同特點是裝有葉片的轉子做高速旋轉運動，流體(氣體或液體)流經葉片之間通道時，葉片與流體之間產生力的相互作用，借以實現能量轉化。按能量轉化方向的不同。透平機械分為原動機和從動機。原動機將流體的能量(熱能、勢能或動能)轉化為機械能，通過主軸帶動發電機或其他從動機。這類原動機有汽輪機、燃氣輪機、透平膨脹機，水輪機和風力機等。從動機由電動機或其他原動機(如汽輪機)拖動，將機械能轉換為流體的能量，即提高流體的壓力。這類從動機有通風機、透平壓縮機、離心泵和軸流泵等。
透平式的從動機和原動機在原理和結構上基本相同，只是工作過程相反。透平機械的工作介質可以是氣體，如蒸汽、燃氣、空氣和其他氣體或混合氣體，也可以是液體，如水、油或其他液體。我們再來看看各類透平機械的工作介質和工作過程。
透平原動機：
汽輪機 —— 工質蒸汽，將高溫高壓蒸汽在汽輪機內膨脹做功，使蒸汽的熱能轉化為機械能。
燃氣輪機 —— 工質燃氣，將高溫高壓燃氣在燃氣機內膨脹做功，使燃氣的熱能轉化為機械能。
透平膨脹機 —— 工質氣體，將高壓氣體在膨脹機內膨脹做功，使氣體的能量轉化為 機械能 ,同時氣體本身強烈地冷卻,達到制冷或回收能量的目的。
水輪機 —— 工質水，將高位水流經過水輪機，推動轉動輪轉動，使水的能量 (勢能和動能)轉化為機械能。
風力機 —— 工質風，自然風力作用在風輪上，推動風輪轉動，將風能轉變為機械能。
透平從動機：
通風機、透平壓縮機 —— 工質氣體，由動力機驅動，葉片對氣體做功，提高氣體壓力并輸送氣體。
離心泵、軸流泵 —— 工質液體，由動力機驅動，葉片對液體做功，提高液體的壓力并輸送液體。
透平機械主要分為徑流式(離心式或向心式)和軸流式。在徑向式機械中，流體主要沿著徑向流動；軸流式機械中，流體沿軸向流動。還有一種斜流式機械，流體的流動方向介于上述兩種機械之間。
曾記否?70年代初、中期，機械部組織三大透平機械建設會戰，即擴大透平壓縮機、汽輪機、燃氣輪機三種透平機械的生產建設。沈陽鼓風機廠作為透平壓縮機的生產基地，從那時起，透平壓縮機的技術引進和設備引進、廠房擴建，也就蒸蒸日上，技術水平和生產形勢更是有了突飛猛進的發展，名符其實成為全國風機行業之首了。
摘要：從改善其通流能力入手，通過理論分析和大量試驗最終達到了其結構參數的優化。
關鍵詞：多翼風機 設計
前向多翼風機葉輪的流道構成與一般風機不同點是：子午面的流道特別短，進出口直徑比D1／D2≥0.80；葉輪出口寬度特大，相對寬度b2／D2≥0.4；葉片數特多，最多可達72個。
前向多翼風機葉輪流道寬而短，氣流狀況紊亂而無序，有些流道還充不滿氣流，很難建立起一個簡單的、符合實際的數學模型來進行流場分析
通流能力φ與流量及全壓等參數一樣，也是前向多翼風機主要參數之一，通流能力是指在某一條等轉速線上達到最大全壓系數的流量系數值。
典型的前向多翼風機特性曲線如圖1所示。
從圖1可見，通流能力把曲線分為左右兩個區域。在左區內，全壓隨流量的增加而增加，全壓減去因流量增加而引起的動壓提高，仍可維持足夠的靜壓，氣流能夠克服阻力而順利通過流道。而右區內情況就不同了，隨著流量的增加，動壓仍繼續提高，但全壓值反而下降，當不能保證足夠的靜壓值時，氣流克服不了阻力而形成“阻塞”現象，這時曲線急劇跌落，全壓大幅度下滑，流量不再增加，全壓效率也下降幾十個百分點，性能曲線成“疲軟”狀態。通流能力φ越小，性能曲線就“疲軟”得越早，反之亦然。所以φ值是表征前向多翼風機軟硬特性的參數之一。
從樣本查得11-62的φ值只有1.10，而結構上有某些改進的Comefri 的TLZ 風機φ值卻提高到1.35。由于通流能力的提高，在可使用的壓力范圍內，Comefri 的 TLZ 風機的流量比11-62增加近一倍，最高全壓效率也提高了近5%。要提高前向多翼風機的通流能力，必須得找到限制通流的“瓶頸”位置，并加以結構改進，再通過試驗驗證，最后獲得最佳匹配。
雖然前向多翼風機的流道較一般風機要寬闊得多，而且從風機進口到出口都有足夠大的空間可讓氣流順利通過，但實際上，并不是所有流道都那么暢通。根據大量試驗表明，“瓶頸”位置就在葉輪進口處。而過去一提到增加流量就加寬葉輪，有些前向多翼風機制造廠，把葉片相對出口寬度增加了20%～40%，派生出所謂寬型機。但實際上，無論是標準型還是寬型機，在葉輪進口處的“瓶頸”并沒有實質性改變，因此寬型機風量增加沒有預期的那么大，而且，由于葉輪的加寬還使寬型機的性能曲線變軟，更有甚者，過度加寬葉輪導致了前向多翼風機硬特性完全消失，變成后向風機的拋物線形下降特性。
若改善葉輪進口流動，消除“瓶頸”，提高前向多翼風機的通流能力，筆者認為主要應從以下3個方面著手。
（1）擴大葉輪進口面積，可采用加大進氣口外徑或增加葉片進氣角兩種方法。加大進氣口外徑，不但增加進氣口面積、減緩進氣速度，還讓部分進氣吹走了由于氣流突然膨脹而在葉輪近輪蓋處形成的渦流。這樣既可以增加流量，又可以改善進氣的流動性能。但若葉輪進氣口外徑過大，會影響整個葉輪壓力的提升，所以一般以增加主流面積15%～20%為宜。葉片進氣角則應盡量取大，通常取βA1=90°。
（2）取適當的葉片數，葉片數不宜過多或太少，應保持中等。從理論上看葉片數越多葉輪出口的滑差越小，通過葉輪的氣流可獲得更大的功，有望提高更大的壓力。但是，葉片數過多勢必會增加摩擦損失和阻塞氣流，反過來又會對風機性能有負面影響。事實上，前向多翼風機葉輪，當葉片達到一定數量時，再增加其葉片數，對其性能已沒有什么影響，這時葉片數的選取則純粹從結構和工藝角度考慮。如國外有些風機廠，為了不同型號通用同一種葉片，葉輪采用拼裝滾鉚結構，靠增減葉片數派生出相鄰的機號來，所以按優先數排列的標準機號，不論機號大小都是38片或42片。
（3）增加葉輪子午面的流道長度，使進出口直徑比D1／D2保持在0.82左右。通流能力提高以后，壓力有下降的趨勢，適當的減小D1使葉片流道加長、 增大，在較大流量情況下，可以維持較高的靜壓，使性能曲線會更加平坦。
用以上設計思路開發出來的樣機與11-62和 Comefri的TLZ 風機性能比較如圖2所示。
圖2 新樣機與11-62和 Comefri的TLZ 風機性能比較
從圖2可見新樣機的通流能力比11-62和Comefri 的TLZ 風機都大得多，新樣機的性能曲線也較后兩者平坦。由于大流量區全壓的提高，新樣機可應用的流量范圍也大幅度增加。
風道設計計算的方法與步驟
一．風道水力計算方法
風道的水力計算是在工程和設備布置、風管材料、各送、回風點的位置和風量均已確定的基礎上進行的。
風道水力計算方法比較多，如假定流速法、壓損平均法、靜壓復得法等。對于低速送風工程大多采用假定流速法和壓損平均法，而高速送風工程則采用靜壓復得法。
1．假定流速法
假定流速法也稱為比摩阻法。這種方法是以風道內空氣流速作為控制因素，先按技術經濟要求選定風管的風速，再根據風管的風量確定風管的斷面尺寸和阻力。這是低速送風工程目前最常用的一種計算方法。
2．壓損平均法
壓損平均法也稱為當量阻力法。這種方法以單位管長壓力損失相等為前提。在已知總作用壓力的情況下，取最長的環路或壓力損失最大的環路，將總的作用壓力值按干管長度平均分配給環路的各個部分，再根據各部分的風量和所分配的壓力損失值，確定風管的尺寸，并結合各環路間的壓力損失的平衡進行調節，以保證各環路間壓力損失的差值小于15%。一般建議的單位長度風管的摩擦壓力損失值為0.8~1.5Pa/m。該方法適用于風機壓頭已定，以及進行分支管路壓損平衡等場合。
3．靜壓復得法
靜壓復得法的含義是，由于風管分支處風量的出流，使分支前后總風量有所減少，如果分支前后主風道斷面變化不大，則風速必然下降。風速降低，則靜壓增加，利用這部分“復得”的靜壓來克服下一段主干管道的阻力，以確定管道尺寸，從而保持各分支前的靜壓都相等，這就是靜壓復得法。此方法適用于高速空調工程的水力計算。
二．風道水力計算步驟
以假定流速法為例：
1．確定空調工程風道形式，合理布置風道，并繪制風道工程軸測圖，作為水力計算草圖。
2．在計算草圖上進行管段編號，并標注管段的長度和風量。
管段長度一般按兩管件中心線長度計算，不扣除管件（如三通、彎頭）本身的長度。
3．選定工程最不利環路，一般指最遠或局部阻力最多的環路。
4．選擇合理的空氣流速。
風管內的空氣流速可按下表確定。
表8-3空調工程中的空氣流速（m/s）
部位
低速風道
高速風道
推薦風速
最大風速
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