通风风机与通风系统优化方法.ppt

第七章,通风风机与通风系统优化方法,本章内容,通风风机的了解与选择通风除尘系统的维护管理通风除尘系统的技术经济分析通风管网的系统分析与优化,通风风机风机的分类离心风机和轴流风机原理；风机的性能及特性曲线；风机在通风系统中的运行规律；风机的选择计算。,1.按风压分根据风机的压力,可将风机分为低压风机、中压风机和高压风机。其压力范围如下低压风机全压H≤1000Pa中压1000PaH≤3000Pa高压3000Pa9090～160,叶片出口沿径向安装,β90,叶片弯曲方向与旋转方向相反,β9020～70,,,,离心风机的传动形式,风机结构及原理-轴流风机,轴流风机的基本组成1-集风器2-叶轮3-导叶4-扩散筒,轴流风机结构简图,集风器的作用是减少入口风流的阻力；叶轮的作用是,叶轮旋转时叶片冲击空气,使空气获得一定的速度和风压；导叶的作用扭转从叶轮流出的旋转气流,使一部分偏转气流动能变为静压能,同时可减少因气流旋转而引起的阻力损失扩散筒的作用是将一部分轴向气流动能转变为静压能。,轴流风机的原理,叶片的旋转使空气受到冲击力,从而使空气获得一定的速度和风压,并由导叶和扩散筒将部分动能转变为静压,从而使风机出口具有一定的风速和风压。,轴流风机的主要结构参数,叶轮外径D叶轮轮毂直径d叶片的安装角θ,安装角θ一般为10、15、20、25、30、35,叶片安装角,1-叶片2-导叶3-轮毂,d,D,,,,,,,轴流风机结构型式及传动方式,,传动方式,结构型式,对旋式轴流风机,对旋式轴流风机与普通型轴流风机的不同之处是没有静叶，仅由动叶构成。两级动轮分别由两个不同旋转方向的电动机驱动。对旋式轴流风机具有以下特点可以省略导叶，结构比较简单；效率高，效率可提高5％～8％；反风性能好，普通型风机，其反风量约为40％，而对旋式轴流风机的反风量可达60～70％。该种风机广泛用于地下工程、船舶、冷却塔和锅炉上。,风机性能--工作性能参数,风机的工作性能参数或称为有因次性能参数包括风压、风量、功率、效率与转速等。（1）风压风机风压系指全压H,单位为Pa,它是单位体积的气体流过风机叶轮时所获得的能量增量。它等于风机的静压Hs与动压Hv之和。一般通风机在较高效率范围内工作时,其动压约占全压的10～20左右。,风机性能--工作性能参数,（2）风量Q指通风机在单位时间内所输送的气体体积。风机说明书中的风量与风压,一般均指标准气态下即大气压为760mmHg,温度为20℃,湿度为50,密度为1.2kg/m3的数值。风量单位常用有m3/s,m3/min,m3/h。,风机性能--工作性能参数,（3）功率单位时间内所做的功,单位kw（千瓦）。风机的功率可分为全压有效功率Na─指单位时间内通过风机的空气所获得的实际能量,它是风机的输出功率,也称为空气功率。NaHQ/1000（kw）静压有效功率─指单位时间内通过风机的空气所获得的静压能量。是全压有效功率的一部分。轴功率Nz─电动机传递给风机转轴上的功率。也就是风机的输入功率。电机功率─考虑了传动机械效率和电机容量安全系数后,电动机的功率。,风机性能--工作性能参数,（4）效率表明风机将输入功率转化为输出功率的程度。分为全压效率也称为空气效率或总效率和静压效率。,风机性能--工作性能参数,（5）转速系指风机叶轮每分钟的转数,单位为转/分。风机转速改变时,风机的流量、风压和轴功率都将随之改变。,同类型风机性能的关系,风机性能也可用无因次的流量系数,压力系数和功率系数来表示。这些无因次性能参数也称无因次系数的换算公式是由相似理论推导出来的。同类型风机相似包括几何相似,运动相似和动力相似,因此,同一类型风机的无因次性能参数相等。即,同类型风机性能的关系,流量系数,压力系数,功率系数,ρ空气密度，kg/m3；D风机的叶轮外径，m；U叶轮周边切线速度，m/s；H风机的风压，Pa；Q风机的风量，m3/s。,由上式无因次系数式，可得同类型风机性能的换算关系式为Q/QD/D3n/nH/Hρ/ρD/D2n/n2N/Nρ/ρD/D5n/n3Q、Q分别为所要换算的两台风机的风量，m3/s；H、H分别为所要换算的两台风机的风压，Pa；N、N分别为所要换算的两台风机的功率，kw；D、D分别为所要换算的两台风机的叶轮直经，m；n、n分别为所要换算的两台风机的转速，转/分；ρ、ρ分别为所要换算的两台风机工作的空气密度，kg/m3。,同类型风机性能的换算,风机性能--风机个体特性曲线,通风机在一定的转速下,其风压、功率、效率与流量之间是个函数关系,由于风机工作过程的复杂性,很难从理论上得出这个函数关系的精确数学表示式。因此,实际应用中通常通过实测并用曲线来描述风压、功率、效率与流量之间的关系，这种曲线就称为风机的个体特性曲线。它由全压H～流量Q、静压Hs～流量Q、功率N～流量Q、全压效率η～流量Q和静压效率ηs～流量Q五条曲线组成。每一台通风机都有一组个体特性曲线。,轴流风机,离心风机,离心风机与轴流风机个体特性曲线的比较①风压曲线离心的较平缓,风压随风量的变化不大；轴流的较陡,有“马鞍形”驼峰区,风压随风量的变化较大；②功率曲线在工作区内,离心的功率随风量的增加而增加,因此应闭闸启动；轴流的功率随风量的增加而减少，应开闸启动。,风机性能--风机类型特性曲线,每台风机都有一组个体特性曲线,使用起来不方便,且不能比较不同类型即不相似风机的性能。为了减少个体特性曲线的图表数量,根据相似理论得出的无因次系数α、β、γ，对于同一类型的风机都相等。因此,α～Q、β～Q、η～Q曲线代表同一类型风机在各种转速下的性能。这样一组曲线就称为风机的类型特性曲线。同一类型的风机就只有一组类型特性曲线。类型特性曲线也是通过试验方法确定。,风机运行--单台风机的运行,运行工况点风机风压特性曲线H与风管阻力特性曲线Km的交点,即为风机的运行工况点。在工况点上风机的风压与系统中的阻力相等,风机的风量就是系统的风量。工况点随系统阻力和风机转速的变化而变化。,风机运行--单台风机的运行,对运行工况点的要求①运行工况点落在风压曲线的稳定工作区范围内；②运行工况点落在效率较高的范围内,一般要求工况点的运行效率不能低于最高效率的85。即，要求η≥0.85ηmax。满足这两项要求的运行范围，即为风机的工作区。,风机运行--单台风机的运行,对工况点的调节当风机的风量和风压不能满足设计要求时,就应调节工况点。两种调节法一是调节阻力特性曲线Km,需增大风量时,将Km值调小,反之将Km值调大；二是调节风机转速,从而使风机风压曲线改变。,多台风机联合运行,多台风机联合分为并联串联，包括集中串联间隔串联,,,,,,,,,,,,,,多台风机联合运行--并联,并联系指两台或数台风机平行地联合在一起,向同一系统输送空气,其目的是增加系统的风量,用于风量大,阻力小的通风系统。,多台风机联合运行--并联,并联的合成性能参数确定（图解法）首先求出合成风压曲线,按风压相等风量相加的原则，确定合成风压曲线；然后确定等效工况点,合成风压曲线H与风筒风阻R曲线的交点即为等效工况点。等效工况的风量和风压即为所求的合成风量和合成风压。,多台风机联合运行--串联,串联就是将前一台风机的出风口与后一台风机的进风口相连接,向同一系统输送空气,其目的是提高风压,用于阻力大的通风系统。串联分为集中串联和分散串联。,多台风机联合运行--并联,集中串联的合成性能参数确定（图解法）按风量相等,风压相加原则求出串联合成风压曲线；合成风压曲线H与风阻K曲线的交点即为等效工况点；等效工况点的风量、风压即为合成风量和合成风压。,多台风机联合运行--注意事项,对于不同性能风机并联,要注意无效并联问题。不同性能风机串联，要注意无效串联问题。,通风除尘系统的维护管理是一项十分重要的工作。在系统建成以后，要保持其正常运行，发挥其应有的作用，主要依靠科学的维护管理。,通风空调系统的维护管理,维护管理工作的内容1．建立、健全组织机构和规章制度2．联工教育和人员培训3．系统的运行操作4．定期检测5．计划检修,通风空调系统的维护管理,维护管理工作的内容,检查管道、风口、阀门,通风空调系统的维护管理,维护管理工作的内容,检查管道、风口、阀门,通风空调系统的维护管理,维护管理工作的内容,检查通风系统环境是否整洁、安全,通风空调系统的维护管理,技术经济分析的指标主要有价值指标，人员指标和实物指标等。在通风除尘系统的功能可满足要求的条件下，根据这些指标进行分析和综合评价，才能全面地反映设计方案的正确性。,通风空调系统的技术经济分析,技术经济分析的主要内容（1）通风除尘系统的总费用分析（2）初投资分析（3）运行费分析,通风空调系统的技术经济分析,优化设计简介,为了使系统达到最优的目标所提出的各种求解方法称为最优化方法。常用的优化方法有线性规划法、非线性规划法、动态规划法、极大值法等。它对促进运筹学、管理科学、控制论和系统工程等新兴学科的发展起到了重要的作用。,优化设计步骤,最优化方法解决问题一般可以分为以下几个步骤（1）提出需要进行最优化的问题，开始收集有关资料和数据；（2）建立求解最优化问题的有关数学模型，确定变量，列出目标函数和有关约束条件；（3）分析模型，选择合适的最优化方法；（4）求解方程。一般通过编制程序在电子计算机上求得最优解；（5）最优解的验证和实施。通过上述五个相互独立和互相渗透的步骤，最终求得系统的最优解。,通风空调中的优化设计,优化目标资源优化原料利用最大化能源优化能量损失最小化优化对象设备组合风罩，净化，通风管网管径，管路风机选型功率，风压,