橫流
風機單機吸氣性能試驗的基礎上，進行了橫流風機串聯吸氣性能試驗，分析了串聯吸氣性能與單機吸氣性能的特點，以及適于串聯的工況條件。橫流風機的工作原理是吸、排氣處于同一縱平面內1，風量大，氣流沿風機的寬度方向分布均勻；氣流質點兩次穿過葉柵，葉片具有雜物自清理功能。近年來，其應用領域不斷擴展，有應用其排氣性能進行儀器儀表的冷卻，也有利用其吸氣性能進行物料的清選。當單機不能滿足使用要求時，通常將兩臺風機串聯使用。有關橫流風機串聯工作特性的研究較少，因此在風機串聯參數選擇上存在很大的盲目性。由于風機內氣流的特殊性和復雜性，目前，有關風機性能的研究仍然采用試驗的方法。本文在按國家標準設計制造的試驗臺上，進行了橫流風機單機吸氣性能試驗，然后在此基礎上，將兩臺橫流風機分9種不同轉速組合進行串聯吸氣性能試驗，繪制了風機性能曲線并進行了分析，論述了橫流風機單機和串聯吸氣性能以及兩者的關系，對風機的串聯使用具有一定的指導意義。1試驗裝置及試驗方法1.1試驗臺及測量裝置試驗臺參照GB/T1236-2000《工業通風機用標準化風道進行性能試驗》2設計制造（圖1），主要由兩臺橫流風機、風管、管道支架、過渡管、穩流柵、節流器以及動力小車等組成。兩臺橫流風機結構尺寸完全一樣；風機的轉速通過變頻器由調速電機控制；通過調整錐形節流器1相對于風管進口端的位置來進行不同阻力的設置，圖中箭頭表示氣流的方向。該試驗臺具有通用性，如果去掉件號8～10，即為單風機的性能試驗臺。試驗所需動力的傳遞和測量通過動力小車3完成（圖2），動力小車由YTSP90L-4-1.5kW變頻調速三相異步電動機、JN338A型智能數字式轉矩轉速傳感器及動力傳動系統組成。變頻電動機的轉速范圍為0～2800r/min，通過調節變頻器（VARISPEED616G51.5kW）的頻率改變電機的轉速，從而改變風機的轉速。同時，通過皮帶傳動，將動力從電機傳到風機的轉軸上。傳動軸轉速及所消耗的軸功率由轉速轉矩傳感器通過轉矩轉速測量儀輸出。動力小車與試驗臺整體分離，裝有3個地輪和3個可調支腳，移動和定位均很方便。試驗用NPL型皮托管（NPL型φ8×780mm）和DP-2000型數字微壓計測量壓力，用DM6234P型電子轉速表測量風機轉軸的轉速。為確保數據在同一條件下的可比性，試驗采用同一套測量儀器和設備。各附件的制作和安裝都非常準確，以確保風機管道聯接部位密封嚴，不漏氣。測量是在工況穩定后讀取各項試驗數據，且每一工況點的數據都經多次復核，數據復現性良好。1.2單機吸氣性能試驗將兩臺橫流風機分別記作橫流風機Ⅰ、橫流風機Ⅱ，為使試驗具有可比性，每臺風機做5種轉速的試驗，如表1所示。同一轉速下，兩臺風機最大流量接近。表1單機試驗安排風機轉速n/（r/min）最大流量Q/(m3/h)風機Ⅰ風機Ⅱ首先，用變頻器將風機的轉速調到470r/min,將管路的阻力調整到最大（即節流器全閉），在風機進口測試截面上測量9個不同測點的靜壓、動壓，同時記下該工況的輸入軸功率。然后，依次調整節流器與風機進口端的相對距離，節流器從閉合到全開，共設11種不同管道阻力，重復上述測量，可得到一組串聯試驗數據。同理，做出其它4種轉速下的性能試驗。1.3串聯吸氣性能試驗以橫流風機Ⅰ作為一級風機，橫流風機Ⅱ作為二級風機，將一級風機的出口和二級風機的進口相連接，組成風機串聯系統，如圖1所示。選配兩級風機的轉速時，根據兩級風機單機最大流量的不同，選擇9種轉速搭配形式，一級轉速選3種，二級風機轉速與一級風機轉速相配時，使二級風機的最大流量分別小于、等于和大于一級風機的最大流量，目的是找出不同流量搭配的風機串聯后的變化規律，搭配方案見表2。首先，將橫流風機Ⅰ的轉速調到540r/min,橫流風機Ⅱ的轉速調到470r/min；然后，將管路的阻力調整到最大，測量方法同單機，測出系統在10種不同的管路阻力下的性能參數，得到一組串聯試驗數據。同理，做出其余8種轉速搭配下的串聯試驗。表2串聯試驗安排 一級轉速n/（r/min）二級轉速n/（r/min）470√--540√√-620√√√740-√√810--√2試驗結果及分析將試驗數據整理后輸入計算機，利用Excel和Matlab4進行處理和分析，計算平均動壓pd、平均靜壓p、流量Q、功率P及效率η，繪出橫流風機單機、串聯吸氣性能曲線。處理試驗數據所用的公式5:式中pdi為風管進口測試截面不同測點的動壓,Pa；pi為風管進口測試截面不同測點的靜壓,Pa；k為風管測試截面的測點數目，k=9；V為氣流速度,m/s；Q為容積流量，m3/h；F為風管截面面積，F=0.09m2；P為風機軸功率，kW；η為效率，％。試驗在室內進行，每組試驗時間較短，溫濕度變化引起的誤差較小，可忽略溫度、濕度、大氣壓和風速對試驗數據的影響。2.1單風機吸氣特性橫流風機的全壓、功率、效率曲線，如圖3所示(受篇幅所限僅列橫流風機Ⅰ的性能曲線)。橫流風機流量－壓力性能曲線比較平穩，沒有明顯的駝峰，壓力隨風機轉速的提高而增大，說明橫流風機單機吸氣性能穩定；流量－功率曲線隨風機轉速的提高而逐漸升高，同時效率最大值向大流量方向移動；同一轉速下，效率隨流量的增加先逐漸升高，后逐漸降低。2.2串聯吸氣特性試驗表明：橫流風機串聯運行后，風機工作出現不穩定。圖4為兩橫流風機9組不同轉速搭配的串聯性能曲線，與單機性能曲線圖3比較，串聯吸氣性能曲線明顯出現異常。圖4a中，當管道阻力大時，流量小壓力大，壓力曲線比較平緩，即串聯吸氣性能比較穩定；當管道阻力逐漸減少時，流量變大，壓力出現較大波動，吸氣性能開始不穩定；當阻力繼續減少，風機進口節流器接近全開時，不穩定的狀況加劇，甚至出現當阻力減小時，流量也變小的現象，同時壓力和效率（圖4b）急劇降低。這與橫流風機特殊的工作原理以及橫流風機串聯后一級風機的出口處、二級風機的進口處氣體流動狀態發生變化有關。風機串聯理論認為6：兩臺風機串聯運行時，聯合性能曲線是在同一容積流量下，將各單機的全壓疊加而成的。然而，兩臺橫流風機串聯后并非如此，有較大的差異。如圖5a所示，虛線為按串聯疊加原理計算得出的理論全壓曲線，串聯運行的實際數據點用星形標記點表示。當管道阻力大時，串聯運行實際點和理論疊加曲線比較接近；當管道阻力逐漸變小時，串聯出現不穩定現象，串聯的實際壓力突然降低，低于風機單機工作時同流量的壓力，串聯的實際全壓曲線與理論疊加全壓曲線有較大差異。在阻力大的工況下，串聯的效率曲線和單機效率曲線一致（圖5），趨勢也相同，但當阻力變小時，風機串聯效率明顯下降，小于任一單機的效率，這說明風機在低阻下串聯不經濟。橫流風機串聯運行的效果與管道阻力的大小有關。當管道阻力大時，風機串聯運行平穩，串聯后的壓力增大較明顯，同時效率較單機也有明顯提高，串聯吸氣能力提高較明顯。當管道阻力變小時，風機串聯運行不平穩，串聯后的壓力增加也不明顯，甚至小于風機單獨運行時的壓力，效率明顯偏低，小于任一單機的效率（圖5b）。因此，橫流風機串聯適合在管道阻力大的工況下工作。3結論(1)橫流風機單機吸氣性能穩定，隨轉速的提高，壓力、功率曲線逐漸升高，效率最大值向大流量方向移動；同一轉速下，效率隨流量的增加先逐漸升高，后逐漸降低。(2)橫流風機串聯運行與普通通風機串聯疊加理論不相符。(3)橫流風機串聯吸氣性能與風機單獨運行相比不穩定。在低阻區，甚至出現當阻力減少時，流量變小，壓力、效率驟降，小于任一單機。(4)橫流風機串聯適合在管道阻力大的工況下運行。在管道阻力變小時，風機串聯運行不穩定，串聯運行的壓力、效率急劇下降，串聯失去意義。
