在查閱了國內(nèi)所有關(guān)于軸流通
風(fēng)機擴散筒效率的論述和測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)推導(dǎo)了軸流通風(fēng)機擴散筒效率、損失和靜壓升系數(shù)等公式，并對一臺按當(dāng)量直徑設(shè)計的16號軸流通風(fēng)機的擴散筒和擴散塔的效率進(jìn)行了測量，結(jié)果表明：擴散筒的效率較文獻(xiàn)推薦值低。軸流通風(fēng)機具有效率高、相對尺寸小、調(diào)節(jié)方便、便于安裝等突出的優(yōu)點。然而，如文獻(xiàn)1所介紹，在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中，軸流主扇的耗電占全礦總耗電的14％以上。因此，如何提高風(fēng)機效率對降低生產(chǎn)成本，建設(shè)節(jié)約型社會意義重大。軸流通風(fēng)機的出口速度大，一般其出口動能占風(fēng)機全壓的30%以上2，對于有些流量大而壓力較低的軸流通風(fēng)機，其出口動能甚至占到風(fēng)機全壓的50％左右。因此，必須在軸流通風(fēng)機的后面安裝擴散筒或擴散筒－塔來回收動能，特別是抽出式通風(fēng)機。所以，擴散筒的效率對風(fēng)機整機的效率影響極大。關(guān)于軸流通風(fēng)機擴散筒的效率有許多不同的說法，文獻(xiàn)2認(rèn)為效率一般在80%～85％之間；文獻(xiàn)3則認(rèn)為，擴散筒效率選取80％是比較保守的，一般在進(jìn)口邊界層較薄時，效率可到87%～88％，再加上排氣管效率可再增加1%～4％；而文獻(xiàn)4在計算壓縮機進(jìn)出口元件時，推薦擴壓器的效率為60%～80%。由此可見，不同文獻(xiàn)對軸流通風(fēng)機擴散筒的效率的選擇相差很大。從查閱的有限的測量擴散筒、塔效率的文獻(xiàn)5，6看，擴散筒－塔效率一般在40％～69％之間，比文獻(xiàn)2，3推薦的效率要低得多。綜上所述，目前對實際使用中的軸流通風(fēng)機擴散筒的效率研究還很少，同時，也是分歧比較大的一個關(guān)鍵問題。1軸流通風(fēng)機擴散筒效率計算的方法和一些基本概念大型軸流通風(fēng)機的擴散筒一般是圓環(huán)形漸擴通道，目前多數(shù)文獻(xiàn)2,3,7采用當(dāng)量直徑的方法設(shè)計擴散筒。文獻(xiàn)7利用文獻(xiàn)3中的資料，對軸流通風(fēng)機擴散筒的設(shè)計作了較詳細(xì)的介紹，但是，其擴散筒的效率還是采用了選取的方法，設(shè)計具有相當(dāng)大的盲目性。文獻(xiàn)8是筆者查到的唯一一個具體計算擴散筒水利損失的國內(nèi)文獻(xiàn)。該文獻(xiàn)采用水利直徑，將擴散筒比擬成當(dāng)量圓錐，從而計算擴散筒的沿程損失和擴壓損失，該方法可以考慮擴散筒材料等影響因素，但是，文獻(xiàn)3稱，環(huán)形通道采用水利直徑計算的水利損失比實際的要小。雖然采用當(dāng)量直徑和水利直徑都可以將風(fēng)機環(huán)形擴散筒比擬成當(dāng)量圓錐，但是，對于同樣的圓環(huán)形擴散筒，分別采用當(dāng)量直徑和水利直徑，得出的當(dāng)量圓錐直徑和擴散角差別很大，因此，計算的水利損失也不同。筆者通過三維粘性數(shù)值計算發(fā)現(xiàn)，兩種方法最終計算的結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果都相差較多，而且也沒有規(guī)律（該研究內(nèi)容將另文發(fā)表）。所以，對通風(fēng)機擴散筒的損失和效率還需要大量的數(shù)值研究和相應(yīng)的試驗研究。風(fēng)機擴散筒的作用就是將擴散筒的進(jìn)口氣流動能通過減速變?yōu)閴毫υ黾樱裕湫示蛻?yīng)該是實際壓力增加與理想壓力增加的比值。具體推導(dǎo)如下：由實際不可壓氣體伯努力方程可知：根據(jù)以上公式，就可以計算或測量出擴散筒的效率，也可以根據(jù)風(fēng)機本體的性能和擴散筒的效率，估算出風(fēng)機加裝擴散筒后的效率和壓力。文獻(xiàn)5稱風(fēng)機行業(yè)使用的風(fēng)機全壓力是指風(fēng)機主體出口截面與進(jìn)口截面的全壓力差，是不妥當(dāng)?shù)恼f法，是對風(fēng)機測試標(biāo)準(zhǔn)不了解所致。2軸流通風(fēng)機擴散筒－塔的測試方法和儀器一個帶有擴散筒－塔的軸流通風(fēng)機結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用工程方法，在符合GB/T1236-2000標(biāo)準(zhǔn)的抽出式風(fēng)筒測試平臺上，對風(fēng)機本體，風(fēng)機本體+擴散筒，風(fēng)機本體+擴散筒+消聲器+擴散塔3種不同安裝方式時的風(fēng)機裝置的性能進(jìn)行了測試。按定義對擴散筒的性能的測定應(yīng)該是在風(fēng)機本體+擴散筒的裝置中，在擴散筒的邊壁開測壓孔和測量進(jìn)口風(fēng)速的分布，并在擴散筒出口測量風(fēng)速的分布，然后，按式（2）積分計算。由于測試的風(fēng)機太大，按該方法測量，皮托管不易定位，所以按工程方法，通過假定風(fēng)機本體+擴散筒的性能，與風(fēng)機本體性能相減去的方法，計算出擴散筒的效率。該方法不是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y試擴散筒性能的方法。同樣，也按該方法測試了擴散筒－塔的效率。所用的測量風(fēng)機靜壓和流量的變送器為EJA110A-DLS5A-92DA，量程為0～7500Pa和0～1500Pa，精度0.075％。其余相應(yīng)的測量儀器均符合國家測量精度和標(biāo)準(zhǔn)。在測試過程中，壓力測量與補償式微壓計做工了對比，符合很好。該擴散筒的進(jìn)口外徑為1632mm，進(jìn)口內(nèi)徑為994mm，出口外徑為1910mm，出口內(nèi)徑為340mm，當(dāng)量擴散角為12.7°，擴散塔出口面積為2730mm×1950mm。3測試結(jié)果分析本次試驗分別對圖1所示的全套設(shè)備、只帶有擴散筒和只有風(fēng)機本體的風(fēng)機性能做了測量，性能處理結(jié)果如圖2和圖3所示。只有風(fēng)機本體的風(fēng)機性能試驗是按照環(huán)面積處理試驗數(shù)據(jù)的。 從圖2和圖3看出，風(fēng)機的性能測試沒有壞點，測試曲線比較光滑。為了方便計算擴散筒和擴散筒－塔的擴散效率，將兩個圖的靜壓和動壓性能曲線按最小二乘法，按兩次和三次曲線進(jìn)行擬合，然后在同樣流量下，按式（2）計算擴散效率。進(jìn)口的靜壓和動壓為風(fēng)機本體的環(huán)面出口靜壓和動壓，出口的動壓和靜壓為相應(yīng)的擴散筒和擴散筒－塔的出口動壓和靜壓，計算結(jié)果見表1。表1測量的擴散筒效率和擴散筒－塔的效率流量/（m3/min）擴散筒效率擴散筒－塔效率，擴散筒的效率最高接近70％，并不高。擴散筒－塔的擴壓效率更低，這是由于在風(fēng)機擴散筒后面又裝了圓變方接管、消聲器等器件，使流道損失大大增加，所以，擴壓效率更低。4結(jié)論與建議從實際測量數(shù)據(jù)看，通風(fēng)機擴散筒的效率最大約為70％，效率并不高；同時，從查閱國內(nèi)所有的測量擴散筒效率的數(shù)據(jù)看，擴散筒的效率也沒有超過80％。因此，擴散筒效率的選擇按80％是比較高的。而且通過數(shù)值試驗，發(fā)現(xiàn)將環(huán)形擴散筒按等效錐形擴散筒計算的擴散筒流動損失，無論直徑按當(dāng)量直徑還是水利直徑，都不能與數(shù)值計算結(jié)果始終保持一致。因此，對擴散筒這個對軸流通風(fēng)機性能影響較大的重要器件進(jìn)行更加深入的數(shù)值計算和試驗研究是十分必要的。
