橫流與軸流通
風機在不同工況下串聯運行時的臨界點，并繪制了橫流與軸流通風機串聯臨界曲線。得出了橫流風機在串聯系統中較軸流風機穩定的結論。單臺風機作為系統吸氣（或排氣）部件的場合很多，根據工作要求選擇適宜的風機并不困難，然而在諸多情況下，為了提高系統作業性能，常常要求兩臺或多臺風機聯合工作。且由于不同類型風機有自身的結構和性能特點，常常要求異類風機聯合使用。在系統設計過程中，設計者根據作業要求確定氣流參數（壓力、流量），根據氣流參數選擇風機。對于多臺風機聯合作業系統，必須明確風機之間的匹配原則，才有可能選擇適宜的風機，使系統氣流參數滿足要求。然而風機聯合運行，特別是異類風機聯合運行缺乏匹配理論，這無疑增大了選擇風機的盲目性，出現工作氣流參數大幅度偏離設計值的現象。本文從橫流風機與軸流風機串聯運行的吸氣性能入手，在大量試驗的基礎上，給出了橫流風機與軸流風機串聯運行時的臨界曲線及其一般規律。１ 串聯臨界點概述串聯工況點1是串聯總性能曲線與管網特性曲線的交點，分為串聯排氣工況點和串聯吸氣工況點，筆者主要研究串聯吸氣工況點，即總的吸氣性能曲線與管網特性曲線的交點。串聯臨界點則是串聯運行總的吸氣性能曲線與吸氣能力較高的單風機吸氣性能曲線及管網特性曲線三者的交點。在不改變管網特性曲線的情況下，串聯臨界點就是串聯運行總的吸氣性能與吸氣能力較高的單風機吸氣性能曲線的交點，即串聯工作時兩臺風機中吸氣能力較低的一臺成為系統負載的臨界點。圖１供料風機變頻恒壓控制原理框圖如圖1所示：把串聯運行的前一級風機記為風機Ⅰ，后一級風機記為風機Ⅱ；曲線Ⅰ為風機Ⅰ的流量-壓力曲線，曲線Ⅱ為風機Ⅱ的流量—壓力曲線，曲線Ⅲ為風機Ⅰ與Ⅱ串聯運行總的流量—壓力曲線，1、2、3為不同阻力的管網特性曲線。當管網特性曲線為2時，串聯吸氣工況點與風機Ⅰ的吸氣工況點均為M2，即串聯運行與風機Ⅰ單獨運行效果是一樣的，則工況點M2即是管網特性曲線2下的串聯臨界點；當管網阻力增大，特性曲線為1時，串聯吸氣工況點是M1，顯然M1點對應的壓力及流量比風機Ⅰ在此管網阻力下單獨工作時的壓力和流量都大；當管網阻力減小，性能曲線變為3時，串聯吸氣工況點是M3，其壓力及流量比風機Ⅰ單獨工作時的壓力、流量還小，這時風機Ⅱ起了阻礙風機Ⅰ工作的作用，成為系統的負載。由此可以看出，串聯臨界點對風機的串聯運行具有很重要的意義，在進行風機串聯匹配時，只有弄清串聯臨界點的規律，更合理地選擇串聯參數，才能達到理想的串聯效果。２ 試驗研究２.１ 試驗設備及測試儀器根據GB/T1236-2000《工業通風機用標準化風道進行性能試驗》2中帶進氣管、用皮托管測定流量的標準單風機性能測量裝置的要求來布置串聯吸氣試驗管道3如圖2所示。圖中，性能測量孔來測定兩風機串聯后總的吸氣性能，輔助測量孔配合性能測量孔可用來確定前級風機的吸氣性能。管網阻力通過調節節流器位置來確定。本試驗所用風機為SF3.5G-4型軸流風機和與其流量、壓力相匹配自制橫流風機4-6，分別由兩臺交流變頻電機驅動。壓力測量采用皮托管與DP-2000數字式微壓計相結合。風機功率由JN338型智能數字轉矩轉速測量儀自動記錄。試驗證明：本試驗裝置具有較好的通用性，并且精度較高，可用于各種類型單風機及串聯組合，在各種不同轉速下的吸氣及排氣性能測試。2.3試驗結果及分析軸流風機、橫流風機根據在串聯系統中前后位置的不同，可分為軸流風機與橫流風機串聯和橫流風機與軸流風機串聯兩種方式。對每種串聯方式，串聯臨界點的調節方法也有兩種：一是固定前級風機轉速，調節后級風機轉速使其達到串聯臨界點；二是固定后級風機轉速，調節前級風機轉速使其達到串聯臨界點。2.3.1軸流風機與橫流風機串聯軸流風機與橫流風機串聯是將軸流風機作為串聯的前級風機，橫流風機作為串聯的后級風機的串聯方式。（1）固定前級軸流風機轉速，調節后級橫流風機轉速，測得橫流風機臨界轉速。首先將軸流風機轉速固定在1042r/min，并確定一種管網阻力（例如工況1），然后通過調節變頻器來改變橫流風機的轉速，觀察性能并測量孔壓力、流量變化，當串聯風機的總進氣壓力及流量與軸流風機單機、同工況下的壓力及流量相等時，記下橫流風機的轉速，即兩臺風機串聯運行處于臨界工作狀態時的轉速，稱為橫流風機臨界轉速。保持軸流風機轉速不變，以同樣方法測得其余8種不同管網阻力下橫流風機臨界轉速。最后改變軸流風機轉速，重復以上步驟，可測出其它兩種轉速下橫流風機的臨界轉速（見表1）。表1軸流與橫流風機串聯后級橫流風機臨界轉速表固定風機轉速工況1工況2工況3工況4工況5工況6工況7工況8工況5747表2軸流與橫流風機串聯前級軸流風機臨界轉速表固定風機轉速工況1工況2工況3工況4工況5工況6工況7工況8工況9工況－－－1155為了找到串聯臨界點的規律，以使其更具有通用性，又測出橫流風機在各臨界轉速及對應工況下的壓力和流量，即臨界點。再把這些點按固定軸流風機轉速進行最小二乘曲線擬合，可得3條擬合曲線，即臨界曲線（見圖3a）。圖中曲線上的數字是軸流風機轉速（r/min）。（2）固定橫流風機轉速，調節軸流風機轉速，測得軸流風機臨界轉速。首先將橫流風機轉速固定在535r/min，并確定一種管網阻力（例如工況2），然后通過調節變頻器改變軸流風機轉速，觀察性能并測量孔壓力、流量變化，當串聯風機的總進氣壓力、流量與橫流風機單機、同工況下的壓力及流量相等時，記下軸流風機的轉速，此即軸流風機臨界轉速。保持橫流風機轉速不變，以同樣方法測得其余8種不同管網阻力下軸流風機臨界轉速。改變橫流風機轉速，重復以上步驟，可測出其他兩種轉速下的臨界轉速（見表2）。最后測出軸流風機在各臨界轉速及對應工況下的壓力和流量，即臨界點。再把這些點按橫流風機固定轉速進行最小二乘曲線擬合，可得3條擬合曲線，即臨界曲線（見圖3b）。圖中曲線上的數字是橫流風機轉速（r/min）。從圖3看出，后級橫流風機與前級軸流風機的臨界曲線形狀不同，但變化趨勢相似，即在同一轉速下，隨著流量增加，壓力逐漸增加（前級軸流風機臨界曲線在管網阻力較小、流量較大時，隨著流量增加，壓力有所降低）；同一流量下，隨著固定風機轉速的升高，壓力逐漸增大。2.3.2橫流風機與軸流風機串聯橫流風機與軸流風機串聯是將橫流風機作為串聯的前級風機，軸流風機作為串聯的后級風機的串聯方式。（1）固定前級橫流風機轉速，調節后級軸流風機轉速，測得軸流風機臨界轉速。按照軸流風機與橫流風機串聯中第二種固定橫流風機轉速，調節軸流風機轉速測試方法，測得軸流風機臨界轉速（見表3）。然后根據臨界轉速測出軸流風機臨界點，并按橫流風機固定轉速進行曲線擬合，可得3條臨界曲線（見圖4a）。表3橫流與軸流風機串聯后級軸流風機臨界轉速表固定風機轉速工況1工況2工況3工況4工況5工況6工況7工況表4橫流與軸流風機串聯前級橫流風機臨界轉速表固定風機轉速工況1工況2工況3工況4工況5工況6工況7工況（2）固定后級軸流風機轉速，調節前級橫流風機轉速，測得橫流風機臨界轉速。按照軸流風機與橫流風機串聯中第一種固定軸流風機轉速，調節橫流風機轉速測試方法，測得橫流風機臨界轉速（見表4）。然后根據臨界轉速測出橫流風機臨界點，并按軸流風機固定轉速進行曲線擬合，可得3條臨界曲線（見圖4b）。從圖4看出，兩風機臨界曲線形狀不同，但變化趨勢相似，即在同一轉速下，隨著流量增加，壓力逐漸增加；相同流量下，隨著固定風機轉速的升高，對應風機壓力也逐漸增大。比較圖3和圖4可發現：軸流風機、橫流風機在串聯系統中前后位置不同，得出的同一風機臨界曲線形狀卻比較相似，如圖3a與圖4b。說明風機臨界曲線與對應單機性能較相似，隨串聯方式變化不大。另外，從圖中還可看出，兩種串聯方式中，橫流風機臨界曲線比軸流風機臨界曲線要平滑一些，說明橫流風機在串聯系統中較軸流風機穩定。３結論（1）軸流風機、橫流風機串聯運行，保證前級風機在串聯臨界點以上工作，可以提高風機串聯后總的壓力及流量。（2）軸流風機、橫流風機串聯運行，同一串聯方式中，兩風機對應串聯臨界曲線形狀不盡相同；不同串聯方式中，同一風機臨界曲線形狀相似。串聯系統中橫流風機較軸流風機穩定。（3）軸流風機、橫流風機串聯方式不同，各風機臨界曲線變化趨勢基本一致，即在同一轉速下，隨著流量的增加，壓力逐漸增加；同一流量下，隨著固定風機轉速的升高，對應風機的壓力也逐漸升高。
