第四节通风机的实际特性曲线一、通风机的工作参数表示通风机性能的主要参数是风压H风量Q风机轴功率N、效率和转速n等。（一）风机（实际）流量Q风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积，亦称体积流量（无特殊说明时均指在标准状态下），单位为.丁： . 1 T 1一丄一或 0（二）风机（实际）全压Hf与静压HS通风机的全压 H是通风机对空气作功，消耗于每1吊空气的能量（Nm/m或Pa）, 其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差。在忽略自然风压时,Ht用以克服通风管网阻力hR和风机出口动能损失 hv,即Ht =h R+h v,44 1克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压Hs, Pa2Hs=hR=RQ4-4-2Ht =Hs+hv因此4-4-3（三）通风机的功率通风机的输出功率（又称空气功率）以全压计算时称全压功率N，用下式计算:10-3Nt=HQx4 5 4用风机静压计算输出功率，称为静压功率Ns,即Ns=HbQX 104-4-5因此，风机的轴功率，即通风机的输入功率N （kW）或10007.式中 t、4-4-7S分别为风机折全压和静压效率。设电动机的效率为m,传动效率为tr时,电动机的输入功率为Nm,则4-4-8二、通风系统主要参数关系和风机房水柱计（压差计）示值含义掌握矿井主要通风机与通风系统参数之间关系，对于矿井通风的科学管理至关重要。为了指示主要通风机运转以及通风系统的状况，在风硐中靠近风机入口、风流稳 定断面上安装测静压探头，通过胶管与风机房中水柱计或压差计（仪）相连接，测得所 在断面上风流的相对静压 h。在离心式通风机测压探头应安装在立闸门的外侧。水柱计 或压差计的示值与通风机压力和矿井阻力之间存在什么关系？它对于通风管理有什么实际意义？下面就此进行讨论。1、抽出式通风1 ）水柱（压差）计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系如图4-4-1 ,水柱计示值为4断面相对静压h4，h4 （负压）=P4-Po4（P4为4断面绝 对压力，P34为与4断面同标高的大气压力）。图 44 1沿风流方向，对1、4两断面列伯努力方程hR14=（P 1 +hv 1 + p m1 2 gZ12）- （P 4 + h v4+ p m3 4gZ34）式中hR14 1至4断面通风阻力，Pa ;P1、P4 分别为1、4断面压力，Pa ;hv1、hv4 分别为1、4断面动压，Pa；乙2、Z34 分别为12、34段高差，m；3 P m12、p m3 4 分别为12、34段空气柱空气密度平均值，kg/m ；因风流入口断面全压Pti等于大气压力Poi ,即Pi +h v i =Pt i =Po i，又因i与4断面同标高，故i断面的同标高大气压Poi 与4断面外大气压P04相等。又 p mi2gZ i 2 p m3 4 gZ34二Hn 故上式可写为hRi 4=P 04- P 4-h V4 + HNhRi 4=|h 4|-h v4 +Hn即|h 4| = h Ri4 + hv4-H N4-4-9根据通风机静压与矿井阻力之间的关系可得Hs + Hn =|h4| hv4=ht 44-4-10式4-4-9 和式 4410,反映了风机房水柱计测值h4与 矿井通风系统阻力、通风机静压及自然风压之间的关系。通常hv4数值不大，某一段时间内变化较小，厲随季节变化，一般矿井，其值不大，因此，|h 4|基本上反映了矿井通风阻力大小和通风机 静压大小。如果矿井的主要进回风道发生冒顶堵塞，则水柱计读数增大；如果控制通风 系统的主要风门开启。风流短路，贝V水柱计读数减小，因此，它是通风管理的重要监测 手段。2 ）风机房水柱计示值与全压H之间关系。与上述类似地对4、5断面（扩散器出口）列伯努力方程，便可得水柱计示值与 全压之间关系H = | h4 | 一 hv4+h Rd +h V 5即I h4| =Ht+hv4-h Rd-h v544 11式中hRd 扩散器阻力，Pa ;hv5 扩散器出口动压，Pa；根据式4 4 11可得H=h R1 2 + h Rd +hv4Ht +Hn二hR 14 +h Rd +hv54 4 122、压入式通风的系统如图4-4-2，对1、2两断面列伯努力方程得:h R12=(P 1+hv1+ P m1gZ1)-(P2 + h v2+ P m2gZ2)因风井出口风流静压等于大气压，即P2=P2； 1、2断面同标高，其同标高的大气压相等，P01 -P 0 2 ,故 P1-P 2= P 1-P01=h1乂 P m1gZ 1- P m2gZ2 = HN故上式可写为h R12=h 1 +h V1 -h v2+Hn所以风机房水柱计值h1=h R1 2 + h v2-h V1 -H NHt=Pt 1-P t1 =Pt 1-P o=P1+h v1 -P o=h 1+h v14 4 13H +HN = h R1 2 + h v2由式4 412和式4 413可见，无论何种通风方式，通风动力都是克服风道的 阻力和出口动能损失， 不过抽出式通风的动能损失在扩散器出口，而压入式通风时出口 动能损失在出风井口，两者数值上可能不等，但物理意义相同。图4 42三、通风机的个体特性曲线当风机以某一转速、 在风阻R的管网上工作时、 可测算出一组工作参数风压H、 风量0、功率N、和效率n,这就是该风机在管网风阻为R时的工况点。改变管网的风阻，便可得到另一组相应的工作参数，通过多次改变管网风阻，可得到一系列工况参数。 将这些参数对应描绘在以Q为横坐标，以H、 N和n为纵坐标的直角坐标系上，并用光滑曲线分别把同名参数点连结起来，即得H0、 N0和n0曲线， 这组曲线称为通风机在该转速条件下的个体特性曲线。有时为了使用方便,仅采用风机静压特性曲线(H s Q )。为了减少风机的出口动压损失，抽出式通风时主要通机的出口均外接扩散器。通常把外接扩散器看作通风机的组成部分，总称之为通风机装置。通风机装置的全压H t为扩散器出口与风机入口风流 的全压之差，与风机的全压H t之关系为% = & -阳4-4-14扩散器阻力。通风机装置静压H sd因扩散器的结构形式和规格不同而有变化，严格地说九二圧-傀+)4-4-15式中 h vd扩散器出口动压。比较式4 4 10与式4 4 15可见，只有当hd+hvdVhv时，才有H sdHs,即通 风机装置阻力与其出口动能损失之和小于通风机出口动能损失时，通风机装置的静压才会因加扩散器而有所提高，即扩散器起到回收动能的作用。图4 4 3表示了 H t、Htd、H s和H sd之间的相互关系，由图可见，安装了设计 合理的扩散器之后，虽然增加了扩散器阻力，使HtdQ曲线低于H tQ曲线，但由于hd+hvdVhv,故H sd Q曲线高于H sQ曲线(工况点由A变至A)。若hd+hvdhv,则说明了扩散器设计不合理。图 4-4-3 H ttds 和 H sd之间的相互关系图安装扩散器后回收的动压相对于风机全压来说很小，所以通常并不把通风机特 性和通风机装置特性严加区别。通风机厂提供的特性曲线往往是根据模型试验资料换算绘制的，一般是未考虑 外接扩散器。而且有的厂方提供全压特性曲线，有的提供静压特性曲线，读者应能根据 具体条件掌握它们的换算关系。图4 44和图4 45分别为轴流式和离心式通风机的个体特性曲线示例。 轴流式通风机的风压特性曲线一般都有马鞍形驼峰存在。而且同一台通风机的驼峰区随叶片装置角度的增大而增大。驼峰点D以右的特性曲线为单调下降区段，是稳定工作段：点D以左是不稳定工作段，风机在该段工作，有时会引起风机风量、风压和电动机功率的急剧波动，甚至机体发生震动，发出不正常噪音，产生所谓喘振（或飞动）现象，严 重时会破坏风机。离心式通风机风压曲线驼峰不明显，且随叶片后倾角度增大逐渐减小， 其风压曲线工作段较轴流式通风机平缓；当管网风阻作相同量的变化时，其风量变化比 轴流式通风机要大。离心式通风机的轴功率N又随Q增加而增大，只有在接近风流短路时功率才略 有下降。因而，为了保证安全启动，避免因启动负荷过大而烧坏电机，离心式通风机在 启动时应将风硐中的闸门全闭，待其达到正常转速后再将闸门逐渐打开。当供风量超过需风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。轴流式通风机的叶片装置角不太大时，在稳定工作段内，功率N随Q增加而减小。所以轴流式通风机应在 风阻最小时启动，以减少启动负荷。图 5-4-4轴流式个体特性曲线图5-4-5离心式通风机个体特性曲在产品样本中，大、中型矿井轴流式通风机给出的大多是静压特性曲线；而离 心式通风机大多是全压特性曲线。对于叶片安装角度可调的轴流式通风机的特性曲线，通常以图4 7-2的形式给出，HQ曲线只画出最大风压点右边单调下降部分，且把不同安装角度的特性曲线画在同一坐标上，效率曲线是以等效率曲线的形式给出。四、无因次系数与类型特性曲线目前风机种类较多，同一系列的产品有许多不同的叶轮直径，同一直径的产品 又有不同的转速。如果仅仅用个体特性曲线表示各种通风机性能，就显得过于复杂。还 有，在设计大型风机时，首先必须进行模型实验。那么模型和实物之间应保持什么关系？ 如何把模型的性能参数换算成实物的性能参数?这些问题都要进行讨论。(一) 无因次系数1通风机的相似条件两个通风机相似是指气体在风机内流动过程相似，或者说它们之间在任一对应 点的同名物理量之比保持常数，这些常数叫相似常数或比例系数。同一系列风机在相应工况点的流动是彼此相似的， 几何相似是风机相似的必要条件，动力相似则是相似风机的充要条件，满足动力相似的条件是雷诺数R e ()和欧拉数Eu=()分别相等。 同系列风机在相似的工况点符合动力相似的充要条件。2、无因次系数无因次系数主要有：同系列风机在相似工况点的全压和静压系数均为一常数。可(1) 压力系数工用下式表示：4-4-16或4-4-17式中r和-叫全压系数和静压系数。门 为压力系数，U为圆周速度。(2) 流量系数丨由几何相似和运动相似可以推得丄一启常数44-4-18式中 D、u、一分别表示两台相似风机的叶论外缘直径、圆周速度，同系列 风机的流量系数相等。（3）功率系数丄风机轴功率计算公式1 :中的H和Q分别用式4-4-17和式4-4-18 代入得竺匹妙=亦=常数壬沁 *74-4-19同系列风机在相似工况点的效率相等，功率系数打为常数。-、川三个参数都不含有因次，因此叫无因次系数。（二）类型特性曲线、二、/和n可用相似风机的模型试验获得，根据风机模型的几何尺寸、实验条件及实验时所得的工况参数Q H、N和n。利用式4-4-17、4-4-18和4-4-19计算出该系列风机的 -、和n。然后以L-为横坐标，以二、厂和n为纵坐标，绘 出巴 -丄和n-二曲线，此曲线即为该系列风机的类型特性曲线，亦叫通风机的无因次特性曲线和抽象特性曲线。图4-4-6和力图4-4-7分别为4-72