1、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 , 或 。（二）风机(实际)全压 Hf与静压 Hs通风机的全压 Ht是通风机对空气作功，消耗于每 1m3空气的能量（Nm/m 3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，H t用以克服通风管网阻力 hR和风机出口动能损失 hv，即Ht=hR+hV, 441克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压 HS，P
2、aHS=hR=RQ2 4-4-2因 此 Ht=HS+hV 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 Nt，用下式计算：Nt=HtQ10-3 454用风机静压计算输出功率，称为静压功率 NS，即NS=HSQ103 4-4-5因此，风机的轴功率，即通风机的输入功率 N （kW）, 456或 4-4-7式中 t、 S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
3、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，h 4（负压）=P 4-P04(P4为 4断面绝对压力，P 04为与 4断面同标高的大气压力）。图 441 沿风流方向，对 1、4 两断面列伯努力方程hR14=
4、(P1+hv1+ m12 gZ12)- (P4+hv4+ m34 gZ34) 式 中 hR141 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；Z12、 Z34分 别 为 12、 34 段 高 差 ， m； m12、 m34分 别 为 12、 34 段 空 气 柱 空 气 密 度 平 均 值 ， kg/m3；因 风 流 入 口 断 面 全 压 Pt1等 于 大 气 压 力 P01， 即P1+hv1=Pt1=P01，又 因 1 与 4 断 面 同 标 高 ， 故 1 断 面
5、的 同 标 高 大 气 压 P01与 4 断 面 外 大气 压 P04相 等 。 又 m12gZ12 m34gZ34=HN 故 上 式 可 写 为hR14=P04-P4-hv4+HN hR14=|h4|-hv4+HN 即 |h4|=hR14+hv4-HN 4-4-9根 据 通 风 机 静 压 与 矿 井 阻 力 之 间 的 关 系 可 得HS+HN =|h4|hv4=ht4 4-4-10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，H N随季节变化，一般矿井，其值不大，因此，| h4|
6、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，则水柱计读数减小，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 Ht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Ht =|h4|hv4+hRd+hv5即 |h4|=Ht+hv4-hRd-hv5 4411式 中 hRd扩 散 器 阻 力 ， Pa ;hv5扩 散 器 出 口 动 压 ， Pa；根 据 式 4411 可 得Ht=hR12+ hRd+hv4Ht+HN=hR14+ hRd+hv5
7、 44122、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：hR12=(P1+hv1+ m1gZ1)-(P2+hv2+ m2gZ2)因 风 井 出 口 风 流 静 压 等 于 大 气 压 ， 即 P2=P02； 1、 2 断 面 同 标 高 ， 其 同标 高 的 大 气 压 相 等 ， 即 P01-P02， 故 P1-P2= P1-P01=h1又 m1gZ1- m2gZ2=HN 故上式可写为hR12=h1+hV1-hv2+HN所 以 风 机 房 水 柱 计 值 h1=hR12+hv2-hV1-HN又 Ht=Pt1-Pt1=Pt1-P0=P1+hv1-P0=h1+hv1H
8、t+HN=hR12+hv2 4413由式 4412和式 4413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 442 三、通风机的个体特性曲线当风机以某一转速、在风阻的管网上工作时、可测算出一组工作参数风压、风量、功率、和效率 ，这就是该风机在管网风阻为时的工况点。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为横坐标，以、和 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、
9、和 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( S)。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 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 t之关系为4-4-14式中 h d扩散器阻力。通风机装置静压 sd因扩散器的结构形式和规格不同而有变化，严格地说4-4-15式中 h Vd扩散器出口动压。比较式410 与式415 可见，只有当 hd+hVd s，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
10、因加扩散器而有所提高，即扩散器起到回收动能的作用。图 443 表示了 t、 td、 s和 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 td曲线低于 t曲线，但由于 hd+hVdhV，则说明了扩散器设计不合理。图 4-4-3 t、 td、 s和 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 444 和图 445 分
11、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。驼峰点以右的特性曲线为单调下降区段，是稳定工作段；点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又随增加而增大，只有在接近风流短路时功率才略有下降。因而，为了
12、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线在产品样本中，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 472 的形式给出，曲线只画出最大风压点右边单调下
13、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
14、，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：（1）压力系数 同系列风机在相似工况点的全压和静压系数均为一常数。可用下式表示：， 4-4-16或 4-4-17式中 和 叫全压系数和静压系数。 为压力系数，u 为圆周速度。（2）流量系数 由几何相似和运动相似可以推得4-4-18式中 D、u、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 风机轴功率计算公式 中的 H和 Q分别用式 4-4-17
15、和式 4-4-18代入得4-4-19同系列风机在相似工况点的效率相等，功率系数 为常数。、 、 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、 、 和 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 。利用式 4-4-17、4-4-18 和 4-4-19计算出该系列风机的 、 、 和 。然后以 为横坐标，以 、 和 为纵坐标，绘出 - 、 - 和 - 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 4-72-11和 G4-73-11型离心式通风机的类型曲
16、线，2K60 型类型风机的类型曲线如图 4-7-2（a)、(b)所示。可根据类型曲线和风机直径、转速换算得到个体特性曲线。需要指出的是，对于同一系列风机，当几何尺寸（D）相差较大时，在加工和制造过程中很难保证流道表面相对粗糙度、叶片厚度以及机壳间隙等参数完全相似，为了避免因尺寸相差较大而造成误差，所以有些风机（4-72-11 系列）的类型曲线有多条，可按不同直径尺寸而选用。图 446 图 447五、比例定律与通用特性曲线1、比例定律由式 4-4-17、4-4-18 和 4-4-19可见，同类型风机在相似工况点的无因次系数 、 和 是相等的。它们的压力 H、流量 Q和功率 N与其转速 n、尺寸
17、D和空气密度 成一定比例关系，这种比例关系叫比例定律。将转速 u=Dn/60 代入式 4-4-17、4-4-18 和 4-4-19得对于 1、2 两个相似风机而言， 、 、 ，所以其压力、风量和功率之间关系为：4-4-204-4-214-4-22各种情况下相似风机的换算公式如表 441所示。由比例定律知，同类型同直径风机的转速变化时，其相似工况点在等风阻曲线上变化。表 4-41 两台相似风机 H、Q、和 N的换算压力换算风量换算功率换算效率换算 1= 2例题 某矿使用主要通风机为 4-72-1120B 离心式通风机，其特性曲线如图 4-4-7所示，图上给出三种不同转速 n的 Ht-Q曲线，四条
18、等效率曲线。转速为n1=630r/min,风机工作风阻 R=0.05479.81=0.53657Ns 2/m8，工况点为M0（Q=58m 3/s,Ht=1805Pa)，后来，风阻变为 R=0.7932 Ns 2/m8，矿风量减小不能满足生产要求，拟采用调整转速方法保持风量 Q=58 m3/s，求转速调至多少？解 因管网风阻已变，故应先将新风阻 R=0.7932 Ns 2/m8的曲线绘制在图中，得其与 n1=630r/min曲线的交点为 M1，其风量 Q1=51.5 m3/s。在此风阻下风量增至Q2=58 m3/s的转速 n2，可按下式求得：n2=n1 Q2/Q1=63058/51.5=710r/min即转速应调至 n2=710r/min，可满足供风要求。图 4-4-8 4-72=1120B 离心式通风机特性曲线2、通用特性曲线为了便于使用，根据比例定律，把一个系列产品的性能参数，如压力 H、风量 Q、和转速 n、直径 D、功率 N和效率 等相互关系同画在一个坐标图上，这种曲线叫通用特性曲线。图 4-7-3为 G4-73系列离心式通风机的对数坐标曲线，在对数坐标图中，风阻 R曲线为直线，与 Q轴夹角为 63.,与机号线平行，大大简化了作风阻曲线的步骤。
