风机功率计算
对旋轴流通风机的功率特性及其计算机数据处理的改进
吴秉礼/沈阳人民风机厂
韩宏亮/邯郸市东方风机制造有限公司 摘要：对国内对旋轴流通风机产品样本给出的功率特性曲线发表了意见，对目前使用的性能试验数据处理的计算程序提出了改进建议。
关键词：对旋式轴流通风机 功率特性 数据处理 程序 中图分类号：TH432,1 文献标识码：B 文章编号：1006-8155（2006）06-0020-04
Improvement on Power Characteristics and Computer Data Treatment of Counter-rotating Axial Fan
Abstract: Suggestions are provided on Power characteristics curve given by the simple of domestic counter-rotation axial fan. Improvement measures are put forward on computer program of performance test data process at present.
Key words: Counter-rotating axial fan Power characteristic Data treatment Program
1 引言
GB/T1236-2000《工业通风机 用标准化风道进行性能试验》和GB3235-1999《通风机基本型式尺寸参数及性能曲线》，对通风机性能曲线的表征形式和内容均作了明确的规定。 近10余年来，对旋轴流通风机在我国煤矿、金属矿等得到了广泛应用。然而，至今矿用对旋轴流通风机的功率特性曲线大都仍沿用非对旋轴流通风机功率特性曲线的表征形式，如图1所示。笔者以为，这种作法是不适宜的，这种表征方式是不可取的。
图1 对旋轴流通风机气动性能曲线
对旋轴流通风机实质上是两个单级叶轮的串联，并且是按压力等量分配和互为导叶的原则进行气动设计的。由于两个叶轮互为反向旋转，速度三角形发生新的变化, 致使Ⅰ、Ⅱ级叶轮叶片的扭曲角度和实度（即稠度）完全不同，Ⅱ级叶轮叶片的工作条件更为恶化，从而导致Ⅰ、Ⅱ级的功率特性（曲线）不尽相同。具体说来就是，当两个叶轮叶片的安装角度φⅠ/φⅡ一定时，与流量Q 、压力p （静压或全压）相对应的Ⅰ级、Ⅱ级叶轮的轴功率并非相等，即P sh Ⅰ≠P sh Ⅱ; 只有在最高效率点处，才有P sh Ⅰ=P sh Ⅱ或P s h Ⅰ≈P sh Ⅱ，如图2所示。因此，对旋轴流通风机的功率特性不应仿照图1那样绘制总功率曲线，而应像图2那样，分别绘制、给出Ⅰ级、Ⅱ级的功率特性曲线。这样做，不仅显示出对旋轴流通风机Ⅰ级、Ⅱ级功率特性
的区别，而且有利于对旋风机的选型、电机功率的确定以及风机的安全运行。
图2 带扩压器的OBB-79-80型对旋轴流通风机气动性能曲线（无因次）
[2]
[1]
2 数据处理的改进
执行GB/T1236-2000标准时，采用人工手算的方法是难以对采集数据进行处理的，必须通过编制程序用计算机进行运算。然而，目前国内编制的计算程序，只能得到对旋轴流通
风机总功率的特性曲线，而不能获得Ⅰ、Ⅱ级各自的功率特性曲线。然而实际上，只要对现有程序稍加补充和改进即可实现，具体方法如下： 通风机效率为
η=pQ /P sh (1) 或可写为
sh
η=pQ (2)
1P
对旋轴流通风机的轴功率P sh 为 Ⅰ级叶轮轴功率 P sh Ⅰ和Ⅱ级叶轮轴功率P sh Ⅱ 之和，即 P sh = P sh Ⅰ+ Psh Ⅱ （3） 于是式（2）可写成
1
η 若定义
=
P sh I+P sh ⅡP P
=sh I+sh Ⅱ (4)
pQ pQ pQ
P sh I
pQ
=
1
ηI
*
*
亦即 ηI= 若定义
P sh ⅡpQ
=
pQ P sh I
（5）
1
ηⅡ
*
亦即 ηⅡ=P （6） sh Ⅱ 则式（4）可表达为
1=1+
1
*
pQ
η
ηI
*
ηⅡ
*
*
从而得到 η=
ηIηⅡ
*
*
ηI+ηⅡ
*
（7）
式（5）、式（6）分别称作对旋轴流通风机Ⅰ级叶轮和Ⅱ级叶轮的虚拟效率。 在以上效率关系公式中，当风压p 为静压时，则为静压效率；风压p 为全压时，则为全压效率。
由式（7）可知，对旋轴流通风机的静压或全压效率可通过Ⅰ、Ⅱ级叶轮的虚拟静压效率或虚拟全压效率表征和求得。具体做法：将原程序中先输入P sh 改为输入P sh Ⅰ，算出各工况下的Q 、p 、P sh Ⅱ、ηⅡ值；再输入P sh Ⅱ，算出对应工况下的Q 、p 、P sh Ⅱ、ηⅡ值，最后用式（7）算出相应的η。这样，只要在原程序中加入虚拟效率的计算步骤，即可得到对旋风机的η—Q 效率曲线，Ⅷ并同时获得P sh Ⅰ—Q 、P sh Ⅱ—Q 功率特性曲线。
*
*
3 举例
以邯郸市东方风机制造有限公司的FBD №5对旋轴流通风机为例：叶轮直径D =500mm,工作转速n =2900r/min，叶轮与电机直联，电机功率P =2×7.5kW ，采用进气试验装置，电测法测定功率。
表1为叶片安装角φⅠ/φⅡ=38°/9°时，气动性能试验相关参数的测定结果。
表1 叶片安装角φⅠ/φⅡ=38°/9°时气动性能试验相关参数的测定结果
利用煤科院重庆分院矿用设备检测检验中心提供的计算程序，计算得到测试状态下FBD №5对旋风机气动性能，见表2。表中的轴功率为风机的总轴功率，即Ⅰ、Ⅱ级叶轮轴功率之和：P ｓｈ＝(P Ⅰ+P Ⅱ) η电，P
Ⅰ、P Ⅱ取自表1。
表2 测试状态下FBD №5对旋风机气动性能算结果（测试状态下）。
表3 Ⅰ级叶轮轴功率与虚拟效率的计算结果
表4 Ⅱ级叶轮轴功率与虚拟效率的计算结果
线），并同时获得Ⅰ级和Ⅱ级轴功率的特性（曲线），其最终结果见表5（测试状态下）。
表5 Ⅰ级、Ⅱ级轴功率的特性（曲线）最终结果
４ 结论
对旋轴流通风机的功率特性曲线应按Ⅰ、Ⅱ级分别绘制并给出。引入虚拟效率的定义后，在现有程序的基础上稍加补充改进即可实现。
参 考 文 献
［1］吴秉礼. 对旋矿用轴流通风机的若干思考[J].风机技术，2002(3)：40-44.
［2］陈富礼，于绍和，译. 通风机气动略图和特性曲线[M].煤炭工业出版社，1986.