第3章--通风机械和通风设施.ppt

第三章 通风动力2024/5/22 周三本章学习目标1.掌握自然风压的计算方法2.了解通风机械类型及构造原理3.掌握通风机工作参数与实际特性曲线4.了解通风机附属装置及设施5.掌握通风机合理工作范围及其调节2第一节 自然通风及动力 自然通风：由有限空间内外空气的密度差、大气运动、大气压力差等自然因素引起有限空间内外空气能量差，促使有限空间的气体流动并与大气交换的现象。自然通风动力（自然风压）：促使有限空间内气体流动的能量差。自然通风的应用：（1）单层工业厂房 （2）多层或高层工业建筑中的热车间 （3）特种（殊）建筑物、构筑物及容器 （4）各类建筑物中的防排烟系统第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施3一、自然通风的产生 例1：烟囱内外密度差形成（烟囱效应）例2：工业厂房密度差形成第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施4 例3：矿井密度差形成的自然通风第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施5 例4：大气运动形成的自然通风第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施6 由上述例子可知，有两种情况可产生自然风压：一是某一有限空间存在与大气相连且具有一定高度差的两个通道，且其空气密度与大气密度不同时。二是大气运动与建筑物相遇时，气流绕流建筑物。2024/5/22 周三7二、自然风压HN的计算 1.密度差形成的自然风压计算 根据自然风压定义，自然风压HN可用下式计算式中 z与大气温度或密度不等的有限空间高度，m；g重力加速度，m/s2；1、2分别为0-1-2和5-4-3空间的dZ段空气密度，kg/m3。分别以空气密度平均值m1、m2代替1、2后，简化可得：第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施8 2.大气运动（风压）形成的自然风压计算 风向一定时，建筑物外表面上某一点的风压大小和室外气流的动压成正比，HN可用下式表示式中 A空气动力系数；vw室外空气流速，m/s；m室外空气密度，kg/m3。穿堂风 3.密度差与大气运动（风压）合成的自然风压计算第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施9三、自然风压的影响因素 1.密度差形成的自然风压的影响因素 可用下式来表示 （1）某一回路中两侧空气柱的温差 影响气温差的主要因素是大气气温、风流与有限空间内的热交换。（2）空气成分、湿度和大气压力 （3）与大气温度或密度不等的有限空间高度第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施10 2.大气运动（风压）形成自然风压的影响因素 （1）室外空气风速 （2）室外温度T、大气压p和相对湿度 （3）建筑物形状、风向 在实际通风设计中，自然通风仅以密度差形成自然风压作用计算。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施11第二节 通风机械类型及构造一、通风机械设备的分类 1.按气流运动方向分类 （1）离心式通风机 气流进入旋转的叶片通道，在离心力作用下气体被压缩并沿着半径方向流动，如图所示。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施12叶片出口构造角2：流道出口处风流相对速度w2的方向与圆周 速度u2的反方向夹角。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施13第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施14 （2）轴流式通风机 使气流轴向进入风机叶轮后，在旋转叶片的流道中又沿着轴线方向流动的通风机。特点：流量大、体积小、压头低。（3）混流式（斜流式）通风机 叶轮轮毂和主体风筒的形状为圆锥形 特点：压力系数高于轴流式风机，流量系数高于离心式风机第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施15（4）横流式通风机 也称贯流式通风机，内有一个筒形的多叶叶轮转子，气流沿着与转子轴线垂直的方向，从转子一侧的叶栅进入叶轮，然后穿过叶轮转子内部，通过转子另一侧的叶栅，将气流派出。特点：动压较高，气流不乱，但效率较低。适用装置在各种扁平或细长形的设备里。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施16第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施17第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施18第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施19 2.按产生风流的方式分类 （1）叶轮旋转式通风机 通过电机使叶轮旋转产生风量、风压；效率高，应用广泛。（2）流体射流通风装置 通过一定压力的液体或气体在风道中射流卷吸作用喷射而产生风量、风压；效率较低，但适用于一些特殊场合，如有爆炸性气体或粉尘的场所。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施20 3.按产生空气压力的高低分 可分为通风机和鼓风机。（1）通风机：排气压力低于11.27104 Pa （2）鼓风机：排气压力在11.27104Pa 34.3104 Pa范围内第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施21 4.按通风机服务范围分类 主要通风机：为整个通风系统服务。局部通风机：为通风系统局部地段服务。5.按用途分类 （1）一般通风换气用通风机 只适宜输送温度低于80的空气。（2）行业专用通风机 （3）特殊要求通风机第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施22 防爆通风机选用与砂粒、铁屑等物料碰撞时不发生火花的材料制作；防腐通风机输送的气体介质较为复杂，所用材质因气体介质而异；高温通风机消防用排烟通风机；输送气体温度在300以上的工业炉用通风机；粉体用通风机适用于输送含尘气体，分为直吹式和吹吸式两种。（4）其他类型通风机 如屋顶通风机、空调用通风机、冷却塔用通风机等。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施23防爆屋顶通风机 屋顶轴流强制通风机 第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施24二、离心式通风机的构造和工作原理 1.通风机构造 离心式通风机一般由进风口、工作轮（叶轮）、螺形机壳和前导器等部分组成。见图3-8。工作轮是对空气做功的部件。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施25第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施26第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施27第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施28 2.工作原理 电机通过传动装置带动叶轮旋转，叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转，获得离心力，经叶端被抛出叶轮，进入机壳，在机壳内速度逐渐减小，压力升高，经扩散器排出。同时，在叶片入口（叶根）形成较低的压力（低于进风口压力），则此压力差使进风口的风流流入叶片流道，自叶根流出。如此源源不断，形成连续的流动。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施29三、轴流式机械通风机的构造和工作原理 1.风机构造 主要由进风口、叶轮、整流器、风筒、扩散（芯筒）器和传动部件等部分组成。见图3-9。叶轮：增加空气的全压。整流器：减小动能和涡流损失。环形扩散（芯筒）器：使流出气流逐渐扩大到全断面，部分动压转化为静压。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施30第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施31第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施32第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施33 2.工作原理 当叶（动）轮转动时，翼栅以圆周速度u移动。处于叶片迎面的气流受挤压，静压增加；同时，叶片背面的气体静压降低，翼栅受压差作用，但受轴承限制，不能向前运动，则叶片迎面的高压气流由叶道出口流出，翼背的低压区“吸引”叶道入口侧的气体流入，形成穿过翼栅的连续气流。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施34 四、流体射流通风器的构造和工作原理 又称引射器，分为水气射流通风器和气气射流通风器。1.水气射流通风器 由喷嘴、吸入室喉管、扩散管以及风筒等部件组成。见图3-11。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施35第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施3676582第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施37 工作原理：将高压的工作流体7，由压力管送入工作喷嘴6，经喷嘴后压能变成高速动能，将喷嘴外围的液体(或气体)带走。此时因喷嘴出口形成高速使扩散室2的喉部吸入室5造成真空，从而使被抽吸流体8不断进入与工作流体7混合，然后通过扩散室将压力稍升高输送出去。由于工作流体连续喷射，吸入室继续保持真空，于是得以不断地抽吸和排出流体。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施38 水气射流通风器基本性能方程简化式：式中 hs1压力比；1、2喷嘴、喉管的速度系数；q吸入气体体积流量与喷水工作流量比；m喉管与喷嘴面积比；kj、Aj与面积比m、喉管长度L、扩散角a2有关的系数，通过试验确定。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施39 2.气气射流通风器 结构与水气射流通风器基本相同。采用一定压力的压缩空气作为工作流体进行喷射。分为两种：一种是中心喷射式；一种是环隙喷射式（如图3-12所示）。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施40第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施41 气气射流通风器的特性与压缩空气的射流压力及喷嘴的结构和大小有关。压缩空气的射流压力升高，引射的风量和压力均增加，耗气量也增加。为提高供风量和送风距离，除提高射流通风器的射流压力外，还采取多台射流通风器分散串联工作的方式。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施42第三节 通风机实际特性曲线一、通风机工作参数 1.通风机（实际）风量Q 一般指单位时间内通过通风机入口空气的体积，也称体积流量（标准状态下），单位为m3/h、m3/min或m3/s。2.通风机（实际）全压Ht与静压Hs 全压：对空气做功，消耗于单位体积空气的能量（单位为Nm/m3或Pa），其值为通风机出口风流的全压与入口风流全压之差。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施43 Ht用以克服通风道网阻力h和通风机出口动能损失hv，即 Ht=h+hv 静压Hs（Pa）：克服管网通风阻力的风压。Ht=Hs+hv 当流动处于紊流粗糙区时，Hs=RQ2 3.通风机的功率 通风机的输出功率，指单位时间内通风机对空气所作的功，是风流压力和风量的乘积。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施44 分为全压功率Nt和静压功率Ns。Nt=HtQ，W Ns=HsQ，W 4.通风机的效率 指通风机的输出功率和输入功率的比值，也分全压效率t和静压效率s。设电动机的效率为m、传动效率为t时，电动机的输入功率为Nm，则第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施45二、通风机个体特性曲线 通风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数，如Q、H和N等称为工况点，一般工况点是指Q和H两参数。通风机在某一转速条件下，通过改变管网风阻得到的H-Q、N-Q和-Q曲线，称为通风机在该转速条件下的个体特性曲线。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施46 通风机装置的全压Htd为扩散器出口与通风机入口风流的全压之差，与通风机的全压Ht之间关系为 Htd=Ht-hks式中 hks扩散器阻力。通风机装置静压hsd,Hsd=Ht （hks+hdk）式中 hdk扩散器出口动压。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施47“马鞍形驼峰”第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施48第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施49 离心式通风机风压曲线工作段较平缓；当管网风阻做相同量变化时，其风量变化比轴流式通风机要大。轴流式通风机应在风阻最小时启动，以减小启动负荷。离心式通风机在启动时应将风道中的闸门全闭，待其达到正常转速后再将阀门逐渐打开。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施50三、通风机相似定律 1.通风机相似理论的作用 （1）设计时减小制造费用和试验费用。（2）使计算简单、性能可靠。（3）改变条件时，进行性能参数的相似换算。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施51 2.通风机的相似条件 必须满足以下三个条件：（1）几何相似：指两台通风机的各流动部件对应的线性尺寸成同一比例，对应角均相等。（2）运动相似：指两通风机的各对应点的同名速度方向相同，速度之比相等，即各对应点上的速度三角形相似。（3）动力相似：指对应点上的流体质点所受的各同名力的比值相等，方向相同。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施52 3.无因次系数 （1）根据几何相似和运动相似式中，D、u分别表示相似通风机的叶轮外缘直径、圆周速度。(2)根据几何相似和动力相似式中，H通风机全压或静压。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施53 （3）由全压效率t和静压效率s的表达式，可得通风机轴功率N通用计算式为式中，通风机全压或静压效率。将上面的前两式代入第三式，得上面各式中，、分别表示流量系数、压力系数和功率系数，均为无因次系数。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施54 如n表示风机转速，圆周速度u与转速的关系为u=Dn，代入上面三式，则可得：（1）流量关系：（2）风机全压与静压相似关系：（3）风机轴功率相似关系：第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施55 四、类型特性曲线与通用特性曲线 以 为横坐标，以 、和h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，也叫通风机的无量纲特性曲线和抽象特性曲线。图3-15为离心式通风机的类型曲线，G4-73系列离心式通风机的类型曲线如图3-16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。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施56第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施57第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施58第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施59第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施60第四节 通风机附属装置及设施一、消声隔声设施 1.降低通风机噪声的途径 （1）降低通风机声源噪声 a.合理选择通风机的机型 b.通风机的工作点应接近最高效率点 c.在可能条件下适当降低通风机的转速 d.设计通风系统应尽量减少通风阻力 e.气流在管道内的流速不宜过高 f.注意通风机与电机的传动方式第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施61 （2）在传递途径上对通风机噪声抑制 a.在通风机的进、出口上装配恰当的消声器 b.通风机设减振基座，进、出风口用软管连接 c.对通风机做隔声处理 d.在通风机的进、排气通道采取消声措施 e.将通风机布置在远离要求安静的房间 （3）维修保养 及时维护保养，定期检修，及时更换破损零部件第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施62 2.消声器的分类 消声器是一种能阻止噪声传播，同时也能让气流顺利通过的装置。按其消声原理，可分为：（1）阻性消声器 利用吸声材料消声，将一部分声能转化为热能。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施63 （2）抗性消声器 基于声电滤波原理，通过消声器内不同声阻、声顺、声质量的适当组合消除特定频率的噪声。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施64 （3）扩散消声器 在其器壁上设许多小孔，气流经过小孔喷射后，通过降压减速，达到消声目的。主要用于消除以低频或低中频噪声为主的设备声源。（4）缓冲式消声器 利用多孔管及腔室的阻抗作用，将脉冲流转换为平滑流的消声设备 （5）干涉型消声器 利用波的干涉原理，在气流通道上设一旁通管，使部分声能分岔到旁通管里第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施65 （6）阻抗复合消声器 阻性消声器对中、高频消声效果较好，抗性消声器对低、中频消声效果较好，将两者结合起来组成阻抗复合消声器。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施66第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施67第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施68 消声器选择注意事项 e.消声器的通道流速一般控制在515m/s范围内 a.根据通风机的噪声级、现场可能产生的主要声音频率范围等因素选择 c.通过消声器的气流含水量或含尘量较多时，不宜选用阻性消声器 d.消声器额定风量应大于等于通风机的实际风量第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施69 3.隔声设施 隔声：在声源与离开声源的某一点之间，设置一个隔声构件，或把声源封闭起来，使噪声与人的工作环境隔绝起来。通常采用的隔声设施：隔声罩、隔声门、隔声窗、隔声室。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施70二、减振器 两个作用：保护通风机及其他装置；减小噪声。1.减振器类型 （1）空气弹簧减振器 利用空气内能 （2）金属螺栓弹簧减振器 （3）预应力阻尼弹簧减振器 具有金属螺栓弹簧减振器和橡胶减振器双重优点，克服弹簧减振器阻尼小的缺点第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施71第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施72 （4）橡胶减振器 阻尼大，隔离高频噪声效果好 （5）橡胶减振垫 价廉，易受温度、油质、臭氧、日光、化学溶剂的侵蚀，易老化 （6）不锈钢金属钢丝减振器 阻尼大、耐油、耐高低温，寿命长，加工工艺复杂，价格高，防冲击性性能好第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施73第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施74第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施75第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施76第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施77 2.选用减振器的原则 a.通常采用频率比f/f0在2.56之间的减振器，值越大，减振效果越好。b.减振器承受的荷载应大于允许工作荷载值的5%10%。c.支撑点数目不应少于4个，设备较重或尺寸较大时，可用68个。d.使用减振器时，设备重心不宜太高，以免发生摇晃。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施78三、扩散器 指断面逐渐扩大的风道，主要位于通风机出口或抽出式通风系统的末端。（风帽）总的原则是：扩散器的阻力小，出口动压无回流四、反风装置及防爆门（盖）1.防爆门（盖）的作用：（1）当井下发生气体或粉尘爆炸时，受高压气浪的冲击，自动打开，以保护主要通风机 （2）在正常情况下它是气密的，防止风流短路第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施79 2.反风装置：使井下风流反向，以防止进风系统发生火灾时产生的有害气体进入作业区；适应救护工作。常用的反风方法：a.设专用反风道反风；b.利用备用通风机做反风道反风；c.通风机反转反风；d.调节动叶安装角反风。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施80第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施81第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施82第五节 通风机合理工作范围及工况点调节一、通风机合理工作范围 1.离心式通风机 运转效率不低于0.6。2.轴流式通风机 上限为最大风压0.9倍的连线、下限为=0.6的等效曲线，且通风机叶（动）轮的转速不应超过额定转速。实测的风机装置特性曲线。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施83二、工况点的调节 实质上就是供风量的调节。工况点由通风机和风阻两者的特性曲线决定，故调节方法主要如下：1.改变通风机特性曲线 特点：系统总风阻不变，改变通风机特性，工况点随风阻特性曲线移动。（1）装有前导器的离心式通风机，可以改变前导器叶片转角进行风量调节。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施84 （2）轴流通风机可采用改变叶片安装角或叶片数达到增减风量的目的。（3）改变通风机转速 两类通风机均可适用。a.改变电机转速。b.利用传动装置调速。2.改变风阻特性曲线 （1）减风调节 a.增阻调节。对于离心式通风机可利用风道中阀门增阻（减小其开度）。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施85 b.轴流式风机，可采用增大外部漏风的方法。（2）增风调节 a.减少系统总风阻。优点：主要通风机的运转费用经济；缺点：工程费用较大。b.堵塞外部漏风 优点：实施简单，经济效益较好；缺点：调节幅度不大。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施86思考题1.简述大气运动（风压）和密度差形成自然风压的影响因素。2.表示通风机性能的主要参数有哪些？简述通风机全压的含义。3.离心式和轴流式通风机的个体特性曲线有哪些区别？4.什么是通风机合理工作范围？如何调节工况点？计算：教材P82-12、13题。第三章第三章 通风机械和通风设施通风机械和通风设施87