负压排气原理及其应用.pdf

6 节能2 0 0 1 年第7 期文章编号：1 0 0 4-7 9 4 8(2 0 0 1)0 7 0 0 0 6 0 4文献标识码：A中图分类号：T K 2 6 3 5负压排乏原理及其应用(沈阳航空工业学院动力系，沈阳1 1 0 0 3 4)申振华摘要：介绍了负压排气原理及其在国民经济中的应用。只要有排气(或通风)的场合，例如通风除尘、燃气轮机、烟囱等，采用这一技术均可带来巨大的经济效益。关键词：负压；烟囱；通风；排油烟机l 引言节约能源是我国发展经济的一项长远战略方针。有资料表明，我国能源效率仅为3 6 左右，相当于发达国家8 0 年代的效率水平，主要工业产品能耗比发达国家高3 0 1 0 0 面对我国即将加人W T O，我们必须千方百计降低能耗和产品的生产成本，才能在世界范围的竞争中立于不败之地。但是不尽如人意的是，许多企业领导的眼睛只盯着“高、精、尖”，却对眼前只需稍做努力即见显效的事情不感兴趣，例如他们对风机中精确的三元流计算(充其量可以提高效率3 4)钟爱有加，却对可以轻易提高效率1 0 3 0 的“常规”系统设计不屑一顾，真可谓捡起芝麻(却未必捡得到)，丢了西瓜。本文对负压排气原理进行了多方面的应用研究，认为只要有排气的地方，均可运用此原理，要么在动力不变的情况下增大排气量，要么在排气量不变的情况下，显著节约动力消耗；由于该原理的应用具有明显的“分散效应”，即各使用单位因应用有限，似乎经济效益不甚显著，但若在更大或全国范围内采用，则将获得巨大的经济效益。2 负压排气原理为简便起见，假定流体为无粘性的低速不可压缩流动，见图l。由流体力学中的柏努利方程可知：P=P l+扣V 2=只+p 曙二二1=只+p 哼=常数(1)式中P L 来流总压；P 卜分别为任一流动截面上的静压和流速；只一大气压力。图1 负压排气原理图在直排气管(图l a)情况下，出口截面e 一e 处压力P l=只，排气速度为V；如果在其后端接上一段扩张角为口的扩张段，则扩张排气管(图1 一b)情况下，出口截面e e 处压力B=只，排气速度为K。由方程(1)，K=V。因为气流在扩张段中的流动为减速扩压，所以有P I K=V，即由于加接了适当的扩张段，使原出口e 7 一e 处的压力P 1 7 比大气压力只低，因此称作负压排气。应用这一原理，使得同样尺寸的排气管道排气流量大大增加；或者排气“反压”降低，从而节省动力消耗下面结合实例谈谈这一原理的具体应用3 通风除尘3 1 实验装置实验是在离心通风机实验装置上进行的，如图2 所示在离开风机和出口足够远的直管 万方数据2 0 0 1 年第7 期节段某截面A A，用皮托管测量其总、静压分布，并积分计算风机流量。风机转速不变图2 离心风机实验装置结构图3 2 实验结果及分析在原型(圆筒)出口管和加接扩张段情况下进行对比测量，发现对于长度直径比I d 为l的9。扩张角的出口管的流量比原型流量增大了约1 5 这就是说，如果用于通风除尘，采用负压排气技术，室内工作环境比原来可大大改善；另一方面，如果保持通风量一定，则可以显著节省动力消耗。风机是工业生产中的耗能大户，有资料表明，风机能耗约占全国总用电量的1 5 以上。综观目前各地的风机排气筒，基本上都是等截面(圆，方)直管形的，如果全面采用负压排气技术，尽管对每个部门的耗能节约可能并不显著，但对含地区、一个省乃至全国，其节约量将是十分惊人的，应当引起各部门领导的足够重视。4 燃气轮机发电燃气轮机发电是航空发动机地面使用的典型例子，它机动灵活、结构紧凑、占地面积少，特别适合于交通不便的边远地区或海上的电力供应，也可作为城市用电高峰时的补充。其工作原理如图3 所示。图3 燃气轮机发电原理图在燃气轮机中，空气流过由压气机、燃烧室和涡轮组成的燃气发生器，高温高压燃气在动力涡轮中进一步膨胀做功，带动同轴上的发电机发电，废气经由e e 截面进入高大的烟囱(未示出)并排出，在进气条件和燃气发生器转数不变时，发电量的多少直接取决于动力涡轮的膨胀比，而这个膨胀比直接由动力涡轮后截面5 处的反压只所决定，反压只越低，动力涡轮的膨胀功越多，发电量也就越大。一般来说，为了提高膨胀比，设计者总是将5 一e 段设计成扩张型的，但是由于气流在其中减速扩压流动，气流会产生附面层分离而造成较大的流动损失，所以扩张角通常控制在1 2。以内这就是说，仅靠这一次扩张，不可能使动力涡轮的膨胀比增加太多。现在，在外接的高大烟囱出口，再次利用负压排气原理，则可以进一步降低反压只，从而进一步增大动力涡轮的膨胀比，以使发电量大大增加。据初步估算，对于功率为4 万k W 的燃气轮机发电机，采取上述负压排气技术，每天(2 4 h)可多发电l 万k W h，具有可观的经济效益5 排油烟机排油烟机是现代家庭厨房中的必备设施，对于改善居室环境，保护人民健康，提高人们生活质量有重要作用。在选购排油烟机时，人们往往只追求其内在质量，而忽视其排气管(作为附件)的作用人们习惯于从市场上选购锥形排气管(因为烟囱一般都是这样的)，如图4 所示，认为只要排油烟机质量好，排气管无关紧要，实际上这是一种十分错误的认识。我们曾对排油烟机的排气管做过一些研究。萑一翟图44 种不同外形的排油烟机排气管5 1 实验装置与实验件实验装置与图2 类似，只不过这里将离心 万方数据8节能2 0 0 1 年第7 期式风机换成了一台排油烟机。实验件如图4 所示。实验件有五种：(1)9。收缩管，f d=2 0，(图4 一a)；(2)直径为d 的直管，长f，(图4 一b)；(3)9。扩张管，t d=2 0，(图4 一c)；(4)0=1 2。的扩张管，I t d=1 0，(图4 一d)；(5)p=1 6。的扩张管，I，d=1 0，(图4-d)。为了保证同等比较，各管进口直径d 相同，而且各管总长度相同。5 2 实验结果与分析通过皮托管测得测量截面的流速分布，进而求得体积流量的相对增量Q Q。以市售9。收缩管为基准，各实验件的测量结果见表l。表l 测量结果验件0 值数据9 0(收缩)0。(直管)9。(扩张)1 2。(扩张)1 6。(扩张)a Q Q()O2 3 7 63 6 2 43 0 7 43 0 3 4从表l 中实验结果可见，在电机功率不变时，只需将市售的、且为人们所认可的9。收缩排气管改成9。扩张排气管，其排油烟量将提高3 6 2 4；或者在保持净化效果(排油烟量)相同的情况下，9。扩张排气管将比常规的9。收缩排气管节约3 6 2 4 的电费。从表1 中还可看出，即使是等截面直管，也比9。收缩管要好得多。1 2。、1 6。扩张管均比9。收缩管要好得多，只不过由于扩张角过大，可能导致局部气流分离，而使节能效果比不上9。扩张管的好。6 烟囱烟囱是火力发电厂的主建筑物之一，也是广大农户家庭的必备设施，其主要功用是产生自然抽力将烟气排出，从而保证燃烧的顺利进行。不管是自然通风式还是强制送风式烟囱，其抽力必须保证克服烟囱内部风道中的阻力。上述负压排气的概念在这里也是十分有效的传统的烟囱形状多是锥形的，按照上述的观点，这必然增加排气阻力，改进的形状应当是在原有烟囱上端加接或改造成扩张形的，如图5 所示。6 1 强制通风烟囱按照前面的论述，有扩张段的烟囱理应比传统的锥形烟囱有更大的(负压)抽力这就图5 自然通风式与强制通风式烟囱的外形比较使得可以适当降低烟囱建造高度(对大型电厂来说，烟囱造价是相当高的)，节省建筑成本；对于正常运行阶段，由于烟道阻力减少，可以节约送风功率，从而产生很大的经济效益。6 2 自然通风烟囱对于广大农户来说，矮小的烟囱常显得抽力不足，燃料(柴草)燃烧不充分，采用改进型烟囱后这个问题将得以解决，既节约了燃料又改善了环境(由于充分燃烧)，从而会产生显著的经济效益和社会效益本文进行了圆柱筒形烟囱和加接扩张段的烟囱的对比实验，烟囱高度为5 3 m，直径为1 5 0 m m，用1 5 0 0 W 的电炉模拟热源测量结果表明，有扩张段出口的烟囱排烟量比圆柱筒形烟囱高9 5。可以推知，有扩张段出口的烟囱比常规的锥形烟囱的排烟抽力要更高，由此带来的经济和社会效益将是十分显著的可是由于人们思想上的惰性和思维定式的束缚，对于一些本来于国于民大有好处的事物熟视无睹。7 结论(1)常规的锥形烟囱并不好，远不如有扩张段的烟囱；(2)常规的锥形或圆筒形排气管并不好，远不如有扩张段的排气筒负压排气原理并不复杂，稍加应用便可带来可观的经济效益。此技术应当予以推广。参考文献【l】潘锦珊，方人淞，申振华，刘景梅气体动力学基础【M】西北工业大学出版社，1 9 9 5 1 2 1 申振华一种负压排气装置吲Z L 9 7 2 1 5 3 2 8 4 1 9 9 8【3】史玮负压排气对排油烟机排烟性能的影响研究p】沈阳：沈阳航空工业学院1 9 9 8【4】闰学莹反压对动力涡轮发电能力的影响研究【D】沈R I：沈阳航空工业学院1 9 9 8 嘲郝会文锅炉【M 1 甘肃科技出版社 万方数据负压排气原理及其应用负压排气原理及其应用作者：申振华作者单位：沈阳航空工业学院动力系,沈阳,110034刊名：节能英文刊名：ENERGY CONSERVATION年，卷(期)：2001(7)被引用次数：1次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.郝会文 锅炉2.闫学莹 反压对动力涡轮发电能力的影响研究 19983.史玮 负压排气对排油烟机排烟性能的影响研究 19984.申振华 一种负压排气装置 19985.潘锦珊;方人淞;申振华;刘景梅 气体动力学基础 1995 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.黄健.孙国.尹君.尹民权.孟庆华 烟囱烟气携带灰团原因分析会议论文-20052.葛全伟.孙冠枫.Ge Quanwei.Sun Guangfeng 离线清灰低压脉冲袋式除尘器在余热发电除尘系统中的应用期刊论文-水泥工程2007(6)3.李文权 煤气炉烟囱除尘改造会议论文-20024.邓斌.程远贵.孙晓华 气氛烧端炉期刊论文-电子工业专用设备2004,33(2)5.黄旭添.HUANG Xu-tian 煤粉炉除渣方式技术比较期刊论文-广西电力2009,32(5)6.胡建军.王汉青.HU Jian-jun.WANG Han-qing 厨房排风系统现状分析期刊论文-制冷空调与电力机械2005,26(6)7.洪武开.Hong Wu-kai 高层住宅厨房集中排烟若干问题的分析与对策期刊论文-工程质量2003(8)8.杜家瑞.万曼影.王俊雄.乐艳 脱排油烟机综合性能测试台的改进设计期刊论文-制造业自动化2002,24(6)9.陈海燕.贾倍思.韩涛.CHEN Haiyan.Jia Beisi.Han Tao 住宅建设与北京城市环境-关于北京住宅小区发展的几点思考期刊论文-城市建筑2005(3)10.高昆生.王春华.Gao Kunsheng.Wang Chunhua 铁路客车整备库通风除尘系统设计期刊论文-暖通空调2000,30(2)引证文献(1条)引证文献(1条)1.王英童 探寻适应地域性特点的通风策略期刊论文-低温建筑技术 2009(12)本文链接：http:/