軸流風機穩流器設計的若干問題

趙高忠

摘要：作為通用機械裝置，可以在各行各業中看到風扇。尤其是機械工廠，礦山礦井行業更為常見。風力渦輪機是一種利用其輸入機械能來驅動其自身葉片或渦輪機以輸送氣體的裝置。它被廣泛使用，我們通常所指的風扇包括鼓風機，風扇，通風機，風力渦輪機等。專業領域的風扇是渦輪壓縮機，渦輪鼓風機和風扇的總稱。星期六，它是一種呼吸機，作為一種呼吸機，它也被廣泛使用。

關鍵詞：軸流風扇；流量調節器；風扇；機械

1.前言：

任何一種機械都有其合理的使用范圍，一旦超出這種范圍機械將會發生失速或者其他的一些危險狀況。軸流式風機也是同樣的道理，軸流風機在使用過程中，應該限制在其合理的工作范圍之內。這個范圍之外的部分在其性能曲線中稱為馬鞍形區域，一旦風機的運行狀況落入此區域中，就會發生失速和喘振。在這種情況下穩流器的作用是體現的十分明顯的。

2.軸流通風機介紹

通風機一般是這樣定義的：當風扇的入口壓力和溫度分別為101.3kPa和20攝氏度，相對溫度為50%時，稱為呼吸機。

呼吸機主要由軸流和離心兩大類組成。

在軸向截面中，沿徑向流動的風扇是離心式風扇，離心式風扇可分為軸向進氣和徑向排氣。在軸向截面中，氣流在旋轉葉片的流動路徑中沿軸向流動的通風機是軸流式風扇。軸流式風扇軸向進氣和排氣。

3.軸流通風機國內研究現狀

近年來隨著我國工業化水平的不斷提升，各種機械設備的種類也越來越多，而隨之出現的問題也日益增長。其中粉塵污染問題是最令人人頭疼的，在機械生產過程中，形成的粉塵可長期漂浮于空氣中，對環境以及人體造成很大的危害。粉塵污染不僅可以造成霧霾天氣，而且對人身體也是百害無一利。例如塵肺這種職業病就是有粉塵污染直接造成的。因此是時候改變這種現狀，以降低我國工人的塵肺患病概率。利用通風機來將粉塵排到室外，這也是對人體的一種非常有效的保護措施。傳統的軸流通風機的設計方法是設計者先制作出方案，然后對方案進行論證，進而進行實驗，做出成品，對其進行測試評估。如果實驗失敗或者出了一點差錯的話，將整個過程再重新進行一遍，這樣如此反復直至滿足要求導致了效率不高。這種耗時耗力的研究方法，以及傳統的理論計算是幾乎不可能得到完美的解決方案的。軸流式風扇穩定器的設計至關重要。

4.軸流式穩定器設計中的問題

4.1存在流動旋饒的干擾

在許多工程實際問題中，流動參數不僅在流動方向上改變，而且在垂直于流動方向的橫截面中改變。在理想流體均勻恒速流繞過氣缸的流動中，在垂直于進入流動的方向上，作用在單位長度氣缸上的流體的力等于流體密度。傳入速度和速度環的乘積。升力方向由沿速度循環方向的進入速度矢量確定。這種情況的發生對當前監管機構的正常運行構成了巨大威脅。

4.2軸流風機風壓下降

大多數軸流風機的風壓都存在一個正常區間，當大于或小于這個區間是就會有異常情況所發生一般軸流風機風力流量小于最大流量 Q值時，壓力就會開始下降。實驗發現，當風力流量小于Qm時，葉頂出口的壓力從負值逐漸上升到0或微大于0。在這一范圍內，從進口到出口葉頂壓力是單調升高的，當流量小于Qm且大于峰值流量Q時，壓力會突然急劇下降，此后又開始回升。當功率恒定時，風壓增加，風量必須減小，風量增加，風壓必須降低。當電動機旋轉以驅動風扇葉輪旋轉時，葉輪中的葉片之間的氣體也旋轉，并且這些氣體在離心力的作用下被抽出。氣體流速增加，使得氣體將動能轉換成流動中的靜壓能量，然后當流體加壓時靜壓能量轉換成速度能量。氣體通過排氣口排出，并在葉輪中間形成一定的負壓。在葉輪的連續旋轉下連續排氣和補充氣體，以實現連續噴射。在相同功率下，風壓和風量通常成反比。在相同功率下，風壓較高，風量較小，風量較大，風壓較低，可充分利用電機的功率效率。

5.軸流風機穩流器設計過程問題的解決

5.1消除流動旋繞速度的干擾

圍繞軸旋轉的流體膠束的角速度可以通過當整個流場中渦度為零時局部速度（即渦度）的卷曲來表征，稱此流動為無旋流動，否則為有旋流動。有旋流動的判斷方法大致上有一下幾種：一是看場中質點自身是否旋轉；二是在知道流場的表達式的情況下，直接求其旋度（rot F，▽×F），為零則無旋。根據流體微元件是否旋轉，流量可分為兩類：優選流動和無旋流動。無旋流動也稱有勢流動。當電機轉動帶動風機葉輪旋轉時，葉輪中葉片之間的氣體也跟著旋轉，并在離心力的作用下甩出這些氣體，氣體流速增大，使氣體在流動中把動能轉換為靜壓能，然后隨著流體的增壓，使靜壓能又轉換為速度能，無旋即有勢，有旋，即無勢。那么如何消除反向流動旋繞速度呢？上世紀九十年代的一位科學家提出了一種消除反向流動旋繞速度的軸向風機穩流裝置。他的大概結構是這樣的：在葉輪入口靠近外殼出安裝一個小的環形線圈，根據實驗數據可得，當線圈的安裝角小于三十度時，這種裝置能夠將馬鞍型區域完全消除掉。但是當安裝角度大于三十度時，不能起到消除效果，只能降低其作用力。

5.2軸流風機風壓問題的解決

軸流風機風壓的計算如下：機外余壓=風機全壓-風柜各處理段阻力，送回風管一般按7～8Pa，90度彎頭按10Pa來計算阻力。經驗公式如下：機外殘余壓力=總風扇壓力 - 每個處理部分的阻力。為了表示主風扇的運行和通風系統的狀態，靜壓探頭安裝在氣缸中的風扇入口附近的風流穩定部分上。通過將軟管與風扇室中的水柱或差壓計連接來測量截面上的風流的相對靜壓h。在離心式風扇中，壓力探頭應安裝在垂直門的外側。水柱或差壓表的市場價值與通風機壓力和防雷性之間存在正相關關系。無論通風類型如何，通風功率都是為了克服風道的阻力和退出動能的損失，但是提取通風的動能損失在擴散器出口處。在壓入式通風的情況下，出口的動能在風的出口處損失，并且值可能不同，但物理意義是相同的。

6.穩流器的基本工作原理

電流穩定器的基本示意圖如下

穩流器主要參數包括：相對搭界長度，穩流器外接半徑，壓力系數，流量系數，功率系數等。在安裝擴散器后恢復的動態壓力相對于風扇的總壓力較小，因此通常不能嚴格區分風扇的特性和風扇裝置的特性。

由呼吸機提供的特征曲線通常基于模型測試數據的轉換，并且通常不考慮外部擴散器。此外，一些工廠提供全壓力特性曲線，一些工廠提供靜壓特性曲線。目前，風機種類很多，同一系列分為不同的葉輪直徑，在相同直徑下可分為不同的轉速。僅使用個性曲線來表達各種粉絲的表現太復雜了。在設計大型風機穩流器時，首先要做的就是進行模型試驗，在模型與實物直接的許多關系及參數還需要不斷論證。

7.結束語

隨著我國制造業的不斷發展，制造大國的地位不斷鞏固，一些基礎的細節的問題應該越來越受到重視。不僅僅是生產過程中對環境污染的問題，一線工人的健康問題也應該收到關注，并能得到解決。本篇文章所分析的軸流風機及軸流風機穩流器，對于制造業，礦井，工廠等環境的改善有很大的幫助。它可以清潔大氣中的灰塵。風機在生產過程中起著舉足輕重的作用，能夠生產出一個質量過硬，效果優良的成品，對整個流程都是一種幫助。我希望這篇文章可以幫助同事設計軸流式穩定器。

參考文獻

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（作者單位：紹興上虞通風機有限公司）