風機工作狀態的調節及串、并聯風機的改善作用

2020-06-19 08:42:10賀婷

工程技術研究 2020年10期

賀婷

（福建省環境保護設計院有限公司，福建福州 350012）

1 管路中靜壓與動壓的作用

風機可以為空氣提供克服風管阻力所需的能量。風機的壓力一般用靜壓、動壓和全壓表示。全壓是靜壓和動壓之和，風機提供的全壓是風機出口全壓與進口全壓之差。假定風管管徑不變，則動壓恒定，風管中全壓的變化就是靜壓的變化，風機的全壓也等于風機的靜壓。針對不同的管道系統，應選擇不同風壓（全壓）的風機以克服管道阻力。

2 風機的“自適應”調節功能

在不同的管路系統中，風機進出口的全壓的組成結構會隨之發生變化，用以適應不同的管路阻力，即在管道中的風機已經“設定”好了需要輸出多少動壓和多少靜壓。工程中由于設計、施工等產生的各種不利因素，常常會使得管路阻力往不斷增大的方向變化，而當管阻增大時，風機會犧牲一定的流量換取更大的風壓，此時風速減小，動壓減小，而全壓和靜壓都增大，增大的靜壓用來克服不斷增加的風管阻力。因此，風機對不同的管路系統具有“自適應性”，具體體現為：每條不同的風管系統對應一條管路特性曲線，每臺不同的風機對應一條風機特性曲線，兩條曲線在同一張流量壓力圖中的交點稱之為“工作點”。當管路特性曲線改變時，工作點隨之偏移，風機會調整自己的工作狀態至新的工作點，以不同的風量和風壓來適應新的管路系統，即根據管路的阻力來“設定”靜壓，根據風量和管徑來“設定”動壓，達到輸送流體的目的。

在實際工程中，應當選擇合適的風機，若選的風機能力太大，則需要通過增加管路阻力，來實現目標工作點的工作狀態（一般是以達到輸送所需要的流量為目的），風機越大則成本越高。通常，工程中會出現因管道過于復雜或者過長造成的超出風機的輸送能力的情況。相同管路系統中3種不同型號的風機如圖1所示，其中①～③分別代表不同型號風機。在給定的管路系統中，為克服管路阻力P*達到輸送流量Q*的目的，需使得風機的工作點位于（P*，Q*）。假設風機②滿足要求，而風機①和風機③分別為送風能力過大和過小。風機能力過大表現為在輸送相同流量Q*的情況下，所能提供風壓過大（P1＞P*），此時需要通過改變管路曲線（如增加管路閥門等阻力件）的方式來調整；風機的能力過小表現為在輸送相同流量Q*的情況下，所能提供的風壓不足（P2＜P*），此時需要通過改變管路曲線（如放大管徑）的方式來調整。若不改變管路曲線，則風機會通過自身的適應性調節，比如降低風壓提升流量或者調低流量增大風壓的方式來穩定工作點，用以達到管路中輸送流體不為零的單一目的（“有風輸送”），而這種自身的調節方式最終均表現為流量的過大或不足。因此，選擇不合適的風機是無法達到實際工程目的的。

圖1 相同管路系統中3種不同型號的風機

3 串、并聯風機的工作狀態及改善作用

當管網阻力較大時，單臺風機因輸送能力不夠而不能正常工作時，串聯或并聯一個風機有利于提升送風能力并增加系統工作的穩定性。然而，多臺風機聯合運行的實際工作情況與理想情況存在差別，以2臺同型號風機為例，風機聯合后的風量、風壓均可能發生提升，提升程度受管路特性的影響較大。

串、并聯風機的工作點變化如圖2所示，其中①～③分別代表單風機曲線、串聯風機等效工作性能曲線、并聯風機等效工作性能曲線；a、b分別代表不同管路特性系統。串聯等效風機曲線（以下簡稱串聯風機線）與并聯風機等效曲線（以下簡稱并聯風機線）交叉后包圍形成兩塊陰影區域，分別是左上方的“串聯有效區”和右下方的“并聯有效區”。管路曲線a與串聯風機線和并聯風機線的交點分別是A、B，兩點均在管路曲線與單風機線交點的右上方。同理，管路曲線b下發生的情況相同，C、D點在管路曲線與單風機線的交點的右上方。以上表明，與單臺風機運行時相比，串聯與并聯均有一定風量提升的效果。但當管路特性曲線較陡時，例如a線在壓力流量圖上表現為曲線經過“串聯有效區”，此時串聯后的工作點A提供的風量QA大于并聯后的工作點B所提供的風量QB（串聯較優）。反之，管路特性曲線較平緩的曲線b，經過“并聯有效區”時，并聯后的工作點C提供的風量QC大于串聯后的工作點D所提供的風量QD（并聯較優）。

圖2 串、并聯風機的工作點變化

造成上述差異的結果在于管路特性曲線的不同，即工程項目風道系統的阻力特性的不同。當管路特性曲線較陡直，應首先考慮選擇采用串聯風機的方式；當管路特性曲線較平緩，應首先考慮選擇采用并聯風機的方式。因此，當單臺風機因設計或是施工變更的原因，造成實際工作時表現為流量過小而達不到設計的要求，此時應先進行合理的分析，而后才能對解決方法做出正確的選擇。

不同的風管系統對應不同的管路特性曲線，曲線方程即：P=sv2。平緩的管路特性曲線，阻力數s較小，陡直的管路特性曲線，阻力數s較大。而實際工程中人們無法對系統的阻力數s的大小做定量的分析和計算，但可以從管路特性曲線和風機性能曲線相交的工作點間接地進行定性分析。

風機廠家提供的風機參數通常是風量和風壓的一個區間，位于該區間的工作點的風機能夠穩定且高效率運行。假設風量區間從小到大為[a，b]，風壓區間從大到小為[x，y]。當實際工程開機運行時實測的風量越接近風機風量區間的下限a值附近，表明管路阻力線較陡直，此時通過串聯風機能夠明顯提高風機組的運行性能；反之，當實際工程開機運行時實測的風量越接近風機風量區間的上限b值附近，表明管路曲線較平緩，而此時通過并聯風機能夠明顯提高風機組的運行性能。若實測風量位于區間中部，則串聯或并聯均能起到一定作用。

4 串、并聯風機的選擇

文章以不同型號風機的串聯為例進行說明，如圖3所示，其中①～③分別代表小風量風機工作性能曲線、大風量風機工作性能曲線、串聯風機等效工作性能曲線。當2臺不同型號的風機串、并聯，若大風量風機運轉時的送風量遠大于小風量風機的送風極限時，串聯后的等效風機曲線有可能變成曲線③的情況。圖中的工作點A是串聯后可能出現的工作點，該工作點的風量QA不在小風量風機的工作曲線范圍內，超出了小風機的送風能力，那么此時小風機在管網中不僅提供風壓，反而起到阻力的作用，圖中陰影部分的區域代表串聯風機送風能力小于單臺大風量風機送風能力的范圍。這種區域存在的原因正是小風量風機提供的阻力作用。串聯后的工作點相較于單臺大風量風機獨立運行時的工作點而言，風壓和流量均有不同程度的下降，而總的風機功耗卻大于單臺運行時的功耗；而對于單臺小風量風機，由于其工作能力大大超出正常工作范圍，長此以往將會導致電機產生不同程度的受損。