趙高忠

摘要：作為通用機(jī)械裝置，可以在各行各業(yè)中看到風(fēng)扇。尤其是機(jī)械工廠，礦山礦井行業(yè)更為常見。風(fēng)力渦輪機(jī)是一種利用其輸入機(jī)械能來驅(qū)動(dòng)其自身葉片或渦輪機(jī)以輸送氣體的裝置。它被廣泛使用，我們通常所指的風(fēng)扇包括鼓風(fēng)機(jī)，風(fēng)扇，通風(fēng)機(jī)，風(fēng)力渦輪機(jī)等。專業(yè)領(lǐng)域的風(fēng)扇是渦輪壓縮機(jī)，渦輪鼓風(fēng)機(jī)和風(fēng)扇的總稱。星期六，它是一種呼吸機(jī)，作為一種呼吸機(jī)，它也被廣泛使用。

關(guān)鍵詞：軸流風(fēng)扇；流量調(diào)節(jié)器；風(fēng)扇；機(jī)械

1.前言：

任何一種機(jī)械都有其合理的使用范圍，一旦超出這種范圍機(jī)械將會(huì)發(fā)生失速或者其他的一些危險(xiǎn)狀況。軸流式風(fēng)機(jī)也是同樣的道理，軸流風(fēng)機(jī)在使用過程中，應(yīng)該限制在其合理的工作范圍之內(nèi)。這個(gè)范圍之外的部分在其性能曲線中稱為馬鞍形區(qū)域，一旦風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況落入此區(qū)域中，就會(huì)發(fā)生失速和喘振。在這種情況下穩(wěn)流器的作用是體現(xiàn)的十分明顯的。

2.軸流通風(fēng)機(jī)介紹

通風(fēng)機(jī)一般是這樣定義的：當(dāng)風(fēng)扇的入口壓力和溫度分別為101.3kPa和20攝氏度，相對(duì)溫度為50%時(shí)，稱為呼吸機(jī)。

呼吸機(jī)主要由軸流和離心兩大類組成。

在軸向截面中，沿徑向流動(dòng)的風(fēng)扇是離心式風(fēng)扇，離心式風(fēng)扇可分為軸向進(jìn)氣和徑向排氣。在軸向截面中，氣流在旋轉(zhuǎn)葉片的流動(dòng)路徑中沿軸向流動(dòng)的通風(fēng)機(jī)是軸流式風(fēng)扇。軸流式風(fēng)扇軸向進(jìn)氣和排氣。

3.軸流通風(fēng)機(jī)國內(nèi)研究現(xiàn)狀

近年來隨著我國工業(yè)化水平的不斷提升，各種機(jī)械設(shè)備的種類也越來越多，而隨之出現(xiàn)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(jī)械生產(chǎn)過程中，形成的粉塵可長期漂浮于空氣中，對(duì)環(huán)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(duì)人身體也是百害無一利。例如塵肺這種職業(yè)病就是有粉塵污染直接造成的。因此是時(shí)候改變這種現(xiàn)狀，以降低我國工人的塵肺患病概率。利用通風(fēng)機(jī)來將粉塵排到室外，這也是對(duì)人體的一種非常有效的保護(hù)措施。傳統(tǒng)的軸流通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法是設(shè)計(jì)者先制作出方案，然后對(duì)方案進(jìn)行論證，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，做出成品，對(duì)其進(jìn)行測試評(píng)估。如果實(shí)驗(yàn)失敗或者出了一點(diǎn)差錯(cuò)的話，將整個(gè)過程再重新進(jìn)行一遍，這樣如此反復(fù)直至滿足要求導(dǎo)致了效率不高。這種耗時(shí)耗力的研究方法，以及傳統(tǒng)的理論計(jì)算是幾乎不可能得到完美的解決方案的。軸流式風(fēng)扇穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

4.軸流式穩(wěn)定器設(shè)計(jì)中的問題

4.1存在流動(dòng)旋饒的干擾

在許多工程實(shí)際問題中，流動(dòng)參數(shù)不僅在流動(dòng)方向上改變，而且在垂直于流動(dòng)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(dòng)中，在垂直于進(jìn)入流動(dòng)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(huán)的乘積。升力方向由沿速度循環(huán)方向的進(jìn)入速度矢量確定。這種情況的發(fā)生對(duì)當(dāng)前監(jiān)管機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行構(gòu)成了巨大威脅。

4.2軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)壓下降

大多數(shù)軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓都存在一個(gè)正常區(qū)間，當(dāng)大于或小于這個(gè)區(qū)間是就會(huì)有異常情況所發(fā)生一般軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)力流量小于最大流量 Q值時(shí)，壓力就會(huì)開始下降。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)力流量小于Qm時(shí)，葉頂出口的壓力從負(fù)值逐漸上升到0或微大于0。在這一范圍內(nèi)，從進(jìn)口到出口葉頂壓力是單調(diào)升高的，當(dāng)流量小于Qm且大于峰值流量Q時(shí)，壓力會(huì)突然急劇下降，此后又開始回升。當(dāng)功率恒定時(shí)，風(fēng)壓增加，風(fēng)量必須減小，風(fēng)量增加，風(fēng)壓必須降低。當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪中的葉片之間的氣體也旋轉(zhuǎn)，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(dòng)能轉(zhuǎn)換成流動(dòng)中的靜壓能量，然后當(dāng)流體加壓時(shí)靜壓能量轉(zhuǎn)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(fù)壓。在葉輪的連續(xù)旋轉(zhuǎn)下連續(xù)排氣和補(bǔ)充氣體，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)噴射。在相同功率下，風(fēng)壓和風(fēng)量通常成反比。在相同功率下，風(fēng)壓較高，風(fēng)量較小，風(fēng)量較大，風(fēng)壓較低，可充分利用電機(jī)的功率效率。

5.軸流風(fēng)機(jī)穩(wěn)流器設(shè)計(jì)過程問題的解決

5.1消除流動(dòng)旋繞速度的干擾

圍繞軸旋轉(zhuǎn)的流體膠束的角速度可以通過當(dāng)整個(gè)流場中渦度為零時(shí)局部速度（即渦度）的卷曲來表征，稱此流動(dòng)為無旋流動(dòng)，否則為有旋流動(dòng)。有旋流動(dòng)的判斷方法大致上有一下幾種：一是看場中質(zhì)點(diǎn)自身是否旋轉(zhuǎn)；二是在知道流場的表達(dá)式的情況下，直接求其旋度（rot F，▽×F），為零則無旋。根據(jù)流體微元件是否旋轉(zhuǎn)，流量可分為兩類：優(yōu)選流動(dòng)和無旋流動(dòng)。無旋流動(dòng)也稱有勢流動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪中葉片之間的氣體也跟著旋轉(zhuǎn)，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(dòng)中把動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能，然后隨著流體的增壓，使靜壓能又轉(zhuǎn)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(dòng)旋繞速度呢？上世紀(jì)九十年代的一位科學(xué)家提出了一種消除反向流動(dòng)旋繞速度的軸向風(fēng)機(jī)穩(wěn)流裝置。他的大概結(jié)構(gòu)是這樣的：在葉輪入口靠近外殼出安裝一個(gè)小的環(huán)形線圈，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，當(dāng)線圈的安裝角小于三十度時(shí)，這種裝置能夠?qū)ⅠR鞍型區(qū)域完全消除掉。但是當(dāng)安裝角度大于三十度時(shí)，不能起到消除效果，只能降低其作用力。

5.2軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)壓問題的解決

軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的計(jì)算如下：機(jī)外余壓=風(fēng)機(jī)全壓-風(fēng)柜各處理段阻力，送回風(fēng)管一般按7～8Pa，90度彎頭按10Pa來計(jì)算阻力。經(jīng)驗(yàn)公式如下：機(jī)外殘余壓力=總風(fēng)扇壓力 - 每個(gè)處理部分的阻力。為了表示主風(fēng)扇的運(yùn)行和通風(fēng)系統(tǒng)的狀態(tài)，靜壓探頭安裝在氣缸中的風(fēng)扇入口附近的風(fēng)流穩(wěn)定部分上。通過將軟管與風(fēng)扇室中的水柱或差壓計(jì)連接來測量截面上的風(fēng)流的相對(duì)靜壓h。在離心式風(fēng)扇中，壓力探頭應(yīng)安裝在垂直門的外側(cè)。水柱或差壓表的市場價(jià)值與通風(fēng)機(jī)壓力和防雷性之間存在正相關(guān)關(guān)系。無論通風(fēng)類型如何，通風(fēng)功率都是為了克服風(fēng)道的阻力和退出動(dòng)能的損失，但是提取通風(fēng)的動(dòng)能損失在擴(kuò)散器出口處。在壓入式通風(fēng)的情況下，出口的動(dòng)能在風(fēng)的出口處損失，并且值可能不同，但物理意義是相同的。

6.穩(wěn)流器的基本工作原理

電流穩(wěn)定器的基本示意圖如下

穩(wěn)流器主要參數(shù)包括：相對(duì)搭界長度，穩(wěn)流器外接半徑，壓力系數(shù)，流量系數(shù)，功率系數(shù)等。在安裝擴(kuò)散器后恢復(fù)的動(dòng)態(tài)壓力相對(duì)于風(fēng)扇的總壓力較小，因此通常不能嚴(yán)格區(qū)分風(fēng)扇的特性和風(fēng)扇裝置的特性。

由呼吸機(jī)提供的特征曲線通?；谀Ｐ蜏y試數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并且通常不考慮外部擴(kuò)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(fēng)機(jī)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(zhuǎn)速。僅使用個(gè)性曲線來表達(dá)各種粉絲的表現(xiàn)太復(fù)雜了。在設(shè)計(jì)大型風(fēng)機(jī)穩(wěn)流器時(shí)，首先要做的就是進(jìn)行模型試驗(yàn)，在模型與實(shí)物直接的許多關(guān)系及參數(shù)還需要不斷論證。

7.結(jié)束語

隨著我國制造業(yè)的不斷發(fā)展，制造大國的地位不斷鞏固，一些基礎(chǔ)的細(xì)節(jié)的問題應(yīng)該越來越受到重視。不僅僅是生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境污染的問題，一線工人的健康問題也應(yīng)該收到關(guān)注，并能得到解決。本篇文章所分析的軸流風(fēng)機(jī)及軸流風(fēng)機(jī)穩(wěn)流器，對(duì)于制造業(yè)，礦井，工廠等環(huán)境的改善有很大的幫助。它可以清潔大氣中的灰塵。風(fēng)機(jī)在生產(chǎn)過程中起著舉足輕重的作用，能夠生產(chǎn)出一個(gè)質(zhì)量過硬，效果優(yōu)良的成品，對(duì)整個(gè)流程都是一種幫助。我希望這篇文章可以幫助同事設(shè)計(jì)軸流式穩(wěn)定器。

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（作者單位：紹興上虞通風(fēng)機(jī)有限公司）