离心式风机的工作特性与并联/串联方案

工业炉设计中经常选用的是离心式风机，一些冲天炉也需选用罗茨风机或叶氏风机。

1.离心式风机

（1）风机特性　离心式风机的工作特性是随管道系统阻力的增大，其出风量不断减小。图8-10为离心式风机的性能曲线，V-p为风量-风压曲线，V-P为风量-功率曲线，V-η为风量-效率曲线。V-p曲线用以衡量风机产生的风量风压能否满足管道系统的供风要求，曲线的上升部分ak是性能曲线的不稳定部分，曲线的下降部分km是性能曲线的稳定部分。选用风机时应根据V-η曲线的最高点与V-p曲线的交点（避开ak部分），如图8-10所示b点即为风机的最佳工况，功率也最为经济。

（2）风机的不稳定工作“喘振”假定A点（图8-11）为风机的极限工作点，管道阻力曲线与V-p曲线交于A点，表示管道供风量为V_a时在A点稳定工作；当管道供风量增大至大于风机出风量V_a时，则管道内风压下降，相应使风机风压降低，其出风量将增大至V_b而在B点重新稳定工作；当管道供风量减小至小于风机的出风量V_a时，则管道内风压增加，相应使风机风压增高，其出风量将减小至V_k，工作点移到k点；当管道供风量继续减小，风压当继续增高，但此时风机已不能产生高于临界压力p_k的压力，管道内出现抽空现象，风量分为两股：一股流向炉前，一股流进风机，工作点移到S点；管道继续供风，风压继续降低，工作点由S移到a点，风机停止出风。由于管道是连续供风的，故管道内风压继续下降，风

图8-9 一定流速、不同局部阻力系数ξ时空气管道内的局部阻力与摩擦阻力

机开始为管道工作，脱离a点，瞬间移到L点，又开始把超过V_k的风量送入管道。只要管道供风量低于V_k，则此风量的波动过程即“喘振”现象将继续下去。故选用风机时不能选取过大的出风量，以便在调节管道系统的供风量时能避开性能曲线上升部分ak段的不稳定工作区。如果管道系统客观上需要供入较悬殊的最大最小风量而不得不选用大出风量的风机时，可在管道系统中设置带阀门的放风管，当管道供风量减小到低限值而发生“喘振”时，打开放风阀并调节到合适的放风量即可消除“喘振”现象。放风量的大小视所选风机富裕风量而定，合适的放风量一般取风机出风量的30%～50%并依此确定放风管的直径。

图8-10 离心式风机性能曲线

图8-11 离心式风机的工作特性

1、2—管道阻力曲线 3—风机V-p性能曲线

（3）风机的并联

一台风机的出风量不能满足供风要求时，可将几台风机并联使用。并联后的压力对每台风机都是相等的，而总风量则为各台风机出风量的代数和。

1）两台同性能风机的并联。两台性能相同的风机并联工作时，根据压力相同、风量叠加的原则，其合成性能曲线如图8-12所示。由图可知：风机并联使用后对于阻力较小的管道系统，如R_a管道，可以获得较大的风量增加，即V′₂远大于V′₁；对于阻力较大的管道系统，如R_b管道，几乎只起到一台风机的作用，即V₂几乎等于V₁。由此可见：两台同性能风机并联后的总风量不可能增加为单台风机出风量的二倍。

2）两台不同性能风机的并联。按照两台风机的不同性能，绘出风机并联后在三种不同阻力管道系统中的合成性能曲线，如图8-13所示。由图可知：在阻力小的R_a管道系统工作时，V_a分别大于V₁和V₂，起到了增大风量的作用；在阻力稍大的R_b管道系统中工作时，V_b=V₁，即两台风机的总风量只等于1号风机的风量，而2号风机未发挥作用；在阻力较大的R_c管道系统中工作时，V_c<V₁，即两台风机的总风量小于1号风机的风量，说明两台不同性能并联的结果，不仅未起增量作用，反而使1号风机性能下降。

（4）风机的串联　一台风机的风压不能满足需要时，可将几台风机串联使用，目的是为了提高压力。

R_a、R_b—管道阻力曲线 1、2—单台风机及并联后两台风机的V-p性能曲线

图8-12 两台同性能风机并联工作情况

R_a、R_b、R_c—管道阻力曲线 1—1号风机V-p性能曲线 2—2号风机V-p性能曲线 3—并联后两台风机合成性能曲线

图8-13 两台不同性能风机并联工作情况

1）两台同性能风机的串联。两台同性能风机串联后的合成性能曲线是将同一风量下的两台风机的压力叠加，如图8-14所示。由图可知：在阻力较大的R_b管道系统工作时，获得了较大的压力增值，即p₂远大于p₁；在阻力较小的R_a管道系统工作时，压力的增值很小，即p₂略大于p₁，几乎接近一台风机的压力。由此可见：两台风机串联后的压力增值不可能增为单台风机风压的二倍。

2）两台不同性能风机的串联。图8-15所示为两台不同性能风机串联后在三种管道系统中的工作情况。在阻力大的R_c管道系统工作时，串联后获得的压力大于每单台风机的压力p₁和p₂，即获得了压力增值；在阻力较大的R_b管道系统工作时，串联后的压力等于1号风机的压力，说明2号风机未起作用；在阻力较小的R_a管道系统工作时，串联后的压力小于1号风机的压力，说明2号风机参与串联工作反而阻碍了1号风机性能的发挥。

图8-14 两台同性能风机串联工作情况管道阻力曲线

R_a、R_b—管道阻力曲线 1—单台风机V-p性能曲线 2—串联后两台风机合成性能曲线

图8-15 两台不同性能风机串联工作情况管道阻力曲线

R_a、R_b、R_c—管道阻力曲线 1、2—1、2号风机V-p性能曲线 3—串联后两台风机合成性能曲线

（5）风机联合工作性能分析 通过上述风机并联、串联的工作情况可以得出如下结论：

1）在实际工作中应尽量避免采用风机并联或串联方案。

2）特别需要时，不论并联还是串联，均应选用同性能的风机进行联合工作。(www.xing528.com)

3）风机并联方案适用于低阻力管道系统；风机串联方案适用于大阻力管道系统。

图8-16 罗茨风机的工作特性

1、2—管道阻力曲线

2.罗茨风机

罗茨风机属于回转式压缩机，其特点是当转速一定时送风量为一常数，当管道系统阻力增加时，风压也相应增加而出风量变化很小（图8-16），功率却随之增加，适用于要求供风量恒定的冲天炉。

罗茨风机不能用供风管道上的阀门直接调节风量，而应在供风管道上另设放风管和放风阀，风量过大时通过开启放风阀将多余风量放入大气。

罗茨风机也可并联使用（一般不串联使用）或者变更转速调节风量，其出风量与转速成正比。变更转速后的风压只与管道系统阻力的变化有关，不与转速的平方成正比；功率消耗与风量风压的乘积成正比，不与转速的立方成正比。

叶氏风机的工作特性与罗茨风机相似。

3.风机性能的换算

风机性能表中所标注的各项参数是根据风机吸风口处空气绝对压力为101325Pa、空气温度为20℃、空气密度为1.2kg/m³时标定的。当所处地区的大气压力、气温、空气密度与上述条件不符时，应进行风机性能参数的换算。

（1）大气压力及温度变化后风机性能参数的换算式为

V=V₀ （8-9）

（2）空气密度及转速变化后风机性能参数的换算式为

以上各式

V₀、p₀、P₀、n₀、p_b0——风机性能表中所标注的风量、风压、功率、转速和大气压力值；

V、p、P、n、p_b——实际工作条件下的风量、风压、功率、转速和大气压力值。

4.风机的选用与布置

风机的额定风量应为管道系统最大供风量的1.2～1.3倍。

管道系统最大供风量V（m³/h）按式（8-15）计算

V=K∑U （8-15）

式中 K——管道系统中炉子的同时工作系数，见表9-3；

U——每台炉子的空气消耗量（m³/h）。

风机全风压应为管道系统阻力的1.2～1.25倍。

每一组车间空气管道应备用一台风机，一班或二班操作的炉子，有可能利用二班、三班停炉时间检修风机时，或炉子台数很少的供风系统也可考虑不设置备用风机。

集中供风的车间空气管道所用风机，原则上都应有单独的风机室。风机室既不宜远离供风设备，又希望尽可能布置在车间以外，必要时也可布置在车间地面以下。

风机的吸风口需装有网孔尺寸达2～3mm的钢丝网以防周围杂物引入风机。有风机室时，需将风机吸风口用管道接至室外以便能引入新鲜空气。

风机室面积应能满足设备安装、检修、操作人员通行的条件。根据噪声防治要求，高压风机还应根据风机的频谱特性，设计或选用适宜的消声器，风机室也应采取必要的防噪声措施。

风机与电动机应安装在同一个整体基础上。风机基础要有足够的强度、刚度和稳定性，能耐腐蚀、不下沉倾覆，能吸收和隔离共振。基础要高出地面100～200mm以上以利安装和检修，但基础埋入地下的深度应不少于基础厚度的一半。