方明超,周 磊

(中國建材國際工程集團(tuán)有限公司,蚌埠 233010)

風(fēng)機(jī)屬于空氣輸送機(jī)械，是對氣體輸送和氣體壓縮機(jī)械的簡稱。從能量角度看，它把旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能和動能，從而驅(qū)使氣體流動。風(fēng)機(jī)在各類型工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用，如氣力輸送系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等。風(fēng)機(jī)的種類繁多，不同種類的風(fēng)機(jī)各有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理和適用范圍等。

1 風(fēng)機(jī)的分類

風(fēng)機(jī)按材質(zhì)可分為鐵殼風(fēng)機(jī)、玻璃鋼風(fēng)機(jī)、塑料風(fēng)機(jī)、鋁風(fēng)機(jī)、不銹鋼風(fēng)機(jī)等。按氣體流動的方向，可分為離心式、軸流式、斜流式(混流式)和橫流式等類型。

離心風(fēng)機(jī)：氣流軸向進(jìn)入風(fēng)機(jī)的葉輪后主要沿徑向流動。這類風(fēng)機(jī)根據(jù)離心作用的原理制成，包括離心通風(fēng)機(jī)、離心鼓風(fēng)機(jī)和離心壓縮機(jī)等。軸流風(fēng)機(jī)：氣流軸向進(jìn)入風(fēng)機(jī)的葉輪，近似地在圓柱形表面上沿軸線方向流動,包括軸流通風(fēng)機(jī)、軸流鼓風(fēng)機(jī)和軸流壓縮機(jī)等,回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)：利用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)改變氣室容積來進(jìn)行工作，包括羅茨鼓風(fēng)機(jī)、回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)等。

風(fēng)機(jī)按壓力可分為負(fù)壓風(fēng)機(jī)、低壓風(fēng)機(jī)(≤1 000 Pa)、中壓風(fēng)機(jī)(1 000～3 000 Pa)、高壓風(fēng)機(jī)(≥3 000 Pa)。按出口壓力分為：風(fēng)扇(≤10×9.81 Pa)、通風(fēng)機(jī)(≤1 500×9.81 Pa)、鼓風(fēng)機(jī)(1 500×9.81～20 000×9.81 Pa)、壓縮機(jī)(≥20 000×9.81 Pa)。

2 風(fēng)機(jī)的選型原則

在選擇風(fēng)機(jī)前，應(yīng)優(yōu)先考慮風(fēng)機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量，考察風(fēng)機(jī)廠商的資質(zhì)、生產(chǎn)線、業(yè)績和售后服務(wù)等。應(yīng)根據(jù)不同的工況選擇不同的風(fēng)機(jī)，如在高溫場所應(yīng)選擇耐高溫的風(fēng)機(jī)，在易燃易爆的場所應(yīng)選擇防爆風(fēng)機(jī)等。應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)的高效率工作區(qū)域選擇風(fēng)機(jī)的參數(shù)。當(dāng)風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率≤75 kW，可不設(shè)預(yù)啟動裝置。對于有噪聲要求的工作場所應(yīng)優(yōu)先選擇低噪聲風(fēng)機(jī)。應(yīng)盡量避免風(fēng)機(jī)的并聯(lián)或串聯(lián)工作，并聯(lián)能提高系統(tǒng)的風(fēng)量，串聯(lián)能提高系統(tǒng)的全壓，但聯(lián)合工作并不能成倍地提高工作效率，當(dāng)聯(lián)合工作時(shí)，應(yīng)盡可能選擇同型號同規(guī)格的風(fēng)機(jī)并聯(lián)或串聯(lián)工作。

3 風(fēng)機(jī)的選型計(jì)算

3.1 除塵系統(tǒng)

該文以某項(xiàng)目除塵系統(tǒng)為例，簡述風(fēng)機(jī)選型的計(jì)算過程：1)選擇管道內(nèi)最低氣體流速v。2)確定管道的管徑d(m)。

3)計(jì)算壓力損失P。

某項(xiàng)目車間除塵器的系統(tǒng)圖如圖1所示。

(1)將系統(tǒng)管道編成①②③④⑤段。(2)此環(huán)路有兩條，分別是①③④⑤和②③④⑤，選擇最不利的環(huán)路進(jìn)行壓力損失計(jì)算。其中壓力損失包括沿程壓力損失和局部壓力損失。

管段①壓力損失

P1=P1(沿)+P1(局)

管段①沿程壓力損失

式中，L1為管段①的長度(m)；λ/d為沿程阻力系數(shù)，可根據(jù)管徑d、實(shí)際流速v1、管道材質(zhì)和輸送介質(zhì)等參數(shù)查表得；ρ為空氣密度，空氣密度換算公式

管段①局部壓力損失

式中，ξ11為吸塵罩局部壓損系數(shù)；ξ12為密閉插板閥局部壓損系數(shù)；ξ13為三通直通管局部壓損系數(shù)。

同理：

管段②壓力損失

P2=P2(沿)+P2(局)

式中，ξ21為吸塵罩局部壓損系數(shù)；ξ22為密閉插板閥局部壓損系數(shù)；ξ23為30°彎頭局部壓損系數(shù)；ξ24為三通斜通管局部壓損系數(shù)。

管段③壓力損失

P3=P3(沿)+P3(局)

Q3=Q1+Q2(m3/h)

式中，ξ31為三通出口局部壓損系數(shù)；ξ32為90°彎頭局部壓損系數(shù)。

管段④壓力損失

P4=P4(沿)+P4(局)

式中，ξ41為風(fēng)機(jī)進(jìn)口閥壓損系數(shù)。

管段⑤壓力損失

P5=P5(沿)+P5(局)

式中，ξ51為出口局部壓損系數(shù)；ξ52為錐形風(fēng)帽局部壓損系數(shù)。

如果存在并聯(lián)管路，應(yīng)驗(yàn)算壓力是否平衡：

官網(wǎng)計(jì)算總壓力損失

P=P1+P2+P3+P4+P5

4)計(jì)算風(fēng)機(jī)選型風(fēng)量Qf

Qf=K1K2Q

式中，Q為系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大總排風(fēng)量，m3/h；Q=Q3=Q1+Q2；K1為管網(wǎng)漏風(fēng)附加系數(shù)，一般送風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)K1=1.05～1.1，除塵系統(tǒng)K1=1.1～1.15，氣力輸送系統(tǒng)K1=1.15；K2為設(shè)備漏風(fēng)附加系數(shù)，按有關(guān)設(shè)備樣本選取，一般K2=1.02～1.05。

采取我院收治重癥哮喘合并呼吸衰竭患者102例，分為治療組和常規(guī)組各51例。所有患者都符合重癥哮喘合并呼吸衰竭診斷標(biāo)準(zhǔn)，排除其他重大器官衰竭，均簽署知情同意書。治療組在常規(guī)治療基礎(chǔ)上采取機(jī)械通氣治療，治療組效果顯著高于常規(guī)組，見表1。

5)計(jì)算風(fēng)機(jī)選型全壓Pf。

Pf=(Pα1+PS)α2

式中，P為管網(wǎng)計(jì)算總壓力損失，Pa；PS為設(shè)備的壓力損失，Pa，可按有關(guān)設(shè)備樣本選?。沪?為管網(wǎng)計(jì)算的總壓力損失附加系數(shù)。對于定轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)，按1.1～1.15取值；對于變頻風(fēng)機(jī)，按1.0取值；氣力輸送系統(tǒng)則取1.2；α2為風(fēng)機(jī)全壓負(fù)差系數(shù)，一般可取α2=1.05(國內(nèi)風(fēng)機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))。

6)根據(jù)Qf和Pf在風(fēng)機(jī)樣本上選擇合適的風(fēng)機(jī)型號，包括風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)壓頭、風(fēng)機(jī)功率等參數(shù)。在風(fēng)機(jī)樣本和產(chǎn)品銘牌上通常標(biāo)出的性能參數(shù)是風(fēng)機(jī)在標(biāo)定狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。對于通風(fēng)機(jī)，是按大氣壓力B=101.325 kPa、空氣溫度t0=20 °C計(jì)算，此時(shí)空氣密度為ρ0=1.20 kg/m3；對于電站鍋爐引風(fēng)機(jī)標(biāo)定條件為大氣壓力B=101.325 kPa、空氣溫度t0=140 °C，此時(shí)空氣密度ρ0=0.85 kg/m3；對于工業(yè)鍋爐引風(fēng)機(jī)標(biāo)定條件為大氣壓力B=101.325 kPa、空氣溫度t0=200 °C，此時(shí)空氣密度為ρ0=0.745 kg/m3。當(dāng)使用條件與標(biāo)定條件不同時(shí)，應(yīng)對各性能參數(shù)進(jìn)行修正

Q=Q0

式中，Q、P、N為使用條件下通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓和功率；Q0、P0、N0為通風(fēng)機(jī)樣本上的風(fēng)量、風(fēng)壓和功率；ρ為被輸送氣體的密度，kg/m3；B為風(fēng)機(jī)使用當(dāng)?shù)卮髿鈮?，kPa；t為被輸送氣體的溫度，°C。

風(fēng)機(jī)選定并各性能參數(shù)修正后，應(yīng)復(fù)核電動機(jī)功率

式中，ηin為風(fēng)機(jī)內(nèi)效率，也稱風(fēng)機(jī)的全壓效率，等于風(fēng)機(jī)有效功率和內(nèi)功率的比值。風(fēng)機(jī)內(nèi)效率反映了風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動過程的好壞，也是判定高效風(fēng)機(jī)的指標(biāo)，可從風(fēng)機(jī)樣本中查找，一般取0.5～0.7。ηme為機(jī)械傳動效率，是反映風(fēng)機(jī)軸承損失和傳動損失的指標(biāo)，與傳動方式有關(guān)。K為電機(jī)的功率儲備系列，主要從兩方面考慮：一是設(shè)計(jì)計(jì)算誤差，二是滿足電機(jī)啟動條件。

7)管道壁厚的計(jì)算：

各種壓力管道壁厚按下列公式計(jì)算，經(jīng)計(jì)算后的管道壁厚，雖已考慮到腐蝕裕度、加工偏差量，但還屬理論壁厚，最終厚度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際供貨狀況。

管道理論壁厚的計(jì)算公式

當(dāng)ts

當(dāng)ts≥D0/6

式中，ts為直管計(jì)算厚度，mm；P為設(shè)計(jì)壓力，MPa；D0為管道外徑，mm；D1為管道內(nèi)徑，mm；σ為在設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力，MPa；Ej為焊接接頭系數(shù)；C為厚度附加量之和，即C=C1+C2，mm；C1為厚度減薄附加量，包括加工、開槽和螺紋深度及材料厚度負(fù)偏差，mm；C2為腐蝕或磨蝕附加量，mm。

3.2 鍋爐煙氣引風(fēng)系統(tǒng)

3.2.1 引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量

式中，Qy為引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，m3/h;Vy為鍋爐在額定工況下的實(shí)際煙氣量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，m3/h；tpy為進(jìn)入風(fēng)機(jī)的煙氣溫度，℃；b為當(dāng)?shù)卮髿鈮?，kPa。

Vy=Bjvy

式中，Bj為鍋爐的計(jì)算燃料量，kg/h；vy為實(shí)際煙氣比體積(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，m3/kg，可通過鍋爐的燃燒計(jì)算得到。

3.2.2 引風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓計(jì)算

式中，py為引風(fēng)機(jī)的全壓，Pa；∑Δpy為未進(jìn)行當(dāng)?shù)卮髿鈮盒拚臒煹揽傋枇?，Pa；S為煙囪抽力，Pa；ty為引風(fēng)機(jī)銘牌上標(biāo)出的介質(zhì)溫度，通常多為200 ℃或250 ℃。

3.2.3 煙道總阻力∑Δpy的計(jì)算

鍋爐煙道總阻力∑Δpy是指從爐膛出口到煙囪出口的全部阻力，主要由鍋爐本體的煙道阻力Δpbt(由鍋爐設(shè)備廠家提供)、鍋爐出口至煙囪入口的煙道阻力Δpyd，以及煙囪阻力Δpyc三部分組成。

①鍋爐本體的煙道阻力Δpbt：由鍋爐設(shè)備廠家提供。

②煙道阻力Δpyd：包含沿程摩擦阻力Δpm與局部阻力Δpf，如有除塵器還包括除塵器阻力Δpcc

Δpyd=Δpm+Δpf+Δpcc

式中，λ為煙囪摩擦阻力系數(shù)，可取0.04；ζ為煙囪出口阻力系數(shù)，可取1；H為煙囪高度，m；ωpj、ωc分別為煙囪內(nèi)平均流速及出口流速，m/s；ρpj、ρc為煙囪內(nèi)煙氣平均密度及出口密度，kg/m3。

④由此可以得到煙道總阻力∑Δpy

∑Δpy=Δpbt+Δpyd+Δpyc

當(dāng)所在地區(qū)海拔超過300 m時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)卮髿鈮哼M(jìn)行阻力修正

3.2.4 煙囪抽力S的計(jì)算

由此可以根據(jù)Qy和Py在風(fēng)機(jī)樣本上選擇合適的風(fēng)機(jī)型號,具體同除塵系統(tǒng)所述。

4 風(fēng)機(jī)的特性曲線

風(fēng)機(jī)的特性曲線如圖2所示，η-Q為效率與風(fēng)量的對應(yīng)關(guān)系；N-Q為功率與風(fēng)量的對應(yīng)關(guān)系；P-Q為風(fēng)機(jī)的全壓與風(fēng)量的對應(yīng)關(guān)系。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量應(yīng)調(diào)整到經(jīng)濟(jì)使用范圍內(nèi)，這樣風(fēng)機(jī)的工作效率比較高。

風(fēng)機(jī)的風(fēng)量可通過改變進(jìn)風(fēng)閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可以調(diào)節(jié)管路的壓力損失而改變風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量改變后，風(fēng)機(jī)的全壓和工作效率也相應(yīng)改變。

5 風(fēng)機(jī)的調(diào)試

風(fēng)機(jī)調(diào)試前必須加上適度的潤滑油，并檢查各項(xiàng)安全措施；打開機(jī)殼底部放水閥，將風(fēng)機(jī)內(nèi)可能存在的水放干；盤動葉輪，應(yīng)無卡阻和摩擦現(xiàn)象；葉輪的旋轉(zhuǎn)方向必須正確。風(fēng)機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)前，關(guān)閉進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)閥和管路進(jìn)氣閥，電機(jī)啟動后，逐漸打開進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)閥和管路進(jìn)氣閥以調(diào)節(jié)風(fēng)量和荷載，觀察電流表讀數(shù)，應(yīng)嚴(yán)格控制電機(jī)電流在額定值以內(nèi)。對于新安裝的風(fēng)機(jī)，初測滿荷載運(yùn)轉(zhuǎn)須大于2 h，對于修理后的風(fēng)機(jī)須大于0.5 h。風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，應(yīng)檢查軸承和電機(jī)的溫度是否正常。

風(fēng)機(jī)啟動前，應(yīng)進(jìn)行下列準(zhǔn)備工作：將進(jìn)風(fēng)閥門關(guān)閉，出風(fēng)閥門稍開；檢查風(fēng)機(jī)各部分的間隙尺寸，轉(zhuǎn)動部分與固定部分有無碰撞及摩擦現(xiàn)象；檢查油位是否正常；檢查電氣接線等是否安裝到位等。

下列情況下，必須緊急停車：發(fā)覺風(fēng)機(jī)有劇烈的噪聲；軸承的溫度劇烈上升；風(fēng)機(jī)發(fā)生劇烈振動和撞擊；電機(jī)冒煙；軸位移值出現(xiàn)明顯的持續(xù)增長，達(dá)到報(bào)警值。

6 風(fēng)機(jī)的發(fā)展趨勢

1)提高風(fēng)機(jī)的樣本參數(shù)。提高風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、全壓、風(fēng)量和功率等參數(shù)，以面對未來工業(yè)發(fā)展可能存在的大容量要求。2)優(yōu)化產(chǎn)品外觀，減小風(fēng)機(jī)的體積和重量。同樣的風(fēng)量，增加風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可減小風(fēng)機(jī)的葉輪直徑，從而減小風(fēng)機(jī)的體積;選用強(qiáng)度高又輕質(zhì)的材料。3)提高風(fēng)機(jī)的效率。優(yōu)化管路設(shè)計(jì)，合理調(diào)整風(fēng)量，減少風(fēng)機(jī)的負(fù)荷；優(yōu)化風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，減少風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)內(nèi)部流動損失，減少傳動軸之間的機(jī)械損失；提高電機(jī)的效率。4)提高風(fēng)機(jī)的質(zhì)量和可靠性。高質(zhì)量和高可靠性永遠(yuǎn)是保證穩(wěn)定使用和生產(chǎn)的第一要素。制造廠商應(yīng)從設(shè)計(jì)、采購、生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)嚴(yán)格控制和管理。5)降低風(fēng)機(jī)的噪聲。優(yōu)化設(shè)計(jì)，避開共振，使噪聲達(dá)到有關(guān)規(guī)定的要求，并朝著低噪聲的方向發(fā)展。6)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。目前國內(nèi)的風(fēng)機(jī)都能通過PLC或DCS進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動化控制，智能化是未來的發(fā)展方向。另外，新風(fēng)機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)已經(jīng)能夠通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，大大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，從而降低了成本，提高了研發(fā)的可靠性。