通风系统优化方法

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1、通风风机与通风系统优化方法 本 章 内 容 通 风 风 机 的 了 解 与 选 择 通 风 除 尘 系 统 的 维 护 管 理 通 风 除 尘 系 统 的 技 术 经 济 分 析 通 风 管 网 的 系 统 分 析 与 优 化 通 风 风 机风 机 的 分 类离 心 风 机 和 轴 流 风 机 原 理 ；风 机 的 性 能 及 特 性 曲 线 ；风 机 在 通 风 系 统 中 的 运 行 规 律 ；风 机 的 选 择 计 算 。 1.按 风 压 分 根 据 风 机 的 压 力 , 可 将 风 机 分 为 低 压 风 机 、 中 压 风 机 和 高 压 风 机 。其 压 力 范 围 如 下 :

2、低 压 : 风 机 全 压 H 1000Pa 中 压 : 1000Pa H 3000Pa 高 压 : 3000Pa 90 (90 160 )叶 片 出 口 沿 径 向 安 装 , = 90 叶 片 弯曲 方 向与 旋 转方 向 相反 , 90 (20 70 ) 离 心 风 机 的 传 动 形 式 风 机 结 构 及 原 理 -轴 流 风 机轴 流 风 机 的基 本 组 成 :1-集 风 器2-叶 轮3-导 叶4-扩 散 筒 轴 流 风 机 结 构 简 图 集 风 器 的 作 用 是 减 少 入 口 风 流 的 阻 力 ； 叶 轮 的 作 用 是 , 叶 轮 旋 转 时 叶 片 冲 击 空 气

3、, 使 空 气 获 得 一 定 的 速 度 和 风 压 ； 导 叶 的 作 用 扭 转 从 叶 轮 流 出 的 旋 转 气 流 , 使 一 部 分 偏 转 气 流 动 能 变 为 静 压 能 , 同 时可 减 少 因 气 流 旋 转 而 引 起 的 阻 力 损 失 扩 散 筒 的 作 用 是 将 一 部 分 轴 向 气 流 动 能 转变 为 静 压 能 。 轴 流 风 机 的 原 理叶 片 的 旋 转 使 空 气 受 到 冲 击 力 , 从 而 使 空 气 获 得 一 定 的 速 度 和风 压 , 并 由 导 叶 和 扩 散 筒 将 部分 动 能 转 变 为 静 压 , 从 而 使 风机 出

4、口 具 有 一 定 的 风 速 和 风 压 。 轴 流 风 机 的 主 要 结 构 参 数 叶 轮 外 径 D 叶 轮 轮 毂 直 径 d 叶 片 的 安 装 角 , 安 装 角 一 般 为10 、 15 、20 、 25 、30 、 35 叶 片 安 装 角 1- 叶片2- 导叶3- 轮毂dD 轴 流 风 机 结 构 型 式 及 传 动 方 式 传 动 方 式结 构型 式 对 旋 式 轴 流 风 机 对 旋 式 轴 流 风 机 与 普 通 型 轴 流 风 机 的 不 同 之处 是 没 有 静 叶 ， 仅 由 动 叶 构 成 。 两 级 动 轮 分 别由 两 个 不 同 旋 转 方 向 的 电

5、 动 机 驱 动 。 对 旋 式 轴流 风 机 具 有 以 下 特 点 ： 可 以 省 略 导 叶 ， 结 构 比 较 简 单 ； 效 率 高 ， 效 率 可 提 高 5 8 ； 反 风 性 能 好 ， 普 通 型 风 机 ， 其 反 风 量 约 为 40 ，而 对 旋 式 轴 流 风 机 的 反 风 量 可 达 60 70 。 该种 风 机 广 泛 用 于 地 下 工 程 、 船 舶 、 冷 却 塔 和 锅炉 上 。 风 机 性 能 -工 作 性 能 参 数 风 机 的 工 作 性 能 参 数 (或 称 为 有 因 次 性 能参 数 )包 括 风 压 、 风 量 、 功 率 、 效 率 与

6、转速 等 。 （ 1） 风 压 : 风 机 风 压 系 指 全 压 H, 单 位 为Pa, 它 是 单 位 体 积 的 气 体 流 过 风 机 叶 轮 时所 获 得 的 能 量 增 量 。 它 等 于 风 机 的 静 压 Hs与 动 压 Hv之 和 。 一 般 通 风 机 在 较 高 效 率 范围 内 工 作 时 , 其 动 压 约 占 全 压 的 10 20% 左 右 。 风 机 性 能 -工 作 性 能 参 数（ 2） 风 量 Q: 指 通 风 机 在 单 位 时 间内 所 输 送 的 气 体 体 积 。 风 机 说 明 书中 的 风 量 与 风 压 , 一 般 均 指 标 准 气态 下

7、(即 大 气 压 为 760mmHg, 温 度 为20 , 湿 度 为 50%, 密 度 为 1.2kg/m3 )的 数 值 。 风 量 单 位 常 用 有 m3 /s , m3 / min , m3 / h 。 风 机 性 能 -工 作 性 能 参 数 （ 3） 功 率 : 单 位 时 间 内 所 做 的 功 , 单 位 kw（ 千瓦 ） 。 风 机 的 功 率 可 分 为 : 全 压 有 效 功 率 Na 指 单 位 时 间 内 通 过 风 机 的 空 气所 获 得 的 实 际 能 量 , 它 是 风 机 的 输 出 功 率 , 也 称为 空 气 功 率 。 Na=HQ/1000 （ kw

8、） 静 压 有 效 功 率 指 单 位 时 间 内 通 过 风 机 的 空 气 所获 得 的 静 压 能 量 。 是 全 压 有 效 功 率 的 一 部 分 。 轴 功 率 Nz 电 动 机 传 递 给 风 机 转 轴 上 的 功 率 。 也就 是 风 机 的 输 入 功 率 。 电 机 功 率 考 虑 了 传 动 机 械 效 率 和 电 机 容 量 安 全系 数 后 , 电 动 机 的 功 率 。 风 机 性 能 -工 作 性 能 参 数（ 4） 效 率 : 表 明 风 机 将 输 入 功 率转 化 为 输 出 功 率 的 程 度 。 分 为 全压 效 率 (也 称 为 空 气 效 率 或

9、总 效 率 )和 静 压 效 率 。 zssza NQHNHQ 1000 1000 风 机 性 能 -工 作 性 能 参 数（ 5） 转 速 : 系 指 风 机 叶 轮 每 分 钟 的 转数 , 单 位 为 转 / 分 。 风 机 转 速 改 变 时 , 风 机 的 流 量 、 风 压 和 轴 功 率 都 将 随 之改 变 。 同 类 型 风 机 性 能 的 关 系风 机 性 能 也 可 用 无 因 次 的 流 量 系 数 , 压 力 系 数 和 功 率 系 数 来 表 示 。 这 些 无因 次 性 能 参 数 (也 称 无 因 次 系 数 )的 换算 公 式 是 由 相 似 理 论 推 导

10、出 来 的 。 同类 型 风 机 相 似 (包 括 几 何 相 似 , 运 动相 似 和 动 力 相 似 ), 因 此 , 同 一 类 型风 机 的 无 因 次 性 能 参 数 相 等 。 即 同 类 型 风 机 性 能 的 关 系UDQ24 2UH 324 UDQH 流 量 系 数 压 力 系 数功 率 系 数 空 气 密 度 ， kg/m3；D 风 机 的 叶 轮 外 径 ， m；U 叶 轮 周 边 切 线 速 度 ， m/s；H 风 机 的 风 压 ， Pa；Q 风 机 的 风 量 ， m3/s。 由 上 式 无 因 次 系 数 式 ， 可 得 同 类 型 风 机 性 能 的 换 算 关

11、系 式 为 : Q/Q = ( D/D)3(n/n) H/H = ( / )( D/D)2(n/n)2 N/N = ( / )( D /D )5(n/n)3 Q、 Q 分 别 为 所 要 换 算 的 两 台 风 机 的 风 量 ， m3/s；H、 H 分 别 为 所 要 换 算 的 两 台 风 机 的 风 压 ， Pa；N、 N 分 别 为 所 要 换 算 的 两 台 风 机 的 功 率 ， kw；D、 D 分 别 为 所 要 换 算 的 两 台 风 机 的 叶 轮 直 经 ， m；n、 n 分 别 为 所 要 换 算 的 两 台 风 机 的 转 速 ， 转 /分 ； 、 分 别 为 所 要

12、换 算 的 两 台 风 机 工 作 的 空 气 密度 ， kg/m 3。 同 类 型 风 机 性 能 的 换 算 风 机 性 能 -风 机 个 体 特 性 曲 线 通 风 机 在 一 定 的 转 速 下 , 其 风 压 、 功 率 、 效 率 与流 量 之 间 是 个 函 数 关 系 , 由 于 风 机 工 作 过 程 的 复杂 性 , 很 难 从 理 论 上 得 出 这 个 函 数 关 系 的 精 确 数学 表 示 式 。 因 此 , 实 际 应 用 中 通 常 通 过 实 测 并 用曲 线 来 描 述 风 压 、 功 率 、 效 率 与 流 量 之 间 的 关 系 ，这 种 曲 线 就 称

13、 为 风 机 的 个 体 特 性 曲 线 。 它 由 全 压H 流 量 Q、 静 压 Hs 流 量 Q、 功 率 N 流 量 Q 、 全压 效 率 流 量 Q和 静 压 效 率 s 流 量 Q五 条 曲线 组 成 。 每 一 台 通 风 机 都 有 一 组 个 体 特 性 曲 线 。 轴 流 风 机 离 心 风 机离 心 风 机 与 轴 流 风 机 个 体 特 性 曲 线 的 比 较 ： 风压 曲 线 ： 离 心 的 较 平 缓 , 风 压 随 风 量 的 变 化 不 大 ；轴 流 的 较 陡 , 有 “ 马 鞍 形 ” 驼 峰 区 , 风 压 随 风 量的 变 化 较 大 ； 功 率 曲 线

14、 ： 在 工 作 区 内 , 离 心 的功 率 随 风 量 的 增 加 而 增 加 , 因 此 应 闭 闸 启 动 ； 轴流 的 功 率 随 风 量 的 增 加 而 减 少 ， 应 开 闸 启 动 。 风 机 性 能 -风 机 类 型 特 性 曲 线 每 台 风 机 都 有 一 组 个 体 特 性 曲 线 , 使 用 起 来 不 方便 , 且 不 能 比 较 不 同 类 型 (即 不 相 似 )风 机 的 性 能 。为 了 减 少 个 体 特 性 曲 线 的 图 表 数 量 , 根 据 相 似 理论 得 出 的 无 因 次 系 数 、 、 ， 对 于 同 一 类 型的 风 机 都 相 等 。

15、因 此 , Q 、 Q、 Q曲线 代 表 同 一 类 型 风 机 在 各 种 转 速 下 的 性 能 。 这 样一 组 曲 线 就 称 为 风 机 的 类 型 特 性 曲 线 。 同 一 类 型的 风 机 就 只 有 一 组 类 型 特 性 曲 线 。 类 型 特 性 曲 线也 是 通 过 试 验 方 法 确 定 。 风 机 运 行 -单 台 风 机 的 运 行运 行 工 况 点 : 风 机 风 压特 性 曲 线 H与 风 管 阻 力 特性 曲 线 Km的 交 点 , 即 为 风机 的 运 行 工 况 点 。 在 工 况点 上 风 机 的 风 压 与 系 统 中的 阻 力 相 等 ,风 机 的

16、 风 量就 是 系 统 的 风 量 。 工 况 点随 系 统 阻 力 和 风 机 转 速 的变 化 而 变 化 。 风 机 运 行 -单 台 风 机 的 运 行对 运 行 工 况 点 的 要 求 : 运 行 工 况 点 落 在 风 压 曲 线 的 稳 定 工作 区 范 围 内 ； 运 行 工 况 点 落 在 效 率 较 高 的 范 围 内 , 一 般 要 求 工 况 点 的 运 行 效 率 不 能 低 于最 高 效 率 的 85%。 即 ， 要 求 0.85 max。 满 足 这 两 项 要 求 的运 行 范 围 ， 即 为 风 机 的 工 作 区 。 风 机 运 行 -单 台 风 机 的 运

17、 行 对 工 况 点 的 调 节 : 当 风机 的 风 量 和 风 压 不 能 满足 设 计 要 求 时 , 就 应 调节 工 况 点 。 两 种 调 节 法 : 一 是 调 节阻 力 特 性 曲 线 Km, 需 增大 风 量 时 , 将 Km值 调 小 , 反 之 将 Km值 调 大 ； 二 是调 节 风 机 转 速 , 从 而 使风 机 风 压 曲 线 改 变 。 多 台 风 机 联 合 运 行 多 台 风 机 联 合分 为 :并 联串 联 ， 包 括 ： 集 中 串 联 间 隔 串 联 多 台 风 机 联 合 运 行 -并 联 并 联 系 指 两 台 或 数 台 风 机 平 行 地 联

18、合 在 一 起 , 向 同一 系 统 输 送 空 气 , 其 目 的 是 增 加 系 统 的 风 量 , 用 于风 量 大 , 阻 力 小 的 通 风 系 统 。 多 台 风 机 联 合 运 行 -并 联并 联 的 合 成 性 能 参 数 确 定 （ 图 解 法 ） : 首 先 求 出 合 成 风 压 曲 线 , 按 风 压 相 等 风量 相 加 的 原 则 ， 确 定 合 成 风 压 曲 线 ；然 后 确 定 等 效 工 况 点 ,合 成 风 压 曲 线 H与风 筒 风 阻 R曲 线 的 交 点 即 为 等 效 工 况 点 。等 效 工 况 的 风 量 和 风 压 即 为 所 求 的 合 成

19、风 量 和 合 成 风 压 。 多 台 风 机 联 合 运 行 -串 联 串 联 就 是 将 前 一 台 风 机 的 出 风 口 与 后 一 台风 机 的 进 风 口 相 连 接 , 向 同 一 系 统 输 送 空气 , 其 目 的 是 提 高 风 压 , 用 于 阻 力 大 的 通风 系 统 。 串 联 分 为 集 中 串 联 和 分 散 串 联 。 多 台 风 机 联 合 运 行 -并 联集 中 串 联 的 合 成 性 能 参 数 确 定 （ 图 解法 ） : 按 风 量 相 等 , 风 压 相 加 原 则 求 出 串 联合 成 风 压 曲 线 ；合 成 风 压 曲 线 H与 风 阻 K曲

20、 线 的 交 点 即为 等 效 工 况 点 ；等 效 工 况 点 的 风 量 、 风 压 即 为 合 成 风量 和 合 成 风 压 。 多 台 风 机 联 合 运 行 -注 意 事 项对 于 不 同 性 能 风 机 并 联 ,要 注 意 无 效 并 联 问 题 。不 同 性 能 风 机 串 联 ， 要 注意 无 效 串 联 问 题 。 通 风 除 尘 系 统 的 维 护 管 理 是 一项 十 分 重 要 的 工 作 。 在 系 统 建成 以 后 ， 要 保 持 其 正 常 运 行 ，发 挥 其 应 有 的 作 用 ， 主 要 依 靠科 学 的 维 护 管 理 。 通 风 空 调 系 统 的 维

21、 护 管 理 维 护 管 理 工 作 的 内 容 ：1 建 立 、 健 全 组 织 机 构和 规 章 制 度 2 联 工 教 育 和 人 员 培 训 3 系 统 的 运 行 操 作 4 定 期 检 测 5 计 划 检 修 通 风 空 调 系 统 的 维 护 管 理 维 护 管 理 工 作 的 内 容 ：检 查 管 道 、 风 口 、 阀 门 通 风 空 调 系 统 的 维 护 管 理 维 护 管 理 工 作 的 内 容 ：检 查 管 道 、 风 口 、 阀 门 通 风 空 调 系 统 的 维 护 管 理 维 护 管 理 工 作 的 内 容 ：检 查 通 风 系 统 环 境 是 否 整 洁 、

22、安 全 通 风 空 调 系 统 的 维 护 管 理 技 术 经 济 分 析 的 指 标 主 要 有 ： 价值 指 标 ， 人 员 指 标 和 实 物 指 标 等 。在 通 风 除 尘 系 统 的 功 能 可 满 足 要求 的 条 件 下 ， 根 据 这 些 指 标 进 行分 析 和 综 合 评 价 ， 才 能 全 面 地 反映 设 计 方 案 的 正 确 性 。 通 风 空 调 系 统 的 技 术 经 济 分 析 技 术 经 济 分 析 的 主 要 内 容 ：（ 1） 通 风 除 尘 系 统 的 总 费 用 分 析（ 2） 初 投 资 分 析（ 3） 运 行 费 分 析通 风 空 调 系 统

23、的 技 术 经 济 分 析 优 化 设 计 简 介 为 了 使 系 统 达 到 最 优 的 目 标 所 提 出 的 各种 求 解 方 法 称 为 最 优 化 方 法 。 常 用 的 优 化 方 法 有 线 性 规 划 法 、 非 线 性规 划 法 、 动 态 规 划 法 、 极 大 值 法 等 。 它 对 促 进 运 筹 学 、 管 理 科 学 、 控 制 论 和系 统 工 程 等 新 兴 学 科 的 发 展 起 到 了 重 要的 作 用 。 优 化 设 计 步 骤最 优 化 方 法 解 决 问 题 一 般 可 以 分 为 以 下 几 个 步 骤 ： （ 1） 提 出 需 要 进 行 最 优

24、化 的 问 题 ， 开 始 收 集 有 关 资 料和 数 据 ； （ 2） 建 立 求 解 最 优 化 问 题 的 有 关 数 学 模 型 ， 确 定 变量 ， 列 出 目 标 函 数 和 有 关 约 束 条 件 ； （ 3） 分 析 模 型 ， 选 择 合 适 的 最 优 化 方 法 ； （ 4） 求 解 方 程 。 一 般 通 过 编 制 程 序 在 电 子 计 算 机 上求 得 最 优 解 ； （ 5） 最 优 解 的 验 证 和 实 施 。 通 过 上 述 五 个 相 互 独 立 和 互 相 渗 透 的 步 骤 ， 最 终求 得 系 统 的 最 优 解 。 通 风 空 调 中 的 优 化 设 计优 化 目 标 资 源 优 化 ： 原 料 利 用 最 大 化 能 源 优 化 ： 能 量 损 失 最 小 化优 化 对 象 设 备 组 合 ： 风 罩 ， 净 化 ， 通 风 管 网 ： 管 径 ， 管 路 风 机 选 型 ： 功 率 ， 风 压