離心風機性能曲線

離心風機性能曲線，即壓力、效率、功率與流量的關系曲線，與離心泵性能曲線的理論定性分析和實測性能曲線的討論是完全類似的。但是，由于流體的物理性質的差異，使得在實際應用中，離心風機的性能曲線與水泵有所不同。如離心風機的靜壓、靜壓效率曲線，離心風機的無量綱性能曲線，都在風機中有重要的應用。

一、風機的全壓與靜壓性能曲線

1、風機的全壓、靜壓和動壓

水泵揚程計算式是根據水泵進出口的能量關系，對單位重量液體所獲得的能量建立的關系式，即

    H =（Z-Z）++（m）

對于水泵，（Z-Z）+。故在應用中，水泵的揚程即全壓等于靜壓，也就是水泵單位重量液體獲得的總能量可用壓能表示。

建立風機進出口的能量關系式，同氣體的位能(Z-Z)可以忽略，得到單位容積氣體所獲能量的表達式，即

   （）-（） (N/㎡)           (4—1)

即風機全壓等于風機出口全壓與進口全壓之差。風機進出口全壓分別等于各自的靜壓、與動壓、之和。式（1）適用于風機進出口不直接通大氣（即配置有吸風管和壓風管）的情況下，風機性能試驗的全壓計算公式。該系統稱為風機的進出口聯合實驗裝置，是風機性能試驗所采用的三種不同實驗裝置之一。

風機的全壓是由靜壓和動壓兩部分組成。離心風機全壓值上限僅為1500mm（14710Pa），而出口流速可達30m/s左右；且流量（即出口流速）越大，全壓就越小。因此，風機出口動壓不能忽略，即全壓不等于靜壓。例如，當送風管路動壓全部損失（即出口損失）的情況下，管路只能依靠靜壓工作。為此，離心風機引入了全壓、靜壓和動壓的概念。

風機的動壓定義為風機出口動壓，即

     (N/㎡)                                   （4—2）

風機的靜壓定義為風壓的全壓減去出口動壓，即

         (N/㎡)         （4—3）

風機的全壓等于風機的靜壓與動壓之和，即

         (N/㎡)                                        （4—4）

以上定義的風機全壓，靜壓 和動壓，不但都有明確的物理意義；而且也是進行風機性能試驗，表示風機性能參數的依據。

   2、風機的性能曲線

    從上述各風壓的概念出發，按照性能曲線的一般表示方法，風機應具有5條性能曲線。（1）全壓與流量關系曲線（曲線）；（2）靜壓與流量關系曲線（ 曲線）；（3）軸功率與流量關系曲線（ 曲線）；（4）全壓效率與流量關系曲線（ 曲線）；（5）靜壓效率與流量關系曲線（曲線）。5條性能曲線中， 曲線與 曲線是有別于水泵的兩條性能曲線。

全壓效率計算方法同水泵，即

            =                                       （4—5）

式中：—全壓（N/㎡）；—流量（m3/s）；—軸功率（KW）。

靜壓效率 定義為風機的靜壓有效功率與風機的軸功率之比，即

                                                （4—6）

離心風機性能曲線如圖4—10所示。

圖4—10  典型后向葉輪離心通風機的性能曲線        圖4—11  5-48型離心通風機的無量綱性能曲線

二、風機無量綱性能曲線                    

   1. 風機的無量綱性能系數

   根據泵與風機的相似定律，與某一風機保持工況相似的任一風機（其性能參數均以下標“m”表示），在效率相等（）的條件下，相似三定律可分別表示為

                                                           （4-7）

                                         (4-8)

                                         (4-9)

注意到，以葉輪外徑表示的幾何比尺，葉輪出口牽連速度，引入葉輪圓盤面積。分別對上面3個定律的表達式進行無量綱化，并考慮到、、和  的關系，得到風機的無量綱性能系數。

（1） 流量系數

由流量相似定律表達式（4-7）有

兩端同除 后寫為

最后可得流量系數，這是一個與流量有關的無量綱數，即

                         （4-10）

式（4-10）表明，工況相似的風機，其流量系數應該相等，且是一個常量。流量系數大，則風機流量也大。

（2）壓力系數  

由壓力相似定律表達式（4-8）有

兩端同除后寫為

最后可得壓力系數，這是一個與壓力有關的無量綱數，即

                       （4-11）

式（4-11）表明，工況相似的風機，其壓力系數應該相等，且是一個常量。壓力系數大，則風機的壓力也高。壓力系數也是風機型號編制的依據之一。

（3）功率系數

 由功率相似定律表達式（4-9）有

兩端同除    后寫為

最后可得功率系數，這是一個與功率有關的無量綱數，即

                    （4-12）

式（4-12）表明，工況相似的風機，其功率系數應該相等，且是一個常量。功率系數大，則風機的功率也大。

（4）效率

 效率本身就是一個無量綱數，根據上述關系有

                    （4-13）

即效率就是無量綱的效率系數。

2．風機的無量綱性能曲線

  無量綱性能參數、、也是相似特征數，因此凡是相似的風機，不論其尺寸的大小，轉速的高低和流體密度的大小，在對應的工況點K，它們的無量綱參數都相等。對于一系列的相似風機，每臺風機都具有各自的性能曲線。當采用無量綱系數表示時，該系列所有對應工況點將重合為一個無量綱工況點，該系列所有對應性能曲線將重合為一條無量綱性能曲線。因此，對于系列相似風機的性能，可用一組無量綱性能曲線表示。

圖4-11是5-48型風機的無量綱性能曲線。該曲線表示該型號中，幾何相似，但大小與轉速都不相同的一系列風機（即不同的機號）的無量綱性能曲線。

目前，國產離心風機的產品樣本，都采用了無量綱性能曲線表示某一型號系列相似風機（不同機號）的共性。無量綱性能曲線不僅是為了減少風機性能圖的數量以簡化表示，而且還便于對不同特性的各種系列風機進行比較和選型。

無量綱性能參數與無量綱性能曲線，在理論上也適用與水泵，但是由于水泵的種類繁多，水泵本身還存在汽蝕問題，因此水泵不采用無量綱性能曲線。

三、風機性能參數計算

1．風機性能參數與無量綱性能參數

無量綱參數都是幾個性能參數的無量綱組合，同一無量綱參數可以由這些性能參數的不同組合而成。因此，相似系列風機的對應工況點雖然具有同一無量綱參數，但是，這些點的性能參數并不相同。利用無量綱性能曲線選擇風機和對風機性能參數的校核，都需根據無量綱參數和風機轉速，葉輪直徑，計算風機的風量，全壓和功率。仍然采用無量綱參數  、、的表達式，并考慮葉輪圓盤面積和葉輪出口牽連速度的關系，可得風量、全壓和功率的計算式。

  (m3/s)                          （4-14）

 (N/㎡)                         （4-15）

（kw）                    （4-16）

2．非標準狀態與標準狀態的性能參數變換

風機性能參數風壓是指在標準狀態下的全壓。標準狀態是壓力KPa，溫度℃，相對濕度的大氣狀態。一般風機的進氣不是標準狀態，而是任一非標準狀態，兩種狀態下的空氣物性參數不同。空氣密度的變化將使標準狀態下的風機全壓也隨之變化，在非標準狀態下應用風機性能曲線時，必須進行參數變換。

相似定律表明，當一臺風機進氣狀態變化時，其相似條件滿足、、此時相似三定律為

             ；；                      （4-17）

若標準進氣狀態的風機全壓為，空氣密度為；非標準狀態下的空氣密度為，風機全壓為，則全壓關系有

  (N/㎡)                           （4-18）

一般風機的進氣狀態就是當地的大氣狀態，根據理想氣體狀態方程有

                                （4-19）

式中，，是風機在使用條件（即當地大氣狀態）下的當地大氣壓，空氣密度和濕度。將式（4-19）代入式（4-18）可得

 (N/㎡)           （4-20）

利用此式，可將使用條件下的風機全壓，變換為標準進氣狀態下的風機全壓。