离心通风机内部气流短路间隙对风机性能影响

　　hbzhan内容导读：对当前国内离心通风机普遍存在的内部气流短路间隙过大的问题，进行了一次严格的对比测试，结果是：间隙由2mm增大到19mm，就使有效功率降低了一半。*一项造成的能源损失大约等于输入功率的40%。现在国内正在生产和使用的离心通风机的间隙一般都大于19mm。对此作者提出了风机改造方案。
　　
　　1测试方法和仪器
　　
　　本次测试采取自由进口和管道出口装置类型（B类）。
　　
　　除非是有条件的专门测试场所适于用孔板、文丘里等装置以外，一般的风机性能测试多用L形标准皮托管做传感器。但皮托管并不理想：风速不能大于40m/s，有的标明只能用于0~30m/s，精度也不高。现在市场上有数字式风速测量仪、流量测量仪，灵敏又方便，但其传感器还是皮托管。皮托管之所以不能用于高风速场合，主要是因为其静压测孔开在皮托管之外壁，当风速较高时，此处很难保留贴近管壁的滞留层，所以静压测不准。
　　
　　本次测试所用的主要仪器是小管径全压测量管，用Φ3.0的无缝不锈钢圆管制作，其测量口一段逐渐缩小到直径2mm，从测量口到直角弯的直管长度为管径的20倍以上，并有专门的固定和调节装置，使用很方便。静压测孔单独开在被测风管壁，与全压管测量口处于同一横截面内。在测量点前后有足够长度的情况下，可以认为在同一个横截面上的各点静压相等。显示压力用玻璃管U形压力计。风机为4-72A-4.5#-7.5kW-2900r/min。风管为DN250的PVC管，长3.8m，测量点距进风端面2m，相当于8倍管直径。静压测孔直径约2.2mm，外管直径3mm。电压测量用数字式万用电表，电流测量用初级8匝的5倍电流互感器接数字电流表。
　　
　　风管出风口的轴线上有一根螺杆，移动螺杆上的圆钢板就可以调节阀门开度。这次的阀门开度共设7档，圆钢板到出风口端面的距离分别是：0档、1档30mm、2档70mm、3档120mm、4档200mm、5档300mm和6档全开。
　　
　　为了验证进风口与叶轮之间的间隙对风机性能的影响，这次为一个叶轮配制了2个不同的进风口，一个与叶轮的间隙为2mm，另一个为19mm。这样测试完一个后，只要换装一个进风口就可以再试第二个了。
　　
　　数据处理
　　
　　所用PVC管并不很圆，内径从241mm至245mm,截面积按直径243mm计算,而测量孔开在245mm的直径上。考虑到圆管中间和边缘可能流速有差别，将圆面积平均分为三等分，即中间一个圆及两个圆环。这三个部分的测量点都必须取在其内外等面积的等分线上。这样一来，实际上就是要将整个圆平均分成6等分，测量点分别设在第1、第3、第5个圆上。设这三个圆的半径分别是R1、R2、R3，大圆半径为R=122.5mm，则可推出：
　　
　　R1＝（1/6）0.5R=0.4082R=50.00mm
　　
　　R2＝（3/6）0.5R=0.7071R=86.62mm
　　
　　R3=（5/6）0.5R=0.9129R=111.83mm
　　
　　测量中，风管内的全压取全压管的读数，动压为全压与静压之差。空气温度和湿度都接近标准状态，直接取数计算，空气密度取1.2kg/m3。电动机的功率因素没有实测，就取其铭牌上的0.8。
　　
　　动压、静压、全压分别标为pd、pj、pq，功率、输入功率、有效功率分别标为N、Nr、Ny，风速、风量、面积分别标为U、Q、S，电流、电压分别为I、V，则：
　　
　　U=（2pd/1.2）0.5=1.291pd0.5（m/s）
　　
　　Q=SU=0.7854×0.2432×3600U=166.968U（m3/h）
　　
　　Ny=Qpq/3600000（kW）
　　
　　Nr=1.732IV×cosφ
　　
　　在全国离心通风机的装机容量和用电量，目前没有参考数据。估计装机容量和用电量大约都占到总量的1/10以上。按照这个比例，2010年全国发电量41413亿kWh，因为通风机间隙增大的原因平均浪费40%的电量，按0.5元/k·Wh计算，全国离心通风机因此而浪费的总电价值为828亿元/年。大量节约电能，就能减少以煤发电的环境污染，减少煤矿矿难。风机质量大幅提高对使用风机场所提产降耗、改善环境也都大有裨益。