横流与轴流通风机串联吸气临界点试验研究

摘要：研究检测了横流与轴流通风机在不同工况下串联运行时的临界点，并绘制了横流与轴流通风机串联临界曲线。得出了横流风机在串联系统中较轴流风机稳定的结论。
关键词：横流式通风机 轴流式通风机 串联运行 临界点
中图分类号：TH43        文献标识码： B
文章编号：1006-8155（2007） 03-000-00
Test Research on the Inspiration Critical Point of Cross- fl ow Fan and Axial Fan in Series
Abstract ： In this paper, the critical points of cross-flow fan and axial fan in series at different operating conditions are tested and researched, and draw the critical curves of them. The result show: cross-flow fan is more stable than axial fan in series system are obtained.
Key words: Cross- fl ow fan Axial fan Series operation Critical point

0   引言

　　以单台风机作为系统吸气（或排气）部件的场合很多，根据工作要求选择适宜的风机并不困难，然而在诸多情况下，为了提高系统作业性能，常常要求两台或多台风机联合工作。且由于不同类型风机有自身的结构和性能特点，常常要求异类风机联合使用。在系统设计过程中，设计者根据作业要求确定气流参数（压力、流量），根据气流参数选择风机。对于多台风机联合作业系统，必须明确风机之间的匹配原则，才有可能选择适宜的风机，使系统气流参数满足要求。然而风机联合运行，特别是异类风机联合运行缺乏匹配理论，这无疑增大了选择风机的盲目性，出现工作气流参数大幅度偏离设计值的现象。本文从横流风机与轴流风机串联运行的吸气性能入手，在大量试验的基础上，给出了横流风机与轴流风机串联运行时的临界曲线及其一般规律。

１  串联临界点概述

　　串联工况点^[1]是串联总性能曲线与管网特性曲线的交点，分为串联排气工况点和串联吸气工况点，笔者主要研究串联吸气工况点，即总的吸气性能曲线与管网特性曲线的交点。串联临界点则是串联运行总的吸气性能曲线与吸气能力较高的单风机吸气性能曲线及管网特性曲线三者的交点。在不改变管网特性曲线的情况下，串联临界点就是串联运行总的吸气性能与吸气能力较高的单风机吸气性能曲线的交点，即串联工作时两台风机中吸气能力较低的一台成为系统负载的临界点。

　
图１　供料风机变频恒压控制原理框图

　　如图1所示：把串联运行的前一级风机记为风机 Ⅰ，后一级风机记为风机Ⅱ ；曲线Ⅰ为风机Ⅰ的流量-压力曲线，曲线Ⅱ为风机Ⅱ的流量—压力曲线，曲线Ⅲ为风机Ⅰ与 Ⅱ 串联运行总的流量—压力曲线，1、2、3为不同阻力的管网特性曲线。当管网特性曲线为2时，串联吸气工况点与风机Ⅰ的吸气工况点均为M₂ ，即串联运行与风机Ⅰ单独运行效果是一样

　 图中，性能测量孔来测定两风机串联后总的吸气性能，辅助测量孔配合性能测量孔可用来确定前级风机的吸气性能。管网阻力通过调节节流器位置来确定。本试验所用风机为SF3.5G-4 型轴流风机和与其流量、压力相匹配自制横流风机^[4-6]，分别由两台交流变频电机驱动。 压力测量采用皮托管与DP-2000 数字式微压计相结合。 风机功率由JN338 型智能数字转矩转速测量仪自动记录。试验证明：本试验装置具有较好的通用性，并且精度较高，可用于各种类型单风机及串联组合，在各种不同转速下的吸气及排气性能测试。

2.3 试验结果及分析

　　轴流风机、横流风机根据在串联系统中前后位置的不同，可分为轴流风机与横流风机串联和横流风机与轴流风机串联两种方式。对每种串联方式，串联临界点的调节方法也有两种：一是固定前级风机转速，调节后级风机转速使其达到串联临界点；二是固定后级风机转速，调节前级风机转速使其达到串联临界点。

2.3.1 轴流风机与横流风机串联

　　轴流风机与横流风机串联是将轴流风机作为串联的前级风机，横流风机作为串联的后级风机的串联方式。

（1） 固定前级轴流风机转速，调节后级横流风机转速，测得横流风机临界转速。

　　首先将轴流风机转速固定在1042r/min ，并确定一种管网阻力（例如工况1），然后通过 调节变频器来改变横流风机的转速，观察性能并测量孔压力、流量变化，当串联风机的总进气压力及流量与轴流风机单机、同工况下的压力及流量相等时，记下横流风机的转速，即两台风机串联运行处于临界工作状态时的转速，称为横流风机临界转速。保持轴流风机转速不变，以同样方法测得其余8种不同管网阻力下横流风机临界转速。最后改变轴流风机转速，重复以上步骤，可测出其它两种转速下横流风机的临界转速（见表1）。

表1 轴流与横流风机串联后级横流风机临界转速表

表2　 轴流与横流风机串联前级轴流风机临界转速表

　　为了找到串联临界点的规律，以使其更具有通用性，又测出横流风机在各临界转速及对应工况下的压力和流量，即临界点。再把这些点按固定轴流风机转速进行最小二乘曲线拟 合，可得 3条拟合曲线，即临界曲线（见图3a）。图中曲线上的数字是轴流风机转速（r/min）。

　（2）固定横流风机转速，调节轴流风机转速，测得轴流风机临界转速。

　　首先将横流风机转速固定在535r/min ，并确定一种管网阻力（例如工况2），然后通过调节变频器改变轴流风机转速，观察性能并测量孔压力、流量变化，当串联风机的总进气压力、流量与横流风机单机、同工况下的压力及流量相等时，记下轴流风机的转速，此即轴流风机临界转速。保持横流风机转速不变，以同样方法测得其余8种不同管网阻力下轴流风机临界转速。改变横流风机转速，重复以上步骤，可测出其他两种转速下的临界转速（见表2）。最后测出轴流风机在各临界转速及对应工况下的压力和流量，即临界点。再把这些点按横流风机固定转速进行最小二乘曲线拟合，可得3条拟合曲线，即临界曲线（见图3b）。图中曲线上的数字是横流风机转速（r/min）。

　　从图3看出，后级横流风机与前级轴流风机的临界曲线形状不同，但变化趋势相似，即在同一转速下，随着流量增加，压力逐渐增加（前级轴流风机临界曲线在管网阻力较小、流量较大时，随着流量增加，压力有所降低）；同一流量下，随着固定风机转速的升高，压力逐渐增大。

2.3.2 　横流风机与轴流风机串联

　　横流风机与轴流风机串联是将横流风机作为串联的前级风机，轴流风机作为串联的后级风机的串联方式。

　　（1）固定前级横流风机转速，调节后级轴流风机转速，测得轴流风机临界转速。

　　按照轴流风机与横流风机串联中第二种固定横流风机转速，调节轴流风机转速测试方法，测得轴流风机临界转速（见表3）。然后根据临界转速测出轴流风机临界点，并按横流风机固定转速进行曲线拟合，可得3条临界曲线（见图4a）。

表 3 横流与轴流风机串联后级轴流风机临界转速表

表4 横流与轴流风机串联前级横流风机临界转速表

（2） 固定后级轴流风机转速，调节前级横流风机转速，测得横流风机临界转速。

　　按照轴流风机与横流风机串联中第一种固定轴流风机转速，调节横流风机转速测试方法，测得横流风机临界转速（见表4）。然后根据临界转速测出横流风机临界点，并按轴流风机固定转速进行曲线拟合，可得3条临界曲线（见图4b）。

　　从图4看出，两风机临界曲线形状不同，但变化趋势相似，即在同一转速下，随着流量增加，压力逐渐增加；相同流量下，随着固定风机转速的升高，对应风机压力也逐渐增大。

　　比较图3和图4可发现：轴流风机、横流风机在串联系统中前后位置不同，得出的同一风机临界曲线形状却比较相似，如图3a与图4b 。说明风机临界曲线与对应单机性能较相似，随串联方式变化不大。另外，从图中还可看出，两种串联方式中，横流风机临界曲线比轴流风机临界曲线要平滑一些，说明横流风机在串联系统中较轴流风机稳定。

３　 结论

　　（1）轴流风机、横流风机串联运行，保证前级风机在串联临界点以上工作，可以提高风机串联后总的压力及流量。
　（2）轴流风机、横流风机串联运行，同一串联方式中，两风机对应串联临界曲线形状不尽相同；不同串联方式中，同一风机临界曲线形状相似。串联系统中横流风机较轴流风机稳定。
　 （3）轴流风机、横流风机串联方式不同，各风机临界曲线 变化趋势基本一致，即在同一转速下，随着流量的增加，压力逐渐增加；同一流量下，随着固定风机转速的升高，对应风机的压力也逐渐升高。