摘要：研究檢測了橫流與軸流通風(fēng)機在不同工況下串聯(lián)運行時的臨界點，并繪制了橫流與軸流通風(fēng)機串聯(lián)臨界曲線。得出了橫流風(fēng)機在串聯(lián)系統(tǒng)中較軸流風(fēng)機穩(wěn)定的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：橫流式通風(fēng)機 軸流式通風(fēng)機 串聯(lián)運行 臨界點
中圖分類號：TH43        文獻標(biāo)識碼： B
文章編號：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

　　以單臺風(fēng)機作為系統(tǒng)吸氣（或排氣）部件的場合很多，根據(jù)工作要求選擇適宜的風(fēng)機并不困難，然而在諸多情況下，為了提高系統(tǒng)作業(yè)性能，常常要求兩臺或多臺風(fēng)機聯(lián)合工作。且由于不同類型風(fēng)機有自身的結(jié)構(gòu)和性能特點，常常要求異類風(fēng)機聯(lián)合使用。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，設(shè)計者根據(jù)作業(yè)要求確定氣流參數(shù)（壓力、流量），根據(jù)氣流參數(shù)選擇風(fēng)機。對于多臺風(fēng)機聯(lián)合作業(yè)系統(tǒng)，必須明確風(fēng)機之間的匹配原則，才有可能選擇適宜的風(fēng)機，使系統(tǒng)氣流參數(shù)滿足要求。然而風(fēng)機聯(lián)合運行，特別是異類風(fēng)機聯(lián)合運行缺乏匹配理論，這無疑增大了選擇風(fēng)機的盲目性，出現(xiàn)工作氣流參數(shù)大幅度偏離設(shè)計值的現(xiàn)象。本文從橫流風(fēng)機與軸流風(fēng)機串聯(lián)運行的吸氣性能入手，在大量試驗的基礎(chǔ)上，給出了橫流風(fēng)機與軸流風(fēng)機串聯(lián)運行時的臨界曲線及其一般規(guī)律。

１  串聯(lián)臨界點概述

　　串聯(lián)工況點^[1]是串聯(lián)總性能曲線與管網(wǎng)特性曲線的交點，分為串聯(lián)排氣工況點和串聯(lián)吸氣工況點，筆者主要研究串聯(lián)吸氣工況點，即總的吸氣性能曲線與管網(wǎng)特性曲線的交點。串聯(lián)臨界點則是串聯(lián)運行總的吸氣性能曲線與吸氣能力較高的單風(fēng)機吸氣性能曲線及管網(wǎng)特性曲線三者的交點。在不改變管網(wǎng)特性曲線的情況下，串聯(lián)臨界點就是串聯(lián)運行總的吸氣性能與吸氣能力較高的單風(fēng)機吸氣性能曲線的交點，即串聯(lián)工作時兩臺風(fēng)機中吸氣能力較低的一臺成為系統(tǒng)負(fù)載的臨界點。

　
圖１　供料風(fēng)機變頻恒壓控制原理框圖

　　如圖1所示：把串聯(lián)運行的前一級風(fēng)機記為風(fēng)機 Ⅰ，后一級風(fēng)機記為風(fēng)機Ⅱ ；曲線Ⅰ為風(fēng)機Ⅰ的流量-壓力曲線，曲線Ⅱ為風(fēng)機Ⅱ的流量—壓力曲線，曲線Ⅲ為風(fēng)機Ⅰ與 Ⅱ 串聯(lián)運行總的流量—壓力曲線，1、2、3為不同阻力的管網(wǎng)特性曲線。當(dāng)管網(wǎng)特性曲線為2時，串聯(lián)吸氣工況點與風(fēng)機Ⅰ的吸氣工況點均為M₂ ，即串聯(lián)運行與風(fēng)機Ⅰ單獨運行效果是一樣

　 圖中，性能測量孔來測定兩風(fēng)機串聯(lián)后總的吸氣性能，輔助測量孔配合性能測量孔可用來確定前級風(fēng)機的吸氣性能。管網(wǎng)阻力通過調(diào)節(jié)節(jié)流器位置來確定。本試驗所用風(fēng)機為SF3.5G-4 型軸流風(fēng)機和與其流量、壓力相匹配自制橫流風(fēng)機^[4-6]，分別由兩臺交流變頻電機驅(qū)動。 壓力測量采用皮托管與DP-2000 數(shù)字式微壓計相結(jié)合。 風(fēng)機功率由JN338 型智能數(shù)字轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀自動記錄。試驗證明：本試驗裝置具有較好的通用性，并且精度較高，可用于各種類型單風(fēng)機及串聯(lián)組合，在各種不同轉(zhuǎn)速下的吸氣及排氣性能測試。

2.3 試驗結(jié)果及分析

　　軸流風(fēng)機、橫流風(fēng)機根據(jù)在串聯(lián)系統(tǒng)中前后位置的不同，可分為軸流風(fēng)機與橫流風(fēng)機串聯(lián)和橫流風(fēng)機與軸流風(fēng)機串聯(lián)兩種方式。對每種串聯(lián)方式，串聯(lián)臨界點的調(diào)節(jié)方法也有兩種：一是固定前級風(fēng)機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)后級風(fēng)機轉(zhuǎn)速使其達到串聯(lián)臨界點；二是固定后級風(fēng)機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)前級風(fēng)機轉(zhuǎn)速使其達到串聯(lián)臨界點。

2.3.1 軸流風(fēng)機與橫流風(fēng)機串聯(lián)

　　軸流風(fēng)機與橫流風(fēng)機串聯(lián)是將軸流風(fēng)機作為串聯(lián)的前級風(fēng)機，橫流風(fēng)機作為串聯(lián)的后級風(fēng)機的串聯(lián)方式。

（1） 固定前級軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)后級橫流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，測得橫流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速。

　　首先將軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速固定在1042r/min ，并確定一種管網(wǎng)阻力（例如工況1），然后通過 調(diào)節(jié)變頻器來改變橫流風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，觀察性能并測量孔壓力、流量變化，當(dāng)串聯(lián)風(fēng)機的總進氣壓力及流量與軸流風(fēng)機單機、同工況下的壓力及流量相等時，記下橫流風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，即兩臺風(fēng)機串聯(lián)運行處于臨界工作狀態(tài)時的轉(zhuǎn)速，稱為橫流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速。保持軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速不變，以同樣方法測得其余8種不同管網(wǎng)阻力下橫流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速。最后改變軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，重復(fù)以上步驟，可測出其它兩種轉(zhuǎn)速下橫流風(fēng)機的臨界轉(zhuǎn)速（見表1）。

表1 軸流與橫流風(fēng)機串聯(lián)后級橫流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速表

表2　 軸流與橫流風(fēng)機串聯(lián)前級軸流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速表

　　為了找到串聯(lián)臨界點的規(guī)律，以使其更具有通用性，又測出橫流風(fēng)機在各臨界轉(zhuǎn)速及對應(yīng)工況下的壓力和流量，即臨界點。再把這些點按固定軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速進行最小二乘曲線擬 合，可得 3條擬合曲線，即臨界曲線（見圖3a）。圖中曲線上的數(shù)字是軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速（r/min）。

?。?）固定橫流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，測得軸流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速。

　　首先將橫流風(fēng)機轉(zhuǎn)速固定在535r/min ，并確定一種管網(wǎng)阻力（例如工況2），然后通過調(diào)節(jié)變頻器改變軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，觀察性能并測量孔壓力、流量變化，當(dāng)串聯(lián)風(fēng)機的總進氣壓力、流量與橫流風(fēng)機單機、同工況下的壓力及流量相等時，記下軸流風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，此即軸流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速。保持橫流風(fēng)機轉(zhuǎn)速不變，以同樣方法測得其余8種不同管網(wǎng)阻力下軸流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速。改變橫流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，重復(fù)以上步驟，可測出其他兩種轉(zhuǎn)速下的臨界轉(zhuǎn)速（見表2）。最后測出軸流風(fēng)機在各臨界轉(zhuǎn)速及對應(yīng)工況下的壓力和流量，即臨界點。再把這些點按橫流風(fēng)機固定轉(zhuǎn)速進行最小二乘曲線擬合，可得3條擬合曲線，即臨界曲線（見圖3b）。圖中曲線上的數(shù)字是橫流風(fēng)機轉(zhuǎn)速（r/min）。

　　從圖3看出，后級橫流風(fēng)機與前級軸流風(fēng)機的臨界曲線形狀不同，但變化趨勢相似，即在同一轉(zhuǎn)速下，隨著流量增加，壓力逐漸增加（前級軸流風(fēng)機臨界曲線在管網(wǎng)阻力較小、流量較大時，隨著流量增加，壓力有所降低）；同一流量下，隨著固定風(fēng)機轉(zhuǎn)速的升高，壓力逐漸增大。

2.3.2 　橫流風(fēng)機與軸流風(fēng)機串聯(lián)

　　橫流風(fēng)機與軸流風(fēng)機串聯(lián)是將橫流風(fēng)機作為串聯(lián)的前級風(fēng)機，軸流風(fēng)機作為串聯(lián)的后級風(fēng)機的串聯(lián)方式。

　?。?）固定前級橫流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)后級軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，測得軸流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速。

　　按照軸流風(fēng)機與橫流風(fēng)機串聯(lián)中第二種固定橫流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速測試方法，測得軸流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速（見表3）。然后根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速測出軸流風(fēng)機臨界點，并按橫流風(fēng)機固定轉(zhuǎn)速進行曲線擬合，可得3條臨界曲線（見圖4a）。

表 3 橫流與軸流風(fēng)機串聯(lián)后級軸流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速表

表4 橫流與軸流風(fēng)機串聯(lián)前級橫流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速表

（2） 固定后級軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)前級橫流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，測得橫流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速。

　　按照軸流風(fēng)機與橫流風(fēng)機串聯(lián)中第一種固定軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)橫流風(fēng)機轉(zhuǎn)速測試方法，測得橫流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速（見表4）。然后根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速測出橫流風(fēng)機臨界點，并按軸流風(fēng)機固定轉(zhuǎn)速進行曲線擬合，可得3條臨界曲線（見圖4b）。

　　從圖4看出，兩風(fēng)機臨界曲線形狀不同，但變化趨勢相似，即在同一轉(zhuǎn)速下，隨著流量增加，壓力逐漸增加；相同流量下，隨著固定風(fēng)機轉(zhuǎn)速的升高，對應(yīng)風(fēng)機壓力也逐漸增大。

　　比較圖3和圖4可發(fā)現(xiàn)：軸流風(fēng)機、橫流風(fēng)機在串聯(lián)系統(tǒng)中前后位置不同，得出的同一風(fēng)機臨界曲線形狀卻比較相似，如圖3a與圖4b 。說明風(fēng)機臨界曲線與對應(yīng)單機性能較相似，隨串聯(lián)方式變化不大。另外，從圖中還可看出，兩種串聯(lián)方式中，橫流風(fēng)機臨界曲線比軸流風(fēng)機臨界曲線要平滑一些，說明橫流風(fēng)機在串聯(lián)系統(tǒng)中較軸流風(fēng)機穩(wěn)定。

３　 結(jié)論

　　（1）軸流風(fēng)機、橫流風(fēng)機串聯(lián)運行，保證前級風(fēng)機在串聯(lián)臨界點以上工作，可以提高風(fēng)機串聯(lián)后總的壓力及流量。
?。?）軸流風(fēng)機、橫流風(fēng)機串聯(lián)運行，同一串聯(lián)方式中，兩風(fēng)機對應(yīng)串聯(lián)臨界曲線形狀不盡相同；不同串聯(lián)方式中，同一風(fēng)機臨界曲線形狀相似。串聯(lián)系統(tǒng)中橫流風(fēng)機較軸流風(fēng)機穩(wěn)定。
　 （3）軸流風(fēng)機、橫流風(fēng)機串聯(lián)方式不同，各風(fēng)機臨界曲線 變化趨勢基本一致，即在同一轉(zhuǎn)速下，隨著流量的增加，壓力逐漸增加；同一流量下，隨著固定風(fēng)機轉(zhuǎn)速的升高，對應(yīng)風(fēng)機的壓力也逐漸升高。