摘要：研究檢測(cè)了橫流與軸流通風(fēng)機(jī)在不同工況下串聯(lián)運(yùn)行時(shí)的臨界點(diǎn)，并繪制了橫流與軸流通風(fēng)機(jī)串聯(lián)臨界曲線。得出了橫流風(fēng)機(jī)在串聯(lián)系統(tǒng)中較軸流風(fēng)機(jī)穩(wěn)定的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：橫流式通風(fēng)機(jī) 軸流式通風(fēng)機(jī) 串聯(lián)運(yùn)行 臨界點(diǎn)
中圖分類號(hào)：TH43        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B
文章編號(hào)：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(tái)風(fēng)機(jī)作為系統(tǒng)吸氣（或排氣）部件的場(chǎng)合很多，根據(jù)工作要求選擇適宜的風(fēng)機(jī)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(tái)或多臺(tái)風(fēng)機(jī)聯(lián)合工作。且由于不同類型風(fēng)機(jī)有自身的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，常常要求異類風(fēng)機(jī)聯(lián)合使用。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)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(jī)。對(duì)于多臺(tái)風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)系統(tǒng)，必須明確風(fēng)機(jī)之間的匹配原則，才有可能選擇適宜的風(fēng)機(jī)，使系統(tǒng)氣流參數(shù)滿足要求。然而風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)行，特別是異類風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)行缺乏匹配理論，這無(wú)疑增大了選擇風(fēng)機(jī)的盲目性，出現(xiàn)工作氣流參數(shù)大幅度偏離設(shè)計(jì)值的現(xiàn)象。本文從橫流風(fēng)機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行的吸氣性能入手，在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，給出了橫流風(fēng)機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行時(shí)的臨界曲線及其一般規(guī)律。

１  串聯(lián)臨界點(diǎn)概述

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

　
圖１　供料風(fēng)機(jī)變頻恒壓控制原理框圖

　　如圖1所示：把串聯(lián)運(yùn)行的前一級(jí)風(fēng)機(jī)記為風(fēng)機(jī) Ⅰ，后一級(jí)風(fēng)機(jī)記為風(fēng)機(jī)Ⅱ ；曲線Ⅰ為風(fēng)機(jī)Ⅰ的流量-壓力曲線，曲線Ⅱ?yàn)轱L(fēng)機(jī)Ⅱ的流量—壓力曲線，曲線Ⅲ為風(fēng)機(jī)Ⅰ與 Ⅱ 串聯(lián)運(yùn)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(shí)，串聯(lián)吸氣工況點(diǎn)與風(fēng)機(jī)Ⅰ的吸氣工況點(diǎn)均為M₂ ，即串聯(lián)運(yùn)行與風(fēng)機(jī)Ⅰ單獨(dú)運(yùn)行效果是一樣

　 圖中，性能測(cè)量孔來(lái)測(cè)定兩風(fēng)機(jī)串聯(lián)后總的吸氣性能，輔助測(cè)量孔配合性能測(cè)量孔可用來(lái)確定前級(jí)風(fēng)機(jī)的吸氣性能。管網(wǎng)阻力通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流器位置來(lái)確定。本試驗(yàn)所用風(fēng)機(jī)為SF3.5G-4 型軸流風(fēng)機(jī)和與其流量、壓力相匹配自制橫流風(fēng)機(jī)^[4-6]，分別由兩臺(tái)交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 壓力測(cè)量采用皮托管與DP-2000 數(shù)字式微壓計(jì)相結(jié)合。 風(fēng)機(jī)功率由JN338 型智能數(shù)字轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x自動(dòng)記錄。試驗(yàn)證明：本試驗(yàn)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(jī)及串聯(lián)組合，在各種不同轉(zhuǎn)速下的吸氣及排氣性能測(cè)試。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　軸流風(fēng)機(jī)、橫流風(fēng)機(jī)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(jī)與橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)和橫流風(fēng)機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)串聯(lián)兩種方式。對(duì)每種串聯(lián)方式，串聯(lián)臨界點(diǎn)的調(diào)節(jié)方法也有兩種：一是固定前級(jí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)后級(jí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速使其達(dá)到串聯(lián)臨界點(diǎn)；二是固定后級(jí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)前級(jí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速使其達(dá)到串聯(lián)臨界點(diǎn)。

2.3.1 軸流風(fēng)機(jī)與橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)

　　軸流風(fēng)機(jī)與橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)是將軸流風(fēng)機(jī)作為串聯(lián)的前級(jí)風(fēng)機(jī)，橫流風(fēng)機(jī)作為串聯(lián)的后級(jí)風(fēng)機(jī)的串聯(lián)方式。

（1） 固定前級(jí)軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)后級(jí)橫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，測(cè)得橫流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速。

　　首先將軸流風(fēng)機(jī)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(guò) 調(diào)節(jié)變頻器來(lái)改變橫流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，觀察性能并測(cè)量孔壓力、流量變化，當(dāng)串聯(lián)風(fēng)機(jī)的總進(jìn)氣壓力及流量與軸流風(fēng)機(jī)單機(jī)、同工況下的壓力及流量相等時(shí)，記下橫流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，即兩臺(tái)風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行處于臨界工作狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱為橫流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速。保持軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，以同樣方法測(cè)得其余8種不同管網(wǎng)阻力下橫流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速。最后改變軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，重復(fù)以上步驟，可測(cè)出其它兩種轉(zhuǎn)速下橫流風(fēng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速（見(jiàn)表1）。

表1 軸流與橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)后級(jí)橫流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速表

表2　 軸流與橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)前級(jí)軸流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速表

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

?。?）固定橫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，測(cè)得軸流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速。

　　首先將橫流風(fēng)機(jī)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(guò)調(diào)節(jié)變頻器改變軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，觀察性能并測(cè)量孔壓力、流量變化，當(dāng)串聯(lián)風(fēng)機(jī)的總進(jìn)氣壓力、流量與橫流風(fēng)機(jī)單機(jī)、同工況下的壓力及流量相等時(shí)，記下軸流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，此即軸流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速。保持橫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，以同樣方法測(cè)得其余8種不同管網(wǎng)阻力下軸流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速。改變橫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，重復(fù)以上步驟，可測(cè)出其他兩種轉(zhuǎn)速下的臨界轉(zhuǎn)速（見(jiàn)表2）。最后測(cè)出軸流風(fēng)機(jī)在各臨界轉(zhuǎn)速及對(duì)應(yīng)工況下的壓力和流量，即臨界點(diǎn)。再把這些點(diǎn)按橫流風(fēng)機(jī)固定轉(zhuǎn)速進(jìn)行最小二乘曲線擬合，可得3條擬合曲線，即臨界曲線（見(jiàn)圖3b）。圖中曲線上的數(shù)字是橫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）。

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

2.3.2 　橫流風(fēng)機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)串聯(lián)

　　橫流風(fēng)機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)串聯(lián)是將橫流風(fēng)機(jī)作為串聯(lián)的前級(jí)風(fēng)機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)作為串聯(lián)的后級(jí)風(fēng)機(jī)的串聯(lián)方式。

　　（1）固定前級(jí)橫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)后級(jí)軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，測(cè)得軸流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速。

　　按照軸流風(fēng)機(jī)與橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)中第二種固定橫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試方法，測(cè)得軸流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速（見(jiàn)表3）。然后根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速測(cè)出軸流風(fēng)機(jī)臨界點(diǎn)，并按橫流風(fēng)機(jī)固定轉(zhuǎn)速進(jìn)行曲線擬合，可得3條臨界曲線（見(jiàn)圖4a）。

表 3 橫流與軸流風(fēng)機(jī)串聯(lián)后級(jí)軸流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速表

表4 橫流與軸流風(fēng)機(jī)串聯(lián)前級(jí)橫流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速表

（2） 固定后級(jí)軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)前級(jí)橫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，測(cè)得橫流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速。

　　按照軸流風(fēng)機(jī)與橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)中第一種固定軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)橫流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試方法，測(cè)得橫流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速（見(jiàn)表4）。然后根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速測(cè)出橫流風(fēng)機(jī)臨界點(diǎn)，并按軸流風(fēng)機(jī)固定轉(zhuǎn)速進(jìn)行曲線擬合，可得3條臨界曲線（見(jiàn)圖4b）。

　　從圖4看出，兩風(fēng)機(jī)臨界曲線形狀不同，但變化趨勢(shì)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(jī)轉(zhuǎn)速的升高，對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)壓力也逐漸增大。

　　比較圖3和圖4可發(fā)現(xiàn)：軸流風(fēng)機(jī)、橫流風(fēng)機(jī)在串聯(lián)系統(tǒng)中前后位置不同，得出的同一風(fēng)機(jī)臨界曲線形狀卻比較相似，如圖3a與圖4b 。說(shuō)明風(fēng)機(jī)臨界曲線與對(duì)應(yīng)單機(jī)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(jī)臨界曲線比軸流風(fēng)機(jī)臨界曲線要平滑一些，說(shuō)明橫流風(fēng)機(jī)在串聯(lián)系統(tǒng)中較軸流風(fēng)機(jī)穩(wěn)定。

３　 結(jié)論

　　（1）軸流風(fēng)機(jī)、橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行，保證前級(jí)風(fēng)機(jī)在串聯(lián)臨界點(diǎn)以上工作，可以提高風(fēng)機(jī)串聯(lián)后總的壓力及流量。
?。?）軸流風(fēng)機(jī)、橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行，同一串聯(lián)方式中，兩風(fēng)機(jī)對(duì)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(jī)臨界曲線形狀相似。串聯(lián)系統(tǒng)中橫流風(fēng)機(jī)較軸流風(fēng)機(jī)穩(wěn)定。
　 （3）軸流風(fēng)機(jī)、橫流風(fēng)機(jī)串聯(lián)方式不同，各風(fēng)機(jī)臨界曲線 變化趨勢(shì)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(jī)轉(zhuǎn)速的升高，對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)的壓力也逐漸升高。