风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座(3)

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1、风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座（二）作者：国家电力公司热工研究院自动化所徐甫荣1风机(水泵)的几何相似，运动相似和动力相似两台风机（水泵）若几何相似，就是说它们的形状完全相同，只是大小不同，其中一台风机（水泵）相当于另一台风机（水泵）按一定比例的放大或缩小。举个形象的例子：两张不同比例尺的中国地图，它是几何相似的，但大小相差一定的倍数。应该指出的是：本文所说的两台风机（水泵）几何相似，是指通流部分的几何相似，并不是要求两台风机（水泵）之间的外形轮廓也必须几何相似。两台风机（水泵）的运动相似是指两台几何相似的风机（水泵）通流部分各对应点的速度三

2、角形相似。显然，只有当两台风机（水泵）的通流部分几何相似，才有可能运动相似，但满足几何相似条件的，不一定满足运动相似的条件，只有当两台几何相似的风机（水泵）都在对应的工况点运行时（例如：都运行在最高效率工况点时），才是运动相似，所以运动相似又称工况相似。两台风机（水泵）的动力相似则是指作用于两台风机（水泵）内各对应点上力的方向相同，大小成比例。作用于风机（水泵）内流体的力主要有惯性力、粘性力的总压力。因此，为使风机（水泵）中的动力相似，必须对应点上的惯性力与弹性力（或压力与密度）之比相等，惯性力与粘性力之比相等。2叶片式风机(水泵)的相似定律叶片

3、式风机与水泵的相似定律是两台风机（水泵）在满足几何相似和运动相似的前提下导出的。它给出几何相似的风机（水泵）在对应工况点的流量之间、扬程（或全压）之间、功率之间的相互关系为：qv/q’v=(d2/d’2)3·n/n’·ηv/η’v(1)h/h’=(d2/d’2)2·(n/n’)2·ηh/η’h（2）p/p’=(d2/d’2)2·(n/n’)2·ρ/ρ’·ηh/η’h（2a）p/p’=(d2/d’2)5·(n/n’)3·ρ/ρ’·ηm/η’m(3)　　式中带“＇”与不带“＇”分别表示两台相似的风机（水泵）各自的参数。ηv、ηh、ηm分别表示风机（水

4、泵）的容积效率、流动效率和机械效率。式(1)~式(3)即为叶片式泵与风机的相似定律。由于式中的ηv与η＇v、ηh与η＇h、ηm与η＇m常是未知数，故上述各式应用有困难。实践证明，若两台几何相似的风机（水泵）的线性尺寸d2与d＇2相差不很大（例如当d2(大)/d’2(小)≤3）时，且转速n与n＇也相差不大（例如当n/n’≤1.2）时，则可近似认为在对应工况点ηv=η＇v、ηh=η＇h、ηm=η＇m。这时，式（1-1）~式（1-3）可简化表示为：qv/q’v=(d2/d’2)3·n/n’(4)h/h’=(d2/d’2)2·(n/n’)2(5)p/p’

5、=(d2/d’2)2·(n/n’)2·ρ/ρ’(5a)p/p’=(d2/d’2)5·(n/n’)3·ρ/ρ’(6)式（4）~式（6）为工程实际中应用的相似定律，但它们应用于d2(大)/d’2(小)≥3或n2(高)/n’2(低)≥1.2时存在一定误差。对于同一台风机（水泵），当输送的流体密度ρ不变而仅转速变化时，性能参数的变化关系式可由式（4）~式（6）简化得出：qv/q’v=n/n’　　(7)h/h’=(n/n’)2，p/p’=(n/n’)2(8)p/p’=(n/n’)3(9)式（7）~式（9）称为比例定律。例1两台几何相似的离心泵，其d2/d’

6、2=2，且n=n’，求此两台泵在对应工况点的流量比、扬程比和轴功率各为多少。解：由相似定律式（4）~式（6）得：qv/q’v=(d2/d’2)3=8h/h’=(d2/d’2)2=4p/p’=(d2/d’2)5=32即把泵的线性尺寸几何相似地均放大一倍时，对应工况点的流量、扬程、轴功率将各增到原来的8倍、4倍和32倍。例2某台离心式风机采用变速调节方式，当其转速降低到原来额定转速的一半时，其对应工况点的流量、全压、轴功率各降到原额定转速时的多少倍（设气体密度不变）？解：由比例定律式（7）~式（9）得：qv/q’v=n/n’=1/2p/p’=(n/n

7、’)2=1/4p/p’=(n/n’)3=1/8　　即当风机的转速降低到原额定转速的一半时，对应工况点的流量、全压、轴功率各下降到原来的1/2、1/4和1/8，换句话说，用变速调节方式调节流量可使轴功率值大大下降，这也就是变速调节方式可以大幅度节电的原因。应该指出的是本题中的n’/n=2＞1.3，所以计算的结果可能会有一定误差。例3已知y4-73no28型锅炉引风机在抽送140℃的烟气时所需的轴功率为600kw，试问若用以输送20℃的空气时所需的轴功率为多少？已知烟气在140℃时的密度为0.85kg/m3，空气在20℃时的密度为1.2kg/m3。解

8、：由相似定律（8）得出在抽送20℃的空气时风机所消耗的轴功率p为：p=p’·ρ/ρ’=600×1.2/0.85=847(kw)故在考虑锅