摘 要:为节省能源,提高轴流风机的性能,针对纺织轴流风机FZ的翼型及性能,设计研制新系列风机翼型,通过风机性能试验后进行对比试验和实际应用,现场对比试验,其结果表明,新设计的翼型风机达到了在相同性能条件下,节省用电量15~25%。
关键词:风机 翼型 节能
一、 概述
八十年代初我国纺织企业引进了瑞士Luwa轴流通风机,通过对引进技术的消化吸收,新一代的纺织轴流风机FZ系列风机被广泛应用,对取代原50A系列风机和能源节省取得了巨大的贡献。
FZ系列轴流通风机,系列规格有:№8、9、10、11.2、14、16、18、20等组成,其性能范围:风量Q=2~65m3/s,风压P=100~700pa,效率ηmax=82%。
纺织轴流通风机是纺织空调、除尘系统中必不可缺少的重要关键设备,资料表明纺织风机耗电量占了其总耗电量的15%,因此,风机的节能成为当前纺织业界十分关注的重要课题。
轴流通风机节能措施主要表现在以下几个方面:(一)、设计研制新翼型。(二)、提高风机制造精度。(三)、降低风机应用中的安全容差。
二、新翼型轴流风机及研制
1、新翼型的设计研制
风机的翼型是决定风机性能的关键。文献①给出了适用于低压风机的一些翼型,如图1
图1 无限大展翼比的升力系数和滑动角
|
X |
0 |
1.25 |
2.5 |
5.0 |
7.5 |
10 |
15 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
95 |
100 |
622 |
yo yu |
2.40 2.40 |
3.75 1.45 |
4.50 1.05 |
5.45 0.60 |
6.15 0.35 |
6.60 0.25 |
7.30 0.15 |
7.70 0.05 |
8.00 0.00 |
7.80 0.00 |
7.10 0.00 |
6.15 0.00 |
5.00 0.00 |
3.55 0.00 |
1.95 0.00 |
1.15 0.00 |
0.20 0.00 |
623 |
yo yu |
3.25 3.25 |
5.45 1.95 |
6.45 1.50 |
7.90 0.90 |
9.05 0.35 |
9.90 0.20 |
10.95 0.10 |
11.55 0.05 |
12.00 0.00 |
11.70 0.00 |
10.65 0.00 |
9.15 0.00 |
7.35 0.00 |
5.15 0.00 |
2.80 0.00 |
1.60 0.00 |
0.30 0.00 |
624 |
yo yu |
4.00 4.00 |
7.15 2.25 |
8.50 1.65 |
10.40 0.95 |
11.75 0.60 |
12.85 0.40 |
14.35 0.15 |
15.30 0.05 |
16.00 0.00 |
15.40 0.00 |
14.05 0.00 |
12.00 0.00 |
9.50 0.00 |
6.60 0.00 |
3.55 0.00 |
2.00 0.00 |
0.50 0.00 |
625 |
yo yu |
5.50 5.50 |
9.00 3.30 |
10.80 2.35 |
13.30 1.25 |
14.95 0.75 |
16.35 0.40 |
18.25 0.15 |
19.30 0.10 |
20.00 0.00 |
19.05 0.00 |
17.35 0.00 |
15.05 0.00 |
12.10 0.00 |
8.60 0.00 |
4.75 0.00 |
2.25 0.00 |
0.65 0.00 |
682 |
yo yu |
2.50 2.50 |
4.55 1.05 |
5.55 0.60 |
7.00 0.25 |
8.05 0.10 |
8.90 0.06 |
10.00 0.05 |
10.65 0.20 |
11.20 0.55 |
10.90 0.75 |
10.05 0.80 |
8.65 0.85 |
6.90 0.75 |
4.85 0.60 |
2.55 0.35 |
1.35 0.15 |
0.00 0.00 |
该翼型是由德国格廷根大学于20世纪初研究出来,其翼型的设计准则:
a、翼型厚度d必须小于0.184L,其位置在0.3~0.5L之间。
b、翼型前缘必须圆,其半径不得超过0.03L。
根据以上准则以及分析FZ风机的翼型,设计新翼型的形状,尺寸如图2 。
图2 新型风机翼型 |
翼 型 |
弦长 |
厚度 与缘点距离 |
厚度 |
缘点半径 |
新设计 |
L |
0.3L |
0.16L |
0.03L | |
2.模型风机设计
风机设计采用孤立翼型理论进行计算。设计主要参数:介质为空气、温度t=20℃ 、密度ρ=1.2㎏/m3 、大气压力p=101325pa 。输送空气量Q=30m3/s ,全压p=500pa , 转速n=970rpm 。计算结果:叶轮直径:D2=1.6m ,轮毂比0.38 ,叶片数Z=8叶 ,叶片角β=叶尖16°叶根31°, 叶片宽0.14~0.23m 。
3.模型风机研制
根据文献①介绍,在选择合理翼型的前提下风机在制造过程中以下几点是非常重要的:
- 叶片翼面的光洁度 精细抛光的机翼有助于提高风机的效率,因此研制新的风机,其叶片翼面进行精心抛光修磨并经合适的表面处理。
- 叶片轮毂处稠度(推荐值L/t<1.1) 轴流风机轮毂处叶片的工作条件特别恶劣,此处圆周速度,设计时采用加大叶片宽度,增加冲角的方法加于补偿,但若增加太多,则会造成气体分离,因此研制新的风机严格遵守轮毂处的叶片稠度推荐值。
- 叶轮径向间隙 轴流风机叶轮外径和机壳之间必须有间隙,间隙的大小即s/d之比值对效率、流量和全压均有很大的影响,试验表明,间隙每增加1d ‰ , 效率下降Δη≈2% 。因此在制作中严格控制叶轮外径和机壳的间隙,叶轮外径经车削加工,采用特殊工艺进行表面处理,机壳模具旋压,同时提高叶轮平衡精度。
- 导流罩 长期以来导流罩对提高风机性能有一定的必要性,新风机的研制采用了一种新的流线导流罩。
增加风机可选参数 采用不同叶片数及叶片安装角增加组合,有利于风机在系统中高效运行。
4.风机性能试验
- 试验装置和测试仪器 风机试验装置符合国家风管式试验装置GB1236-2000标准,采用进气集流试验,风管直径Φ1800(mm),功率测试采用电测法,测量仪器均经计量检定部门检定合格,并在检定有效期内,压力测量用 YYT-2000斜管压力计, 大气压测量用DYM3气压表,功率测量用DG3-A电能综合功效检测仪,转速测量用DM6234P转速表,噪声测量用 ND2精密声级计 。
- 试验风机 测试风机为新翼型 SZ№16A,8叶(16°)风机
对比风机为 FZ40/35№16A,10叶(14°)风机
- 试验结果 经试验测定,在计算机上进行计算和核算的新翼型风机和对比风机的性能参数对照表和特性曲线图(图3)
试验风机性能参数对照表
型号 规格 |
叶片数 |
安装角度 |
序号 |
风 量 m3/s |
全 压 pa |
轴功率 kw |
全压效率 % |
噪声 db(A) |
备 注 |
SZ№16A |
8 |
16° |
1 |
34.5 |
350 |
15.4 |
78 |
88 |
试验用 电动机为: Y225M-6-30Kw 直联传动 |
2 |
30.1 |
482 |
17.3 |
84 |
92 |
3 |
26.1 |
580 |
19.4 |
78 |
94 |
FZ40/35 №16A |
10 |
14° |
1 |
34.7 |
309 |
15.3 |
70 |
90 |
2 |
27.7 |
559 |
19.3 |
80 |
95 |
3 |
22.2 |
667 |
21.2 |
70 |
98 |
图3 新翼型风机和对比风机特性曲线
试验结果表明:①、新风机全压效率提高4%,②、新风机在风压550~300pa范围内风量得到了提高,在全压400pa点上风量提高了5%,③、新风机在提高效率的同时噪声下降率3dB(A)。
三.新翼型风机应用
1.降低风机应用中的安全容差
大多数情况下,因通风机进入管网系统存在不确定因素,因此设计人员在设计中对原始计算数值提供足够的安全容差来设法避免,也就是大家所知道的增加安全系数,因此,使通风机在实际使用中有着较大的余量,白白浪费了能源。
图4 一台风机的运转点
通风机进入管网系统后,它将在特性曲线上的某一点运行,如图4 。这一点显然就是通风机输出的风量刚好等于系统所需的风量,通风机产生的增压(全压)与系统压降(阻力)一致。若通风机全压远大于系统的阻力(超压运行),则产生管道中空气加速,系统阻力增加,直至达到平衡。反之,通风机全压低于系统阻力(负压运行),则产生管道中空气减速,系统阻力减小,直至达到平衡。
在通风机全压负于系统阻力过大,则有可能产生空气达不到管道末端,通风机的特性曲线与管网的特性曲线只有一个压力和风量一致的点。这个点成了运转点,在运转中这个平衡点总是能自动的调整。在实践中管道特性曲线大多数情况下是紊流阻力,因此,△P(阻力)与V2(风速)成比例。这就告诉我们,节省能源的另一种途径是避免设计高风速的系统,以及降低风机运用中的安全容差,避免超压运行。
2.新翼型风机系列设计
新翼型风机是专门为纺织企业车间空调系统而精心设计的,根据目前纺织企业空调系统型式,新翼型风机系列设计有№8、9、10、11.2、12.5、14、16、18、20等九个规格配以8极、6极、4极三种电机转速,同时每个规格设计叶片安装角有8°、10°、12°、14°、16°、18°等,其性能范围覆盖风量Q=3.6~65m3/s ,风压P=110~670Pa ,效率ηMAX=86% 。
3.新翼型风机现场对比试验
用户 |
使用 场合 |
改造前 |
改造后 |
节能 效果 % |
型号 |
风量 m3/s |
轴功率Kw |
型号 |
风量 m3/s |
轴功率 Kw |
新疆溢达 |
细纱回风 |
Luwa №16A |
28.1 |
32.1 |
SZ №16A |
27.8 |
24.2 |
24.6 |
新疆溢达 |
络筒回风 |
FRP №16A |
24.6 |
14.7 |
SZ №16A |
24.6 |
11.6 |
21.0 |
安徽华茂 |
细纱送风 |
YFZ №18A |
30.55 |
15.95 |
SZ №18A |
31.14 |
10.95 |
31.3 |
常熟国棉 |
细纱送风 |
SFF131№20C |
51.0 |
22.7 |
SZ №20C |
51.2 |
17.4 |
25.0 |
浙江金鹰 |
细纱送风 |
№20C |
14.12 |
13.95 |
SZ №20C |
14.1 |
11.58 |
17.0 |
山东华兴 |
细纱送风 |
FZ40 №18A |
38.59 |
29.0 |
SZ №18A |
40.98 |
23.6 |
18.9 |
通过现场对比试验的结果表明,新设计的翼型风机达到了在相同性能条件下,节省用电量15~25%。
四.结论
- 新翼型设计的风机经性能测验、现场对比测试证明,性能优于现有的中低压翼型,是一种节能的新翼型 。
- 新翼型设计的风机规格参数满足纺织企业空调系统及其它建筑和中低压通风排气使用要求。
- 新翼型风机节能效果显著,与现有的风机相比运行节电15~25%,是值得大力推广的新一代中低压轴流通风机。
参考文献 :
①、通风机【西德】B.埃克 1983年机械工业出版社出版 。
②、江苏省棉纺织工业企业、空调除尘设计技术规定1983年 。
③、通风除尘设备设计手册2003年化学工业出版社出版 。
④、纺织厂空气调节1980年纺织工业出版社出版 。
⑤、风机设计制造与质量检测新标准及选型、安装维护操作技术标准 2005年 安徽文化音像出版社 。