溫度對(duì)風(fēng)機(jī)選型及運(yùn)行的影響
來(lái)源： | 責(zé)任編輯：admin | 發(fā)布時(shí)間： 2018-05-22
<內(nèi)容摘要> 通過(guò)分析風(fēng)機(jī)在冬季及夏季不同的運(yùn)行特性，論述了使用溫度對(duì)風(fēng)機(jī)選型及運(yùn)行的影響以及風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。 風(fēng)機(jī)是電廠設(shè)計(jì)中常涉及到的設(shè)備，使用的范圍很廣。若風(fēng)機(jī)發(fā)生故障，會(huì)影響鍋爐的正常運(yùn)行;同時(shí)，風(fēng)機(jī)本身消耗的電量很大。因此，根據(jù)風(fēng)機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性，合理選擇風(fēng)機(jī)，對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、安全、高效生產(chǎn)有著不容忽視的重要意義。
一、 選擇風(fēng)機(jī)的原則
風(fēng)機(jī)選型時(shí)，首先要確定系統(tǒng)所需的流量和風(fēng)壓。由于風(fēng)機(jī)樣本中流量和風(fēng)壓等性能參數(shù)通常都是以正常狀態(tài)給出的，所以須將使用條件(如輸送流體的溫度、密度、工作點(diǎn)的大氣壓等)下系統(tǒng)所需的流量、風(fēng)壓等參數(shù)換算到正常狀態(tài)，依此選擇風(fēng)機(jī)。
通風(fēng)機(jī)的正常狀態(tài)，通常是指在溫度20℃，大氣壓強(qiáng)0.101MPa時(shí)，輸送相對(duì)濕度50%，密度1.2kg/m3的干凈空氣。在風(fēng)機(jī)選型時(shí)，當(dāng)輸送介質(zhì)的溫度、密度、使用地點(diǎn)大氣壓與正常狀態(tài)不符時(shí)，必須進(jìn)行如下?lián)Q算：
對(duì)流量而言，不同條件下的參數(shù)值是相等的，即
式中：Q1 — 樣本中正常狀態(tài)下給出的流量(m3/s)，據(jù)此進(jìn)行選型;
Q2 — 使用條件下系統(tǒng)所需的流量(m3/s)。
對(duì)風(fēng)壓而言，不同條件下的參數(shù)值的換算關(guān)系為：
式中：P1 — 樣本中正常狀態(tài)下給出的風(fēng)壓(Pa)，據(jù)此進(jìn)行選型;
P2 — 使用條件下系統(tǒng)所需的風(fēng)壓(Pa);
Pa — 當(dāng)?shù)卮髿鈮?Pa);
t — 使用條件下風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的氣溫(℃)
ρn — 空氣在正常狀態(tài)(溫度20℃，大氣壓0.101MPa)下的密度，其值為1.2kg/m3;
ρ2 — 空氣在使用條件(溫度t，大氣壓Pa)下的密度(kg/m3)。
根據(jù)Q1、P1的值以及風(fēng)機(jī)的用途，即可確定風(fēng)機(jī)的型號(hào)、機(jī)號(hào)和轉(zhuǎn)數(shù)。
對(duì)于輸送室外空氣、全年運(yùn)行的通風(fēng)機(jī)，由于冬季與夏季的溫差很大，不同的使用溫度在選型時(shí)采用的風(fēng)壓不同。在某些要求通風(fēng)機(jī)質(zhì)量流量恒定的場(chǎng)合，由于溫度不同，空氣密度和風(fēng)機(jī)的體積流量也不同;同時(shí)，體積流量的變化又引起流體流速的變化，會(huì)引起管道阻力和使用條件下系統(tǒng)所需的全壓變化。這樣，由于選擇不同的使用溫度，會(huì)選出不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)。
二、 不同使用溫度對(duì)風(fēng)機(jī)選型和運(yùn)行的影響
一般認(rèn)為，在進(jìn)行選型計(jì)算時(shí)，使用溫度應(yīng)采用年平均溫度。以下將不同溫度對(duì)風(fēng)機(jī)選型的影響及同一臺(tái)風(fēng)機(jī)在不同使用溫度下運(yùn)行的特點(diǎn)做以討論。
首先進(jìn)行下述假設(shè)：
1、風(fēng)機(jī)裝置要求質(zhì)量流量恒定。即 Q0ρ0 為常數(shù)，其中 Q0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)即溫度0℃，大氣壓0.101MPa時(shí)的流量(m3/s);ρ0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流體密度，對(duì)空氣而言為1.29kg/m3。
2、不考慮風(fēng)機(jī)裝置的靜阻力，只考慮動(dòng)阻力，即風(fēng)機(jī)的全壓只是克服整個(gè)管網(wǎng)的阻力損失，此值與流量平方成正比。
式中：P — 使用條件下系統(tǒng)所需的風(fēng)壓(Pa);
R — 管網(wǎng)的阻力損失(Pa);
Q — 管網(wǎng)內(nèi)的流量(m3/s);
ρg — 流體在使用條件下的重度(N/m3)，ρ為流體的密度，g為重力加速度;
— 管網(wǎng)綜合阻力系數(shù)(s2/m5)
3、 不考慮風(fēng)量及風(fēng)壓的備用系數(shù)
由上述假設(shè)，可以得到
1、 冬季時(shí)風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)中的運(yùn)行工況(以角標(biāo)w表示)
式中： 為在使用溫度tw(冬季溫度)時(shí)使用地點(diǎn)的空氣密度。
2、 夏季時(shí)風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)中的運(yùn)行情況(以角標(biāo)s表示)
式中： 為在使用溫度ts(夏季溫度)時(shí)使用地點(diǎn)的空氣密度。
3、 依冬季運(yùn)行工況選型的風(fēng)機(jī)參數(shù)(以角標(biāo)wn表示)
該風(fēng)機(jī)在夏季運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn)(以角標(biāo)ws表示)
4、 依夏季運(yùn)行工況選型的風(fēng)機(jī)參數(shù)(以角標(biāo)sn表示)
該風(fēng)機(jī)在冬季運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn)(以角標(biāo)sw表示)
5、 依平均使用溫度選型的風(fēng)機(jī)參數(shù)(以角標(biāo)mn表示)
式中： 為在平均使用溫度tm時(shí)使用地點(diǎn)的空氣密度。
該風(fēng)機(jī)在夏季運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn)(以角標(biāo)ms表示)
該風(fēng)機(jī)在冬季運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn)(以角標(biāo)mw表示)
三、 風(fēng)機(jī)選擇中若干問(wèn)題分析
以蘭州地區(qū)為例，冬季最冷月平均氣溫為-13.1℃，平均大氣壓0.0856MPa，空氣密度為1.144kg/m3;夏季最熱月平均溫度為27℃，平均大氣壓0.0848MPa，空氣密度為0.982 kg/m3;年平均溫度為8.9℃，年平均大氣壓為0.0847MPa，空氣密度1.044 kg/m3。經(jīng)過(guò)計(jì)算，可以作出不同使用條件下風(fēng)機(jī)的特性曲線P-Q及管網(wǎng)系統(tǒng)的管網(wǎng)特性曲線(管道阻力曲線)R-Q曲線。P-Q曲線與R-Q曲線的交點(diǎn)即為風(fēng)機(jī)運(yùn)行的工況點(diǎn)。如下圖所示。
四、 結(jié)語(yǔ)
由于在選擇風(fēng)機(jī)時(shí)一般對(duì)風(fēng)量和風(fēng)壓考慮了一定的備用系數(shù)，故用平均溫度選型的風(fēng)機(jī)可以滿足夏季生產(chǎn)的需要，只是在冬季運(yùn)行時(shí)，需要考慮工況調(diào)節(jié)措施，使工況點(diǎn)與實(shí)際需要吻合，其經(jīng)濟(jì)性比用夏季運(yùn)行工況選擇的風(fēng)機(jī)要好。綜合考慮，風(fēng)機(jī)選型時(shí)用年平均溫度進(jìn)行參數(shù)換算是可取的。至于備用系數(shù)的值則應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件選取，并確保風(fēng)機(jī)在夏季能達(dá)到生產(chǎn)要求的壓力，冬季運(yùn)行時(shí)電機(jī)又不會(huì)過(guò)載。
對(duì)同一管道系統(tǒng)夏季運(yùn)行時(shí)風(fēng)量大、阻力大，冬季時(shí)則風(fēng)量小、阻力也小，這正好與風(fēng)機(jī)的工作特性——風(fēng)量大時(shí)風(fēng)壓小，風(fēng)壓小時(shí)風(fēng)量大相反。因此，依靠風(fēng)機(jī)自身的調(diào)節(jié)難以保證正常工作。在實(shí)際運(yùn)行中，可采用以下調(diào)節(jié)方法，使工況點(diǎn)按外界實(shí)際需要改變。
1、安裝風(fēng)門：改變風(fēng)門開度以改變管網(wǎng)阻力，從而改變管網(wǎng)特性，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，但因有節(jié)流損失，故經(jīng)濟(jì)性較差。
2、安裝進(jìn)口導(dǎo)流器：改變導(dǎo)流器葉片安裝角，通過(guò)改變風(fēng)機(jī)性能及管網(wǎng)特性，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，但仍有節(jié)流損失，不過(guò)經(jīng)濟(jì)性比出口風(fēng)門調(diào)節(jié)好。
3、安裝變速設(shè)備或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如液力耦合器、調(diào)速電動(dòng)機(jī)等，通過(guò)改變轉(zhuǎn)速來(lái)改變風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行調(diào)節(jié)。相應(yīng)的工況點(diǎn)可按比例定律來(lái)?yè)Q算，無(wú)附加調(diào)節(jié)損失，調(diào)節(jié)效率高，但設(shè)備費(fèi)較高。
在具體工程中采用何種方法，視具體情況綜合考慮確定。
圖中：Rw-Qw，Rs-Qs分別為管網(wǎng)在冬季和夏季的管網(wǎng)特性曲線，Pwn-Qwn為按冬季運(yùn)行工況選擇的風(fēng)機(jī)特性曲線。Pw-Qw為該風(fēng)機(jī)在冬季運(yùn)行時(shí)的特性曲線，Pws-Qws為該風(fēng)機(jī)在夏季運(yùn)行時(shí)的特性曲線。其余依次類推。
該性能曲線有下列特點(diǎn)(以蘭州地區(qū)為例)：
1、對(duì)同一管網(wǎng)系統(tǒng)，夏季運(yùn)行時(shí)要求的風(fēng)量為冬季運(yùn)行時(shí)的1.165 倍，夏季運(yùn)行時(shí)的風(fēng)壓為冬季運(yùn)行時(shí)的1.165倍。
2、若以冬季運(yùn)行工況選擇風(fēng)機(jī)，則該風(fēng)機(jī)在夏季運(yùn)行時(shí)存在風(fēng)量不足，風(fēng)壓不夠的缺陷。風(fēng)量?jī)H為所需風(fēng)量的85.8%，風(fēng)壓僅為所需風(fēng)壓的73.7%。即使在風(fēng)機(jī)選擇時(shí)考慮有風(fēng)量5%～10%和風(fēng)壓10%～20%的備用系數(shù)，也不能滿足生產(chǎn)的需要，故以冬季溫度選擇風(fēng)機(jī)是不可取的。
3、若以夏季運(yùn)行工況選擇風(fēng)機(jī)，則該風(fēng)機(jī)在冬季運(yùn)行時(shí)則會(huì)存在風(fēng)量過(guò)大、風(fēng)壓過(guò)大的弊病。風(fēng)量為所需風(fēng)量的1.165倍，風(fēng)壓為所需風(fēng)壓的1.358倍。功率則為所需功率的1.582倍。為了滿足生產(chǎn)的需要，必須采用工況調(diào)節(jié)措施，從節(jié)能角度考慮，用夏季氣溫選擇風(fēng)機(jī)也是不可取的。
4、以平均溫度選型的風(fēng)機(jī)，運(yùn)行在夏季時(shí)，風(fēng)量比所需風(fēng)量少5.9%，風(fēng)壓低11.5%，運(yùn)行在冬季時(shí)，風(fēng)量大10%，風(fēng)壓高20%。綜合分析，風(fēng)機(jī)選型時(shí)用年平均是可取的。如果設(shè)計(jì)時(shí)缺少年平均溫度的數(shù)據(jù)，也可采用冬季與夏季的平均溫度進(jìn)行計(jì)算。
5、同一臺(tái)風(fēng)機(jī)，冬季運(yùn)行時(shí)的流量與夏季運(yùn)行時(shí)的流量相等，但冬季運(yùn)行時(shí)風(fēng)壓和軸功率比夏季大1.165倍。
