溫度對風機選型及運行的影響
來源： | 責任編輯：admin | 發布時間： 2018-05-22
<內容摘要> 通過分析風機在冬季及夏季不同的運行特性，論述了使用溫度對風機選型及運行的影響以及風機在運行時應注意的問題。 風機是電廠設計中常涉及到的設備，使用的范圍很廣。若風機發生故障，會影響鍋爐的正常運行;同時，風機本身消耗的電量很大。因此，根據風機的原理、結構及運行特性，合理選擇風機，對實現節能、安全、高效生產有著不容忽視的重要意義。
一、 選擇風機的原則
風機選型時，首先要確定系統所需的流量和風壓。由于風機樣本中流量和風壓等性能參數通常都是以正常狀態給出的，所以須將使用條件(如輸送流體的溫度、密度、工作點的大氣壓等)下系統所需的流量、風壓等參數換算到正常狀態，依此選擇風機。
通風機的正常狀態，通常是指在溫度20℃，大氣壓強0.101MPa時，輸送相對濕度50%，密度1.2kg/m3的干凈空氣。在風機選型時，當輸送介質的溫度、密度、使用地點大氣壓與正常狀態不符時，必須進行如下換算：
對流量而言，不同條件下的參數值是相等的，即
式中：Q1 — 樣本中正常狀態下給出的流量(m3/s)，據此進行選型;
Q2 — 使用條件下系統所需的流量(m3/s)。
對風壓而言，不同條件下的參數值的換算關系為：
式中：P1 — 樣本中正常狀態下給出的風壓(Pa)，據此進行選型;
P2 — 使用條件下系統所需的風壓(Pa);
Pa — 當地大氣壓(Pa);
t — 使用條件下風機進口處的氣溫(℃)
ρn — 空氣在正常狀態(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Q1、P1的值以及風機的用途，即可確定風機的型號、機號和轉數。
對于輸送室外空氣、全年運行的通風機，由于冬季與夏季的溫差很大，不同的使用溫度在選型時采用的風壓不同。在某些要求通風機質量流量恒定的場合，由于溫度不同，空氣密度和風機的體積流量也不同;同時，體積流量的變化又引起流體流速的變化，會引起管道阻力和使用條件下系統所需的全壓變化。這樣，由于選擇不同的使用溫度，會選出不同型號的風機。
二、 不同使用溫度對風機選型和運行的影響
一般認為，在進行選型計算時，使用溫度應采用年平均溫度。以下將不同溫度對風機選型的影響及同一臺風機在不同使用溫度下運行的特點做以討論。
首先進行下述假設：
1、風機裝置要求質量流量恒定。即 Q0ρ0 為常數，其中 Q0為標準狀態即溫度0℃，大氣壓0.101MPa時的流量(m3/s);ρ0為標準狀態下的流體密度，對空氣而言為1.29kg/m3。
2、不考慮風機裝置的靜阻力，只考慮動阻力，即風機的全壓只是克服整個管網的阻力損失，此值與流量平方成正比。
式中：P — 使用條件下系統所需的風壓(Pa);
R — 管網的阻力損失(Pa);
Q — 管網內的流量(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;
— 管網綜合阻力系數(s2/m5)
3、 不考慮風量及風壓的備用系數
由上述假設，可以得到
1、 冬季時風機在管網中的運行工況(以角標w表示)
式中： 為在使用溫度tw(冬季溫度)時使用地點的空氣密度。
2、 夏季時風機在管網中的運行情況(以角標s表示)
式中： 為在使用溫度ts(夏季溫度)時使用地點的空氣密度。
3、 依冬季運行工況選型的風機參數(以角標wn表示)
該風機在夏季運行時的工況點(以角標ws表示)
4、 依夏季運行工況選型的風機參數(以角標sn表示)
該風機在冬季運行時的工況點(以角標sw表示)
5、 依平均使用溫度選型的風機參數(以角標mn表示)
式中： 為在平均使用溫度tm時使用地點的空氣密度。
該風機在夏季運行時的工況點(以角標ms表示)
該風機在冬季運行時的工況點(以角標mw表示)
三、 風機選擇中若干問題分析
以蘭州地區為例，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。經過計算，可以作出不同使用條件下風機的特性曲線P-Q及管網系統的管網特性曲線(管道阻力曲線)R-Q曲線。P-Q曲線與R-Q曲線的交點即為風機運行的工況點。如下圖所示。
四、 結語
由于在選擇風機時一般對風量和風壓考慮了一定的備用系數，故用平均溫度選型的風機可以滿足夏季生產的需要，只是在冬季運行時，需要考慮工況調節措施，使工況點與實際需要吻合，其經濟性比用夏季運行工況選擇的風機要好。綜合考慮，風機選型時用年平均溫度進行參數換算是可取的。至于備用系數的值則應根據當地的氣象條件選取，并確保風機在夏季能達到生產要求的壓力，冬季運行時電機又不會過載。
對同一管道系統夏季運行時風量大、阻力大，冬季時則風量小、阻力也小，這正好與風機的工作特性——風量大時風壓小，風壓小時風量大相反。因此，依靠風機自身的調節難以保證正常工作。在實際運行中，可采用以下調節方法，使工況點按外界實際需要改變。
1、安裝風門：改變風門開度以改變管網阻力，從而改變管網特性，實現調節。其特點是簡單方便，但因有節流損失，故經濟性較差。
2、安裝進口導流器：改變導流器葉片安裝角，通過改變風機性能及管網特性，實現調節。其特點是結構簡單，調節方便，但仍有節流損失，不過經濟性比出口風門調節好。
3、安裝變速設備或傳動機構，如液力耦合器、調速電動機等，通過改變轉速來改變風機性能進行調節。相應的工況點可按比例定律來換算，無附加調節損失，調節效率高，但設備費較高。
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分別為管網在冬季和夏季的管網特性曲線，Pwn-Qwn為按冬季運行工況選擇的風機特性曲線。Pw-Qw為該風機在冬季運行時的特性曲線，Pws-Qws為該風機在夏季運行時的特性曲線。其余依次類推。
該性能曲線有下列特點(以蘭州地區為例)：
1、對同一管網系統，夏季運行時要求的風量為冬季運行時的1.165 倍，夏季運行時的風壓為冬季運行時的1.165倍。
2、若以冬季運行工況選擇風機，則該風機在夏季運行時存在風量不足，風壓不夠的缺陷。風量僅為所需風量的85.8%，風壓僅為所需風壓的73.7%。即使在風機選擇時考慮有風量5%～10%和風壓10%～20%的備用系數，也不能滿足生產的需要，故以冬季溫度選擇風機是不可取的。
3、若以夏季運行工況選擇風機，則該風機在冬季運行時則會存在風量過大、風壓過大的弊病。風量為所需風量的1.165倍，風壓為所需風壓的1.358倍。功率則為所需功率的1.582倍。為了滿足生產的需要，必須采用工況調節措施，從節能角度考慮，用夏季氣溫選擇風機也是不可取的。
4、以平均溫度選型的風機，運行在夏季時，風量比所需風量少5.9%，風壓低11.5%，運行在冬季時，風量大10%，風壓高20%。綜合分析，風機選型時用年平均是可取的。如果設計時缺少年平均溫度的數據，也可采用冬季與夏季的平均溫度進行計算。
5、同一臺風機，冬季運行時的流量與夏季運行時的流量相等，但冬季運行時風壓和軸功率比夏季大1.165倍。
