管道风机及风机、新风系统的知识汇总及普及

2019-12-05 10:29:44 35

风机的定义:是将原动机的能量转换为被输送气体的压力能和动能的一种机械设备。

风机的类型:


风机分类


离心式:流量小;风压大;高效率区宽;体积大;叶轮外径大;流道窄而长。

轴流式:流量大;风压小;高效率区窄;但对于动叶可调式轴流风机则高效率区宽,适宜变工况运行;体积小;叶轮直径小,叶道短宽。



离心风机


风机相关术语解释:

(1)压力:通风机的压力指压升(相对于大气的压力),即气体在风机内压力的升高值或者该风机进出口处气体压力之差。它有静压、动压、全压之分。性能参数指全压(等于风机出口与进口总压之差),其单位

常用Pa、KPa、mH2O、mmH2O等表示。

(2)流量:单位时间内流过风机的气体容积,又称风量。常用Q来表示,常用单位是:m3/s、m3/min、m3/h(秒、分、小时)。有时候也用到“质量流量”,即单位时间内流过风机的气体质量,这个时候需要考虑风机进口的气体密度,与气体成份、当地大气压、气体温度、进口压力有密切影响,需经换算才能得到习惯的“气体流量”。

气体流量换算方法:

1)已知气体质量流量Qm,求气体体积流量Qv=?

计算公式:(Qv)= Qm /ρ (气体体积=气体质量/气体密度)

其中:ρ(气体密度)= P/R/T

P:气体压力; R:气体常数=287;

T:气体绝对温度 =(273+t)。

(2)已知温度在20℃条件下气体的体积流量,求在温度为 40℃条件下该气体的体积流量:

Qv(40℃)= Qv(20℃)×ρ(20℃)÷ρ(40℃)

备注:此换算的前提是在两种状态下气体的质量流量相同。

(3)转速:风机转子旋转速度。常以n来表示、其单位为r/min (r表示转速,min表示分钟)

(4)功率:驱动风机所需要的功率。常以N来表示、其单位为Kw。

(5)风机标准进口状态:风机标准进口状态是指风的压力为一个大气压(101325Pa),温度为20℃,相对湿度为50%的空气状态, 其密度为ρ=1.2㎏/m3。

电机级数与转速对应关系:

2极电机(同步转速3000r/min );

4极电机(同步转速1500r/min );

6极电机(同步转速1000r/min );

8极电机(同步转速750r/min )。

风机的构造和工作原理:

风机主要由集流器、机壳、转子及电动机构成;根据其用途、机号大小及用户要求可以增加调节门、传动组、联轴器组、空气过滤器、出口逆止门(或三通门)、进出口软连接、液力偶合器、电动执行器、进风箱等配套零部件。叶轮是对空气做功的部件,由前盘、后盘和夹在两者之间的轮毂以及叶片组成。风流沿叶片间流道流动,在流道出口处,风流相对速度W2的方向与圆周速度u2的反方向夹角称为叶片出口构造角,以β2表示。根据出口构造角β2的大小,离心式通风机可分为前倾式(β2>90°)、径向式(β2=90°)和后倾式(β2<90°)三种,如图。β2不同,通风机的性能也不同。



风机三视图


叶片出口构造角与风流速度图:



风流速度图


进风口有单吸和双吸两种。在相同的条件下双吸风机叶(动)轮宽度是单吸风机的两倍。在进风口与叶(动)轮之间装有前导叶(有些通风机无前导器),使进入叶(动)轮的气流发生预旋绕,以达到调节性能之目的。

风机常见传动方式:



风机常见传动方式


轴承箱典型结构:



轴承箱典型结构


轴流风机结构:



轴流风机结构



轴流风机基本调节方式:

1、变转速;2、动叶静态调节;3、动叶动态调节。

轴流风机原理:

轴流风机基元级理论全压方程:Pt.ths=ρu(C2u-C1u)

前导叶的作用:预旋;

后导叶的作用:减少出口扭速损失。

轴流风机性能特性:



轴流风机性能


转子质量不平衡的原因:

使用过程中造成的不平衡:

转子附着沉积物;

腐蚀、磨损;

热变形;长期搁置的转子,由于自重而弯曲变形。

设计问题:

在转子内部或外部有未加工表面;

零件在转子上的配合面粗糙和公差不合适;

配合键短于键槽,造成局部金属空缺。

材料缺陷:

铸造有气孔,造成材料内部组织不均匀;

材质较差,易于磨损、变形。

加工与装配误差:

切削加工中的切削误差,焊接缺陷与变形;

转子热处理造成的残余应力未消除;

配合键短于键槽,造成局部金属空缺;

装配零件不一致造成的质量不对称(螺栓等);

联轴节安装不对中。

设备故障引起的机械振动:



设备故障引起的机械振动


A、力不平衡:



风机轴向力


同频占主导,相位稳定。如果只有不平衡,1X 幅值大于等于通频幅值的80%,且按转速平方增大。

通常水平方向的幅值大于垂直方向的幅值,但通常不应超过两倍。

同一设备的两个轴承处相位接近。

水平方向和垂直方向的相位相差接近90度。

B、力偶不平衡:

同频占主导,相位稳定。振幅按转速平方增大。需进行双平面动平衡。

偶不平衡在机器两端支承处均产生振动,有时一侧比另一侧大

较大的偶不平衡有时可产生较大的轴向振动。

两支承径向同方向振动相位相差180。

C、动不平衡:

动不平衡是前两种不平衡的合成结果。

仍是同频占主导,相位稳定。

两支承处同方向振动相位差接近。

D、悬臂转子不平衡:


悬臂转子不平衡在轴向和径向都会引起较大 1X 振动。

轴向相位稳定,而径向相位会有变化。

悬臂式转子可产生较大的轴向振动,轴向振动有时甚至超过径向振动。

两支承处轴向振动相位接近。

往往是力不平衡和偶不平衡同时出现。

风机性能的选择和型号说明:


风机的性能说明



通风管道的设计计算:

通风管道是通风和空调系统的重要组成部分,设计计算的目的是,在保证要求的风量分配前提下,合理确定风管布置和尺寸,使系统的初投资和运行费用综合最优。通风管道系统的设计直接影响到通风空调系统的使用效果和技术经济性能。

风道阻力:

根据流体力学可知,空气在管道内流动,必然要克服阻力产生能量损失。空气在管道内流动有两种形式的阻力,即摩擦阻力和局部阻力。

1. 摩擦阻力:

由于空气本身的粘滞性和管壁的粗糙度所引起的空气与管壁间的摩擦而产生的阻力称为摩擦阻力。克服摩擦阻力而引起的能量损失称为摩擦阻力损失,简称沿程损失。

空气在横断面不变的管道内流动时,沿程损失可按下式计算:


式中:



单位长度的摩擦阻力,也称比摩阻,为:


摩擦阻力系数 与风管管壁的粗糙度和管内空气的流动状态有关,在通风和空调系统中,薄钢板风管的空气流动状态大多数属于紊流光滑区到粗糙区之间的过渡区。通常,高速风管的流动状态也处于过渡区。只有流速很高,表面粗糙的砖、混凝土风管流动状态才属于粗糙区。因此,对于通风和空调系统中,空气流动状态多处于紊流过度区。在这一区域中 用下式计算:


表 1.1 各种材料的粗糙度


表1.2 工业管道中常用的空气流速(m/s)


表 1.3 空调系统中的空气流速(m/s)


表1.4 管道水力计算表


表1.5 各管段局部阻力系数统计表


风道布置设计原则:

风管布置直接影响通风、空调系统的总体布置,与工艺、土建、电气、给排水、消防等专业关系密切,应相互配合、协调一致。

(1)布置中应使风管少占建筑空间并不妨碍生产操作,常沿着墙、柱、楼板屋梁或屋架敷设,安装在支架或吊架上;

(2)除尘风管应尽可能垂直或倾斜敷设,倾斜时与水平面夹角最好大于45°。如必须水平敷设或倾角小于30°时,应采取措施,如加大流速、设清洁口等。

(3)当输送含有蒸汽、雾滴的气体时,应有不小于0.005的坡度,并在风管的最低点和风机底部设水封泄液管,注意水封高度应满足各种运行情况的要求。

(4)有爆炸危险厂房的排风管道及排除有爆炸危险物质的风管,不应穿越防火墙,其他风管不宜穿过防火墙和不燃性楼板等防火分隔物,如必须穿过时,应在穿过处设防火阀。在防火阀两侧2m范围内的风管及保温材料,应采用不燃材料。风管穿过处的缝隙应用防火材料封堵。

(5)可燃气体管道、可燃液体管道和电线、排水管道等,不得穿越风管的内腔,也不得沿风管的外壁敷设。可燃气体管道和可燃气体管道,不应穿过风机室。

(6)风管内设有电加热器时,电加热器前后各800mm范围内的风管和穿过设有火源等容易起火房间的风管及保温材料均应采用不燃材料。

(7)风管上应设必需的调节和测量装置(如阀门、压力表、温度计、测定孔和采样孔等)或预留安装测量装置的接口,且应设在便于操作和观察的地点。

(8)风管的布置应力求顺直,避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件要安排得当,与风管的连接要合理,以减少阻力和噪声。

(9)对于排除有害气体和含有粉尘的通风系统,其风管的排风口宜采用锥形风帽或防雨风帽 。

系统划分:由于建筑物内不同的地点有不同的送排风要求,或面积较大、送排风点较多,为了运行管理,常需分设多个系统,通常一台风机与其联系在一起的管道及设备构成一个系统。系统的划分应当本着运行维护方便,经济可靠为主要原则。系统划分的原则是:

(1)空气处理要求相同或接近、同一生产流程且运行班次和时间相同的,可划为一个系统。

(2)以下情况需单设排风系统;

① 两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧、爆炸,或形成毒害更大、腐蚀性的混合物或化合物;

② 两种有害物质混合后易使蒸气凝结并积聚粉尘;

③ 放散剧毒的房间和设备。

(3)对除尘系统还应考虑扬尘点的距离,粉尘是否回收,不同种粉尘是否可以混合回收,混合后的含尘气体是否有结露可能等因素来确定系统划分。

(4)排风量大的排风点位于风机附近,不宜和远处排风量小的排风点合为同一系统。

风道材料、形状、规格及设计:

(1)材料

风管材料要求坚固耐用、表面光滑、防腐蚀性好、易于制造和安装,且不产生表面脱落等特点。常用主要有以下两大类:

金属薄板

① 普通薄钢板,具有良好的加工性能和结构强度,其表面易生锈,应刷油漆进行防腐。

② 镀锌钢板,由普通钢板镀锌而成,由于表面镀锌,可起防锈作用,一般用来制作不受酸雾作用的潮湿环境中的风管。

③ 铝及铝合金板,加工性能好,耐腐蚀。摩擦时不宜产生火花,常用于通风工程的防爆系统。

④ 不锈钢板,具有耐锈耐酸能力,常用于化工环境中需耐酸耐腐蚀的通风系统。

⑤ 塑料复合钢板,在普通薄钢板表面喷上一层0.2~0.4mm厚的塑料层,常用于防尘要求较高的空调系统和-10~60℃温度下耐腐蚀系统的风管。

通风工程中常用的钢板厚度是0.5~4mm。

非金属材料:

① 硬聚氯乙烯塑料板,适用于有酸性腐蚀作用的通风系统,具有表面光滑、制作方便等优点。但不耐高温、不耐寒,只适用于0~60℃的空气环境,在太阳辐射作用下,易脆裂。

② 玻璃钢,无机玻璃钢管是以中碱玻璃纤维作为增强材料,用十余种无机材料科学地配成粘结剂作为基体,通过一定的成型工艺制作而成。具有质轻、高强、不燃、耐腐蚀、耐高温、抗冷融等特性。

玻璃钢风管与配件的壁厚应符合表1.6的规定。

表 1.6 玻璃钢风管与配件的壁厚(mm)


(2)形状、规格及设计

风管常用断面形状有矩形和圆形两种。

两者相比,在相同断面积时圆形风管强度大、阻力小、节省材料,圆形风管直径较小时比较容易制造,保温亦方便,但圆形风管管件的放样、构件制作较矩形风管困难,布置时不易与建筑、结构配合,明装时不易布置得美观。

矩形风管在民用建筑、低速风管系统方面应用更多些。矩形风管的宽高比最高可达8:1,但自 1 :1到8 :1表面积要增加60%。因此设计风管时,除特殊情况外,宽高比愈接近1愈好,可以节省动力及制造和安装费用,适宜的宽高比在3.0以下。

考虑到最大限度的利用板材,加强建筑安装的工厂化生产,在设计、施工中应尽量选用国家统一规格。

风道阀门:

通风空调系统中的阀门主要用于关闭风道、风口,调节管道内空气量,平衡阻力以及在防排烟中控制火灾烟气等使用。风阀安装于风机出口的风道上、主干风道上、分支风道上或空气分布器之前等位置。常用的阀门有蝶阀、多叶调节阀、插板阀、止回阀、防火阀、排烟防火阀。

(1)蝶阀如图1.13所示,多用于风道分支处或空气分布器前端。转动阀板的角度即可改变空气流量。蝶阀使用较为方便,但严密性较差。


(2)调节阀如图1.14所示,一般用于空调、通风系统管道中,用来调节支管的风量。该阀分为手动和电动两种,电动可以自动控制调节风量与自控系统配套。


(3)插板阀如图1.15所示,多用于风机出口或主干风道处作开关。通过拉动手柄来调整插板的位置即可改变风道的空气流量,其调节效果好,但占用空间大。


(4)止回阀如图1.16所示,安装在空调、通风系统风道内,保证在风机停止运行时,防止气流倒流。使用止回阀时风道内的风速应大于8m/s。


(5)防火阀如图1.17所示,是通风空调系统中的安全装置,保证在火灾发生时能立即关闭,切断气流,避免火灾从风道中传播蔓延。防火阀其关闭方式采用温感易熔件,易熔件熔断点60℃。当火灾发生时,气温升高,达到熔点,易熔片熔化断开,阀板自行关闭,将系统气流切断。


(6)排烟防火阀如图1.18所示,由阀体、排烟阀操作器、280℃温感装置、开启弹簧和关闭弹簧等部分组成。一般安装在排烟管道上,平时处于关闭状态,手动开启或接到消防中心信号依靠开启弹簧阀门开启进行排烟,一旦排烟管中温度达到280℃时,280℃温感装置动作,依靠关闭弹簧将阀门关闭起防火作用。


风道保温:在通风空调系统中,为提高冷、热量的利用率,避免不必要的冷、热损失,保证通风空调系统运行参数,应对通风空调风道进行保温。此外,当风道送冷风时,其表面温度可能低于或等于周围空气的露点温度,使其表面结露,加速传热,同时也对风道造成一定腐蚀,基于此也应对风道进行保温。

保温材料主要有软木、聚苯乙烯泡沫塑料(通常为阻燃型)、超细玻璃棉、玻璃纤维保温板、聚氨酯泡沫塑料和石板等,导热系数大都在0.12W/(m·℃)以内,保温风管的传热系数一般控制在1.84 W/(m·℃)以内。

通常保温结构有四层:

(1)防腐层:涂防腐漆或沥青;

(2)保温层:粘贴、捆扎、用保温钉固定;

(3)防潮层:包塑料布、油毛毡、铝箔或刷沥青,以防潮湿空气或水分进入保温层内,破坏保温层或在其内部结露,降低保温效果;

(4)保护层:室内可用玻璃布、塑料布、木版、聚合板等作保护,室外管道应用镀锌铁皮或铁丝网水泥作保护。

通风系统的防火防爆:

(1)通风系统防火

通风空调系统发生火灾时,风道是极易传播烟气,使烟气从着火区蔓延到非着火区,甚至到安全疏散通道,因此在工程设计时要采取以下可靠的防火措施。

① 垂直排风管道应采取防止回流的措施。如厨房、浴室和厕所的排风管与竖井风道连接时,可在支管上安装止回阀;

② 必要部位设置防火阀。如风道穿越防火分区的隔板或楼板、穿越通风空调机房及重要的房间隔墙处、穿越变形缝处风管的两侧;

③ 严格选取设备及风管材料。通风系统的设备及风管应采用不燃材料制成,管道和设备的保温材料、消声材料和胶黏剂应为不燃材料或难燃材料,风道内设有电加热器时,风机应与电加热器联锁,电加热器应设无风断电保护装置;

④ 合理布置通风系统。尽量使风道不穿越防火分区,通风空调系统竖向不宜超过五层。

(2)通风系统防爆

通风系统发生爆炸是因为空气中的可燃物含量达到了爆炸浓度极限,同时遇到电火花、金属碰撞引起的火花或其他火源而造成的。因此,在设计有爆炸危险的通风系统时,应注意以下几点:

① 空气含有易燃、易爆物质的房间,为了防止风机停机后,易燃、易爆物质从风管倒流,引起燃烧爆炸事故,其送、排风系统采用相应得防爆型通风设备,风管应考虑到除静电的接地措施;

② 当风机设在单独隔离开的通风机房内,且在送风干管上设有防火阀及止回阀时,由于可以防止危险物质倒流到风机内,此时可采用普通型通风设备;

③ 空气中含有易燃、易爆物质的房间,其空气不应循环使用,且应独立的通风系统;

④ 系统风量除满足通风空调需求外,还应校核可燃物浓度,若处于爆炸浓度极限范围时,则应加大风量。

⑤ 在爆炸危险的通风系统,应设防爆门。当系统内压力急剧升高时,靠防爆门自动开启泄压。

通风空调施工图的组成:

通风空调系统施工图包括图纸目录、设计施工说明、平面图、剖面图、系统图、详图及主要设备材料表等。

为了查阅方便,施工图中应有图纸目录。图纸目录包括图纸的组成、名称、张数、图纸顺序等。

(1)设计施工说明

①设计主要参数、主要设计气象资料和通风空调房间的设计条件;

②通风空调系统的划分与组成;

③通风空调系统的运行情况;

④风管、风阀与防火阀安装使用说明;

⑤管道、设备的防腐及保温做法;

⑥设备的调试与试运行。

(2)平面图:平面图表示通风空调设备、管道的平面布置及与建筑物的尺寸关系,一般包括以下内容:

①风机、电动机等设备的位置、形状轮廓及设备型号;

②空调机组、风管、风口、调节阀等设备与部件的定位尺寸、风管尺寸,用符号注明送、回风口的空气流动方向;

③剖面图的剖面位置及其编号。

(3)剖面图:剖面图主要反映管道及设备在垂直方向的布置及尺寸关系,横纵向管道的连接,管道、附件和设备的标高等。

(4)系统图:系统图主要表示管道在空间的布置及交叉情况,它可以直观地反映管道之间的上下、前后、左右关系。图中应注有通风空调系统的编号、管道断面尺寸、设备名称及规格型号等;

(5)详图:详图主要表示管道、构件的加工制作及设备安装要求等,如通风空调管件的展开下料,管道吊、托、支架制作,管道的保温,风机减振基础等设备的安装。常可选用国家标准图。

设备材料表应明确设备、附件的型号规格、主要性能参数及数量以及材料的性能要求、数量等。

通风空调施工图的绘制要求:

绘制施工图是施工图设计阶段的重要环节,它直接体现设计者成果,也是施工的主要依据。施工图的图幅、标题栏、线条、符号、尺寸标注、文字、比例、系统与设备的表达方式等要严格符合有关规定、统一技术条例及制图规定,图面表达与计算要一致,施工图的深度应能保证通风空调系统施工质量。

(1)平面图

管道和设备布置平面图应以直接正投影法绘制,按假想除去上层楼板后俯视规则绘制,否则应在相应垂直剖面图中表示平剖面的剖切符号,剖视的剖切符号应由剖切位置线,投射方向线及编号组成,剖切位置线和投射方向线均应以粗实线绘制。

用于通风空调系统设计的建筑平面图,应用细实线绘出建筑轮廓线和与通风空调有关的门、窗、梁、柱、平台等建筑物配件,并标明相应定位轴线编号、房间名称、平面标高。常采用绘图比例为1:100。

(2)剖面图

剖面图应在平面图基础上尽可能选择反映系统全貌的部位垂直剖切后绘制。断面的剖切符号用剖切位置线和编号表示。管道不宜用单线绘制,并注明管道、设备标高。常采用绘图比例为1:100。

(3)系统图

系统图是以轴测投影法绘制,宜采用与相应的平面图一致的比例,按正等轴测或正面斜二测按投影规则绘制。管道系统图的基本要素应与平、剖面图相对应。系统图可用单线绘制,图中的管线重叠、密集处,可采用断开画法,断开处宜以相同的小写拉丁字母表示,也可用细虚线连接。常采用绘图比例为1:100。

(4)详图

当详图表示某些设备或管道系统复杂连接点的详细构造及安装要求时,应在平、剖面图上标注索引符号。常采用绘图比例为1:20或1:50。

需要指出的是:所表示的详图如果采用标准图集中的统一做法时可不必绘出,只需指出标准图号,供施工人员从标准图中查阅。

现以一仪表车间的空调施工图举例介绍通风空调施工图的组成。

(1)设计说明书


(2)设备表


设计说明书




由图可见,该空调系统设在一层,空调机房设在仪表室北面独立小室。新风进口由建筑北墙外3.5m标高处引入。仪表室的送、回风管均设在机房和仪表室的隔墙上,送风管标高为3.55m,回风管标高为1.04m。回风进入立柜式空调机组。

新风通过单层百叶风口、初效过滤器进入立柜式空调机组,和进入的回风一起进行集中处理,处理后的空气由送风管道并通过设在仪表室标高为3.2m的两个散流器均匀送入室内。

平面图上可以看出两个剖面图的剖切位置,Ⅰ—Ⅰ剖面位于建筑4#轴线西侧,由东向西可以看出送风管、回风口、新风管和送风口的设置情况、管道标高等;Ⅱ—Ⅱ剖面位于机房和仪表室隔墙北侧,由南向北可以看出送风管、新风管设置情况、管道标高等。

空调系统图可以直观地反映出空调管道、设备和附件的设置情况及全貌。为降低系统噪声,新风管道、回风管道和送风管道与空调机箱均采用硅玻钛金不燃软接头。

为监测空调系统的工作状况,系统送风、回风和新风管道上还设有温度和风量测量孔,空调自控装置可以根据监测数据及用户需要不断进行即时调解。

洁净度等级标准及空气过滤器效率标准:




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