离心风机性能测试实验

离心风机性能测试实验

一、实验目的

1、了解风机的构造，掌握风机操作和调节方法

2、测定风机在恒定转速情况下的特性曲线并确定该风机最佳工作范围

二、基本原理

1、基本概念和基本关系式

1.1、风量

风机的风量是指单位时间内从风机出口排出的气体的体积，并以风机入口处气体的状态计，用Q 表示，单位为m 3/h 。

1.2、风压

风机的风压是指单位体积的气体流过风机时获得的能量，以t P 表示，单位为J/m 3=N/m 2，由于t P 的单位与压力的单位相同，所以称为风压。

用下标1，2分别表示进口与出口的状态。在风机的吸入口与压出口之间，列柏努力方程：

f H g u g p z H g u g p z ∑+++=+++2222222111ρρ (1)

上式各项均乘以 g ρ并加以整理得：

f H

g u u p p z z g gH ∑+-+-+-=ρρρρ2)

()()(21221212 (2)

对于气体，式中ρ（气体密度）值比较小，故)(12z z g -ρ可以忽略；因进口管段很短， f H g ∑ρ 也可以忽略。当空气直接由大气进入通

风机，则21u 也可以忽略。因此，上述的柏努力方程可以简化成：

2)(22

12u p p gH P t ρρ+-== (3)

上式中)(12p p -称为静风压，以st P 表示。 222u ρ 称为动风压，用d

P 表示。离心风机出口处气体流速比较大，因此动风压不能忽略。离心

风机的风压为静风压和动风压之和，又称为全风压或全压。风机性能表上所列的风压指的就是全风压。

2、风机实验

流体流经风机时，不可避免的会遇到种种流动阻力，产生能量损失。由于流动的复杂性，这些能量损失无法从理论上作出精确计算，也因此无法从理论上求得实际风压的数值。因此，一定转速下的风机的t P —Q, st P —Q ，N —Q,t η—Q ，st η—Q 之间的关系，即特性曲线，需要实验测定。

2.1、风量Q 的测定

我们可以通过测量管路中期体的动风压来确定风量的大小。

我们在管路的适当位置（必须使气体流动的稳定管段）安装一个测量动压头的装置——皮托管。假设皮托管测得的动风压为d P ，测量中，动风压常用水柱高度d h 表示：

d d gh P 水ρ= 则有：

222u gh P d d ρρ==水 [Pa] 所以：ρρρd

d

gh P u 水222== [m/s]

若假设测量位置的管径为D

则有： 3600242

??=?=ρρπd gh D u A Q 水 [m 3/h]

另外，测量风量我们还可以用孔板流量计，对于孔板流量计的原理这里略去。下面直接给出计算公式：

gh S C V s 200??= [ m 3/s]

或者：

ρρρ)

(200-??=r s Rg S C V [ m 3/s]

式中：

R ——U 型压差计的读数 [m]

r ρ——压差计中指示液的密度 [kg/m 3]

ρ ——被测流体的密度 [kg/m 3]

C 0——孔流系数

S 0——孔口面积

2.2、静风压和全风压的测定

由前面的式（3）可以得到实验中测定静风压和全风压的方法。)(12p p -为静风压，可以通过风机出口处的静压管测得，由于1p 为大气压强，因此静压管的一端可以直接和大气相通；222u ρ为动风压，可

以通过管路中安装的皮托管测量得到。

2.3、风机的有效功率和功率

由于风机在运转过程中存在种种能量损失，使得风机的实际风压比理论风压值要低，而输入风机的功率要比理论值高，所以风机的总效率可以表示为：

轴N N e =η 其中e N 为风机的有效功率：

6106.3??=t e P Q N [kw] 轴N 为电机输入风机的功率：

传电电轴ηη???=N K N 以上各式中：

Q ——风量，[m 3/h]

t P ——全风压，[N/m 2]

K ——用标准功率机校正功率标的校正系数，这里取1.0

电N —— 电机的输入功率，[kw]

电η——电机效率，通常取0.90

传η——传动装置的传动效率，一般取1.0

三、装置和流程

四、实验步骤和操作要点

1、检查管路上各测量仪器是否处于正常状态，确保风量调节阀处于全开或者全闭状态。

2、点击数显仪表盘，打开风机的电机电源，开始实验。

3、点击风量调节阀，调节不同的阀门开度

4、数显仪表会显示实时测量的各个量

5、等显示值稳定后记录各个仪表的数值。

6、至少测量五组以上不同阀门开度下的转速，电机功率，气体出口

温度，风机出口静压；其中必须有阀门全开和全闭情况下的数值。

五、数据处理

风机的风压有全风压和静风压之分，所以，风机的特性曲线比离心泵特性曲线多两条，即一定转速下的t P —Q, st P —Q ，N —Q,η—Q ，st η—Q 五条曲线。由于标准的风机的特性曲线是在20 °C 及760mmHg 条件下测定的，在此条件下空气的密度为1.2kg/m 3，因此，我们应当对测得的数据进行换算。

风压换算：

ρρ00=t

t p p 式中0t p ，0ρ为规定状态下的风压和气体密度；t p 和ρ为操作状态下的风压和气体密度。

所以：ρρρ2.100t t t p p p ==

计算功率时，如果t p 用实际风压，则Q 用实际风量；如果t p 用校正为规定状态下的风压0t p ，则风量也需校正到规定状态。校正方法同上。

在本仿真实验的数据处单元里面包括如下四项内容

1、原始数据

2、计算结果

3、曲线绘制

4、设备参数

提示：您可以在“参数设置”里面选择别的风机型号。（您必须有修改参数的权限）

如何选择通风机性能测试试验台

西安交通大学

流体机械研究所张义云祁大同

通风机性能测试试验方法(试验台)按总的试验装置类别可以分风管试验和风室试验两大类，按常规来说，压力较高的风机，用风管试验台测试，压力较低的风机，用风室试验台测试。对有双出口的风机，可以用风管做进气试验，也可以用风室做出气试验。按GB/T1236-2000标准分可分为四种，即A型、B型、C 型和D型，如果按风管和风室分独立来分类，则分类如下：

风室试验: A型出气试验、A型进气试验、B型出气试验、C型进气试验

风管试验: B型出气试验、C型进气试验、D型进出气试验(B型)、D型进出气试验(C型)

一、流量测量方法

流量测量方法有多种选择，最常用的流量测量方法有

(A) 锥型进口(锥型集流器)

90°弧进口喷嘴(弧型集流器)

毕托静压管(毕托管)

孔板流量计(管道内孔板)

ISO 文丘里喷管(管道内文丘里喷管)

多喷嘴流量计

图1 各种流量测量装置

二、风机性能测试装置示意图-风室试验

图2 A型风室出气试验示意图(用多喷嘴流量计测流量)

图3 A型风室进气试验示意图(用多喷嘴流量计测流量)

图4 B型风室出气试验示意图(用多喷嘴流量计测流量)

图5 C型风室进气试验示意图(用多喷嘴流量计测流量)三、通风机性能测试装置示意图-风管试验

图6 B型风管出气试验示意图(用管道内孔板测流量)

图7 B型风管出气试验示意图(用毕托静压管测流量)

图8 B型风管出气试验示意图(用管道内ISO文丘里管测流量)

图9 B型风管出气试验示意图(用管道内文丘里管测流量)

图10 C型风管进气试验示意图(用锥型进口测流量)

图11 C型风管进气试验示意图(用90°弧进口喷嘴测流量)

图12 D型风管进出气试验示意图(用锥型进口测流量)

新标准中试验装置类型的组合较多，以上给出的是较常用的几种。对于风管出气试验，目前大多数厂家使用的毕托静压管来测量，此方法测量时间长(例如

一个测试工况点，其它试验方法只需要测一点，毕托静压管要测8~20点，然后取平均)，精度低，可靠性也差。建议在设计或改造试验台时，使用ISO文丘里喷管或孔板流量计，可以极大地提高缩短试验时间，提高测试精度，如果配有电动调节门，还可以实现自动调节流量等。

四、几种典型的风机性能测试试验台

图13 A型风室出气试验台(包括调节门及辅助风机，用多喷嘴测流量)

图14 B型风管出气试验台(用管道内ISO文丘里管测流量)

图15 C型风管出气试验台(用锥型进口测流量)

图16 C型风管出气试验台(用90°弧进口喷嘴测流量)

在风管试验中，如果被测试风机本身的压力较小，如小于50~100Pa，则在试验中很有可能不能克服风管阻力，使得风机在测试时运行在小流量区，无法获得风机在设计流量下的性能。例如在测试时流量为500~2000m3/h，而风机的设计流量为3000~5000m3/h，这在测试较低压力风机时较常见的一种现象。遇到这种情况，一般的解决方法是使用风室试验台来测试，风室试验台中一般配有辅助风机，辅助风机的作用主要用来克服由于测试风机本身不能克服的部分阻力。风管试验台一般不配辅助风机，主要靠风机本身所能提供的压力来克服风管阻力，所以风管试验一般用于压力较高的风机测试。在风管进气试验中，主要是由于辅助风机装置影响测试，装置较复杂，所以一般不使用辅助风机。在风管出气试验中，如果需要也可以配辅助风机，但由于风管直径较多，辅助风机装置较难在几个风管试验台中公用，如果一种风管配一套辅助风机及相关装置(包括调节门和控制器)，成本较高，所以大多数的风管出气试验，一般也不使用辅助风机。在风室试验台中，由于风室的流量适应范围广(不是所有的风室都是流量适应范围广)，不存在像风管那样多套风管需要赔多套辅助风机装置，一般一套或两套风室就可以满足所需流量测试范围，所以需要配的辅助风机的套数也有限，所以风室一般都配有辅助风机，用于克服测试风机本身不足以克服的那部分流动阻力，如果风室设计得好，一般都能达到风机进出口的静压差为零的最大流量工况(例如普通风扇在使用时，进出口静压几乎为零)，所以风室可以完成压力较小风机的测量。

以上风机性能测试中风机试验台的选择做了简单的介绍，希望对想建风机试验台而对此有不熟悉的人员有所帮助。如果需要我们的帮助，可以与我们联系。我们在设计和制造风管试验和风室试验台方面已积累了一定的经验，在2000年就设计了符合GB/T1236-2000标准的风室试验台两套，直径分别是5米和1.5米。我们在性能试验自动测试系统也已积累了一定的经验，目前全国有近二十套性能试验自动测试系统在使用。

(Email: ,)

参考文献

1. 工业通风机用标准化风道进行性能试验 GB/T1236-2000 idt

ISO5801:1997

风机性能曲线测试实验（3课时）

实验类型： 综合性

实验目的：

1、了解风机空气动力性能实验的基本过程。

2、掌握风机性能曲线测试的基本原理和特性参数测试的基本方法。

3、熟悉风机基本特性参数的计算方法与换算。

实验内容：

风机性能曲线一般包括H-Q 、N-Q 、η-Q 三条曲线。实验中需测出不同工况点的风量、风压和功率，并计算出对应工况点的效率，推荐做6—10个工况点。在此基础上绘制风机性能曲线。

如上图，风管进风口为锥形集流器，在集流器的一个断面上，设有四个测压孔（互成

900

）用四根橡胶管接到一联通管上，联通管与斜管测压计相连，用于测量管道空气流量。 风量计算式： 空

酒ρρgh u 2= m/s h=L k Q=ΦA u m 3/s L ：测压管读数 k ：斜管倾斜系数 Φ=0.98（集流系数）

A ：集流器面积

风压测量换算：

在风管断面上也有四个测压孔（互成900），同样用四根橡胶管接到一联通管上，联通管与斜管测压计相连，用于测量进口风管压力，此压力为静压P st （将测量值换算成Pa ）。

注意：此压力需剩以修正系数1.57，表示为全风管压力，即风机风压。

电机功率测量计算：

电机输出功率即为风机输入功率，该功率通过测量电机电压、电流由下式计算： 1000cos 电

η??=UI N kw

U ：电机电压 I ：电机电流 ?cos ：功率因素，0.85 η电电机效率，0.7 风机效率计算：

N

N 风风=η ×100% 其中：N 风=P st Q 风机功率

实验要求：

设备器材准备：实验风管；被测风机；测功电机；斜管测压计；空盒气压计； 温度计；联通橡胶管若干；电流电压测试台。要求学生仔细观察实验现象，记录实验数据，按时完成实验报告。

雷诺实验（2课时）

实验类型： 综合性

实验目的：

1、观察液体在不同流动状态时的流体质点的运动规律。

2、观察液体由层流变紊流及由紊流变层流的过渡过程。

3、测定液体在园管中流动时的上临界雷诺数Rec 1和下临界雷诺数Rec 2。

实验内容：

流体在管道中流动，有两种不同的流动状态，其阻力性质也不同。在实验过程中，保持水箱中的水位恒定，即水头H 不变。如果管路中出口阀门开启较小，在管路中就有稳定的平均流速u ，这时候如果微启带色水阀门，带色水就会和无色水在管路中沿轴线同步向前流动，带色水成一条带色直线，其流动质点没有垂直于主流方向的横向运动，带色水线没有与周围的液体混杂，层次分明的在管道中流动。此时，在速度较小而粘性较大和惯性力较小的情况下运动，为层流运动。如果将出口阀门逐渐开大，管路中的带色直线出现脉动，流体质点还没有出现相互交换的现象，流体的运动成临界状态。如果将出口阀门继续开大，出现流体质点的横向脉动，使色线完全扩散与无色水混合，此时流体的流动状态为紊流运动。 雷诺数：γd

u ?=Re 连续性方程：A ?u=Q u=Q/A

流量Q 用体积法测出，即在时间t 内流入计量水箱中流体的体积ΔV 。

t

V Q ?= 42d A ?=π 式中：A-管路的横截面积 u-流速

d-管路直径 γ-水的粘度

实验要求：

设备器材准备：雷诺实验装置（套）；蓝、红墨水各一瓶；秒表、温度计各一只；卷尺 等。 要求学生仔细观察实验现象，记录实验数据，按时完成实验报告。