第三节 风机比转数
风机比转数在风机的选型中有重要作用，特别是对于种类繁多的离心风机无量纲性能曲线的选型更为方便。风机比转数的概念同水泵比转数，比转数在应用中的意义也相同。
风机比转数的计算公式为
ns?nQp2034 （4-21）
式中：n—转速（rpm）；Q—流量（㎡/s）；p20—标准状态下的风机全压(mmH2o)。
目前，风机型号编制中的比转数，就是按式（4-21）和规定单位计算的结果。风机比转数ns是对单个叶轮而言的，对于多级（级数为i）风机和双吸风机，其比转数分别为
i级风机 ns?nQ?p20????i?nQ23434 （4-22）
双吸风机 ns?p20 （4-23）
比转数也是风机的基本性能参数之一。前面对于性能参数的有关讨论也同样适用于比转数。另外，比转数ns的大小还与计算采用的单位有关，以下就这些问题分别进行讨论。
（1）非标准状态工作的比转数
比转数的风压p20是标准状态进气时的全压。当为非标准状态进气时，应按式（4-18）计算风机在实际工作状态下的比转数，即
ns?nQ?p?1.2???????34?0.872nQ?p????????34 （4-24）
式中的标准状态空气密度?0?1.2Kg/m3。
（2）风机比转数与单位制
比转数是一个有量纲的性能参数，所以按式（4-21）计算的风机比转数的值与各物理量的单位有关，当转速n的单位（rpm）和流量的单位(Q3/s)保持不变时，比转数ns的值仅与全压p20的单位有关。我国风机型号编制中的ns值，就是p20采用工程单位制的结果，其单位是kgf/m2或mmH2o。当p20采用国际单位制时，ns值也随之改变。
风机全压p20采用国际单位制时应为N/㎡注意到1 kgf/m2=9.8 N/㎡=9.8mmH2o，则比转
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数变为
ns?nQ?p20????9.807?34?5.54nQp2034 （4-25）
即采用工程单位制的比转数比采用国际单位制的比转数大5.54倍。如4-73型普通通风机，比转数73是采用工程单位制计算的取值结果，当p20采用国际单位制时，比转数变为13.21，按风机型号编制方法应为4-13型风机。
（3）无量纲性能参数与比转数
利用风机的无量纲性能曲线时，若能直接采用无量纲性能参数计算比转数将是很方便的。为此，应将比转数公式，即式（4-21）中的参数用无量纲性能参数表示。
仍采用式（4-14）和式（4-15）中的基本关系，并注意到叶轮u2?则有
?D22n60、A2??D224，
60u2?D222p20。 n?u2Q ； p20??20u2 ； Q?u2A2Q??D24以上关系代入式（4-21）中，有
ns?nQ34p20?60u2?D2?D224up2022u2Q??20?34?30??3420?Qp2034
标准状态下，?0?1.2Kg/m3，则上式可写为
ns?14.8Qp20Q34 （4-26）
当风机全压采用国际单位制(N/㎡)时，比转数还应满足式（4-25）的关系，则有
ns?82p2034 （4-27）
即利用风机的无量纲性能参数计算比转数时，采用工程单位制的ns值比国际单位制大82倍。如4-73型风机在设计工况??max?93%?下的无量纲性能参数Q=0.230、p=0.437，则按式（4-27）计算的比转数ns=73.2。
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第四节 风机工况调节及运行
一. 风机装置工况
与求解水泵装置工况的方法相同，图解风机装置工况仍然是目前普遍采用的方法。风机P—Q性能曲线表示风机给单位容积气体提供的能量与流量的关系；管路P—Q性能曲线表示管道系统单位容积气体流动所需要的能量与流量的关系，这是两条曲线的不同概念。但是，对风机装置来说，两条曲线又相互联系、相互制约，装置工况即是风机与管路的质量平衡结果；也是风机与管路的能量平衡结果。
1、风机装置的管路性能曲线
风机管路系统是指风机装置中除风机以外的全部管路及附件、吸入装置、排出装置的总和。风机管路性能曲线是指单位容积气体从吸入空间经管路及附件送至压出空间所需要的总能量pc（即全压）与管路系统输送流量Q的关系曲线。一般吸入空间及压出空间均为大气，且气体位能通常忽略，则管路性能曲线的数学表达式为
pc?SpQ2 (N/㎡) (4-28)
式子中SP是管路系统的综合阻力系数（㎏/㎡ ）。 SP决定于管路系统的阻力特性，根据管路系统的设置情况和阻力计算确定。式子（4-28）表示的管路性能曲线在pc?Q坐标系中是一条通过原点的二次抛物线。
全压p表示风机提供的总能量，但是用于克服 管路系统阻力的损失能量只能是全压中静压能量。 因此，风机装置工况的确定，有时需要用风机的静 压与流量关系（pST?Q）曲线来确定相应的装置
工况。此时，风机装置将出现全压工况点N 和静 压工况点 M ，如图 4-12 所示，这是意义不同的
两个工况点。
2、无量纲管路性能曲线
离心风机的性能曲线通常采用无量纲性能曲线 表示（见图4-11），所以求解装置工况需要采用与之 图 4-12 相应的无量纲管路性能曲线。为此，需对管路性能
曲线的方程式无量纲化，利用无量纲性能曲线同样可图解风机装置工况。
对式（4-28）进行无量纲化，有
222pcu2A2Q2A2Q2?S()?S() pp22?u2A2?u2?u2u2A2式中u2为叶轮出口牵连速度，A2为叶轮圆盘面积，?为气体密度。显而易见，
pc 2?u22pcA2同风机的压力系数p ，2 同风机的流量系数Q，若 Sp 项用 ? 表示，则上式
??u213
可写为
pc??Q （4-29）
式中? 也是一个无量纲系数，若采用基本量纲进行量纲分析，其量纲为
2?A2??ML3??????Sp???7??L4??1
???LM??2式（4-29）就是管路无量纲性能曲线的数学表达式，其有与风机相同的无量纲系数pc、
Q和管路无量纲系数?。可以看出，式（4-29）表示的管路无量纲性能曲线，在pc?Q坐
标系中仍然是一条通过原点的二次抛物线。利用无量纲性能曲线同样可以图解风机装置工
况，图解所得无量纲性能参数同样可以转换为实际性能参数。
二、风机工况调节
与水泵工况调节相类似，风机工况调节也可分为非变速调节与变速调节两种方式。在非变速调节中，又分为节流调节、分流调节、离心风机的前导叶轮调节，轴流风机的动叶调节等不同方法。
1. 风机入口节流调节
利用风机进口前设置的节流装置来调节流量的方法，称为入口节流调节。因为节流增加了管路阻力，所以也改变了管路性能曲线。同时，由于入口节流装置一般安装在风机进口前部位，节流时其断面速度非均匀分布，直接影响到叶轮进口的正常速度分布，因此也改变了风机的性能曲线。节流调节后的装置工况， 则由变化后的两条性能曲线决定，如图4-13 所示。风机装置原工况点为M ，流量Qm；采用 节流调节后流量减小为QA，其工况点为A，调节 损失能量?H1。若采用出口节流调节，则工况点
应为A，能量损失为?H2。由于?H1
所以入口节流调节适用于小型风机的调节。
入口节流调节除了改变叶轮进的速度分布之外， 同时还降低了叶轮进口部位的压力，对于水泵增加
了汽蚀的危险性，因此水泵不采用这种调节方法。 图4-13 2 . 风机入口导流器调节
入口导流器调节是离心风机采用的一种主要调节方法，入口导流器及设置仍见图(4-5) 所示。通常把导流器及进气箱都作为离心风机的一个组成部分，利用改变入口叶轮的安装角?，来改变风机的性能曲线并改变风机装置工况，达到风机流量调节的目的。
°
入口导流器调节的工作原理表明，当入口导叶的安装角?=0时，入口导叶对叶轮进口气流基本上无作用，仍保持径向流入状态（即C1u?0）。当?>0时，入口导叶将使气流的进
°
,口绝对速度产生圆周切向分量（即C1u?0），不再保持径向流入状态。入口导叶对进口气
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流的这种作用称为“预旋”。由叶片式泵与风机的基本方程式p??(u2C2u?u1C1u) 可知，当?=0时，p??u2C2u；当?>0时，p??(u2C2u?u1C1u)，即预旋将使全压减
°
°
小，导致风机P—Q 曲线变陡。由装置工况分析可知，入口导流器调节的经济性要好于出口节流调节。
当离心风机的调节流量较小时，采用入口导流器调节的经济性与变速调节的经济性相当。同时，入口导流器构造简单尺寸小，投资低；调节运行可靠、方便，维修简单。因此入口导流器调节方法在离心风机中有广泛的应用。
与入口节流调节的分析相同，水泵很少采用入口导叶调节这种方式。只有在泵装置具有足够的有效汽蚀余量，以致采用入口导流器调节不会产生汽蚀时，离心水泵和轴流泵还是可以考虑采用这种调节方式的，因其经济性仍然是高于节流调节的。
3、风机（泵）的分流调节
风机的分流调节就是把风机输出的部分流量通过分流管回流到吸入容器或引入管路，并且在分流管装有阀门以调节分流流量的大小来调节风机装置的流量，这就是分流调节，如图 4-14（a）所示。
风机装置分流调节的图解工况如图4-14（b）所示。与水泵不对称并联图解工况相同，采用折引方法求解分流调节工况是可行的。首先，将公共管段AB视为风机的组成部分，在风机的 P—Q 曲线上每一点的压力P减去对应流量下的AB段损失压力SpABQ，可得到折引风机性能曲线p?Q。然后，作折引到管路性能曲线，即无公共管段AB，而由BC与BD 管段直接并联的管路曲线。风机输出段BC的pc1?Q曲线是指分流管阀门全关时的管路性能曲线；分流段BD的pc2?Q曲线是指分流管阀门全开的管路性能曲线。根据并联管路工作原理，对pc1?Q曲线与pc2?Q曲线进行等压力下的流量叠加，得到折引管路性能曲线pc?Q。曲线p?Q与曲线pc?Q的交点M即为装置分流调节的工况点。
根据折引原理，风机的工况点为M。从M点作水平线分别交pc1?Q 曲线和pc2?Q′
2\\\\′
曲线于C1点和C2点，其对应的流量QC1就是风机输出的实际流量，QC2就是调节的分流流量。根据并联工作原理，风机流量Q?Qc1?Qc2。当分流管阀门全关时，其装置工况点为N，风机工况点为N。显然，从N点到M点的各工况点，代表了分流管阀门从全关到全开时的全部分流调节工况。
轴流式风机采用分流调节方式要优于节流调节，其经济性要好些。离心式风机采用分流调节方式其经济性要低于节流调节方式。
风机分流调节原理也适用于并联管路送风装置的工况确定。由图4-14（a）可见，分流管BD实际就是与管段BC并联的另一条管路。
分流调节也适用于泵装置的工况调节。因为泵不能采用入口节流调节或入口导叶调节，所以采用节流调节比风机更为适宜。
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风机基本知识
