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：針對當前國內(nèi)離心通風機普遍存在的內(nèi)部氣流短路間隙過大的問題，進行了一次嚴格的對比測試，結果是：間隙由2mm增大到19mm，就使有效功率降低了一半。僅此一項造成的能源損失大約等于輸入功率的40%?，F(xiàn)在國內(nèi)正在生產(chǎn)和使用的離心通風機的間隙一般都大于19mm。對此作者提出了風機改造方案。
關鍵詞：離心通風機；內(nèi)部氣流短路；氣流短路間隙；節(jié)能改造；性能測試
0 引言
目前我國普通離心通風機普遍存在的一個嚴重問題，就是其進風口與葉輪之間的間隙（也叫輪蓋間隙）太大，造成機內(nèi)大量氣流短路。這既使風量、風壓和風機效率大大降低，造成大量能源浪費，又嚴重影響了風機使用現(xiàn)場的生產(chǎn)和工作：例如烘烤爐的風量不夠，產(chǎn)量降低；正確設計的氣力輸送系統(tǒng)不能正常輸送物料；一套冶金或化工裝置由于總風機抽力不夠導致生產(chǎn)不正常；氣流干燥或流化床系統(tǒng)效果不佳等等。近二十多年來這方面的問題越來越嚴重了。本人在多個機電大市場和工廠看到的和實際用到的4-72、9-19、G4-73、Y4-73、Y5-48等，以及塑料風機、多翼低噪聲離心風機，其氣流短路間隙大多在20mm以上，很多達到25~35mm，鍋爐引風機的間隙更大。造成這種狀況的原因是多方面的：有設計標準問題、小廠管理不善、用戶采購員不懂技術等等。但最主要的還是風機行業(yè)的技術人員和管理人員存在的認識問題，他們大多認為間隙大了不好，會有些浪費，但并不相信會造成很嚴重的能源浪費。為了弄清楚這間隙的影響到底有多大，特進行了本次測試。
1 測試方法和儀器
本次測試采取自由進口和管道出口裝置類型（B類）。
除非是有條件的專門測試場所適于用孔板、文丘里等裝置以外，一般的風機性能測試多用L形標準皮托管做傳感器。但皮托管并不理想：風速不能大于40m/s，有的標明只能用于0~30m/s，精度也不高?，F(xiàn)在市場上有數(shù)字式風速測量儀、流量測量儀，靈敏又方便，但其傳感器還是皮托管。皮托管之所以不能用于高風速場合，主要是因為其靜壓測孔開在皮托管之外壁，當風速較高時，此處很難保留貼近管壁的滯留層，所以靜壓測不準。
本次測試所用的主要儀器是小管徑全壓測量管，用Φ3.0的無縫不銹鋼圓管制作，其測量口一段逐漸縮小到直徑2mm，從測量口到直角彎的直管長度為管徑的20倍以上，并有專門的固定和調節(jié)裝置，使用很方便。靜壓測孔單獨開在被測風管壁，與全壓管測量口處于同一橫截面內(nèi)。在測量點前后有足夠長度的情況下，可以認為在同一個橫截面上的各點靜壓相等。顯示壓力用玻璃管U形壓力計。風機為4-72A-4.5 #-7.5kW-2900r/min。風管為DN250的PVC管，長3.8m，測量點距進風端面2m，相當于8倍管直徑。靜壓測孔直徑約2.2mm，外管直徑3mm。電壓測量用數(shù)字式萬用電表，電流測量用初級8匝的5倍電流互感器接數(shù)字電流表。
風管出風口的軸線上有一根螺桿，移動螺桿上的圓鋼板就可以調節(jié)閥門開度。這次的閥門開度共設7檔，圓鋼板到出風口端面的距離分別是：0檔、1檔30mm、2檔70mm、3檔120mm、4檔200mm、5檔300mm和6檔全開。
為了驗證進風口與葉輪之間的間隙對風機性能的影響，這次為一個葉輪配制了2個不同的進風口，一個與葉輪的間隙為2mm，另一個為19mm。這樣測試完一個后，只要換裝一個進風口就可以再試第二個了。
 3 數(shù)據(jù)處理
所用PVC管并不很圓，內(nèi)徑從241mm至245mm,截面積按直徑243mm計算,而測量孔開在245mm的直徑上?？紤]到圓管中間和邊緣可能流速有差別，將圓面積平均分為三等分，即中間一個圓及兩個圓環(huán)。這三個部分的測量點都必須取在其內(nèi)外等面積的等分線上。這樣一來，實際上就是要將整個圓平均分成6等分，測量點分別設在第1、第3、第5個圓上。設這三個圓的半徑分別是R1、R2、R3，大圓半徑為R=122.5mm，則可推出：
R1＝(1/6)0.5R=0.408 2R=50.00mm
R2＝(3/6)0.5R=0.707 1R=86.62mm
R3=(5/6)0.5R=0.912 9R=111.83mm
測量中，風管內(nèi)的全壓取全壓管的讀數(shù)，動壓為全壓與靜壓之差。空氣溫度和濕度都接近標準狀態(tài)，直接取數(shù)計算，空氣密度取1.2kg/m3。電動機的功率因素沒有實測，就取其銘牌上的0.8。
動壓、靜壓、全壓分別標為pd、pj、pq，功率、輸入功率、有效功率分別標為N、Nr、Ny，風速、風量、面積分別標為U、Q、S，電流、電壓分別為I、V，則：
U=(2pd/1.2)0.5=1.291pd0.5（m/s）
Q=SU=0.785 4×0.2432×3 600U=166.968U(m3/h)
Ny=Qpq/3 600 000(kW)
Nr=1.732IV×cosφ
由以上測量數(shù)據(jù)和計算公式，依次可計算出如下結果：  5 討論
由以上數(shù)據(jù)和圖表可以看出：離心通風機內(nèi)部氣流短路間隙的大小對風機性能產(chǎn)生嚴重影響：間隙由2mm擴大到19mm，就使風機總效率降低了將近40%；在輸入功率減少大約1/5的同時，有效功率減少了一半。僅此一項所造成的能源損失大約等于風機輸入功率的40%?？梢韵嘈?，與低壓的4-72風機相比，高壓的9-19等風機對間隙更敏感。
在JB/T10563-2006一般用途離心通風機技術條件中有規(guī)定：
“3.5.4 進風口與葉輪輪蓋進口間的徑向單側間隙為葉輪直徑的0.15%~0.45%，軸向重迭長度為葉輪直徑的0.8%~1.2%。”照此規(guī)定，直徑450mm的4.5#風機的間隙應為0.675~2.025mm，軸向重迭長度為3.6～5.4mm。照此標準，現(xiàn)在國內(nèi)正在使用的和正在生產(chǎn)的普通離心通風機沒有一臺是合格的。.jpg)
雖然國家標準要求很高，但若要達到標準的要求在我國現(xiàn)階段是不可能的。
1） 設計方面的原因：據(jù)了解，我國現(xiàn)用的離心通風機制造技術基本上還是沿用前蘇聯(lián)在上世紀四、五十年代的標準。可以看出，風機的發(fā)明人和后來的改進者在流體動力學方面考慮得很細，但對于在制造工藝中如何減少氣流短路這方面有所忽略。為了盡可能減少氣體渦流損失，將進風口設計成特殊的弧線形，或叫雙喇叭形（見圖7），其直徑先逐漸縮小，然后又逐漸擴大一些，這樣就有了一個比中間的最小圓大一些的端面圓。風機裝配時，多是先裝葉輪后裝進風口，進風口的端面圓必須小于葉輪輪蓋進口才能裝得進去。裝進去以后，現(xiàn)在國內(nèi)市場上的一般情況都是盡量使葉輪處于進風口最小圓平面內(nèi)，這樣，實際間隙為S3,S3=S1+S2,這就必然有相當大了。即使是進風口端面正好處于葉輪輪蓋進口平面內(nèi)或稍許進去一點，這樣間隙可以達到最小，但在以后的檢修和熱膨脹都可能改變?nèi)~輪的軸向位置，也就會加大間隙?！?） 制作方面的原因：現(xiàn)在的絕大多數(shù)風機廠都是人工冷作，工件的尺寸精度、圓度、同軸度都遠遠達不到要求，光是圓度誤差就超過間隙標準要求的幾倍；再加上工人技術不熟練、企業(yè)管理不嚴、市場對“間隙”沒有要求，所以一般的間隙都很大。一些塑料風機、多翼低噪聲風機的軸向間隙在20~35mm，顯然是生產(chǎn)者和采購者都沒有這方面的意識。
3） 政府缺乏技術監(jiān)督：過去有地方政府的行業(yè)監(jiān)督，對風機產(chǎn)品實行抽樣測試，現(xiàn)在沒有了。
現(xiàn)在的風機廠都把用于較高溫度場合的鍋爐引風機等的間隙留得特別大，理由是考慮熱膨脹。其實這是一個誤區(qū)。因為進風口是插在葉輪里面的；而且葉輪的溫度總是略高于進風口，因為熱氣流對葉輪的對流換熱最好，對風管和進風口的傳熱要差一些，而且進風口和風管還有對外散熱的問題，葉輪則沒有。所以，當氣體溫度升高后，兩者之間的間隙不是變小了，而是增大了，所以鍋爐引風機等高溫風機也不必加大間隙。
要想真正解決我國的離心通風機間隙問題，避免嚴重的能源浪費，只有采取一個辦法：改變風機的設計和加工方法，將葉輪和進風口的配合部分改成圓柱面，并實行車削加工（見圖8）。只有這樣，才能達到必要的尺寸精度、圓度和同軸度，才能使氣流短路間隙不會因葉輪位置難以避免軸向移動而改變?！∽?010年上半年以來，我們根據(jù)此方法改造了1臺舊風機，又在風機廠定制了3臺，總共4臺。第一臺間隙2.55mm，第二、三臺間隙1.5mm,第四臺間隙2mm（就是這次測試用的）。投入使用后風量、風壓都明顯大了。這樣的改動所增加的氣流阻力損失應是微乎其微的，制作成本也增加不多，目前這項技術已獲得專利。
4） 節(jié)能改造的效益估計
在全國離心通風機的裝機容量和用電量，目前沒有參考數(shù)據(jù)。估計裝機容量和用電量大約都占到總量的1/10以上。按照這個比例，2010年全國發(fā)電量41 413億kWh，因為通風機間隙增大的原因平均浪費40%的電量，按0.5元/k·Wh計算，全國離心通風機因此而浪費的總電價值為828億元/年。大量節(jié)約電能，就能減少以煤發(fā)電的環(huán)境污染，減少煤礦礦難。風機質量大幅提高對使用風機場所提產(chǎn)降耗、改善環(huán)境也都大有裨益。
6 結論
測試結果表明，離心通風機內(nèi)部氣流短路間隙的大小對風機性能產(chǎn)生嚴重影響：間隙由2mm擴大到19mm，就使風機總效率降低了近40%；在輸入功率減少大約1/5的同時，有效功率減少了一半。僅此一項所造成的能源損失大約等于風機輸入功率的40%?，F(xiàn)在國內(nèi)正在生產(chǎn)和使用的離心通風機中多數(shù)間隙在19mm以上，還有很多在30mm以上，浪費的電能比例更大。要想改變這種局面，必須改變離心通風機的設計和加工方法，將進風口和葉輪的配合部分改成圓柱面并進行車削加工。
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