风扇和风扇系统在许多商业应用中都是重要的能源消耗者,并且在工业应用中可能是最大的消耗者。考虑到对性能不佳的系统负责,设计人员倾向于通过增加风扇的容量来补偿设计过程中的不确定性。不幸的是,风扇系统的尺寸过大会带来问题,这些问题会增加费用,同时可能会降低可靠性。

进风口条件

选择风扇时,标准包括气流特性,容量,压力,功率和效率。

风扇制造商发布的气流,压力和功率额定值基于标准实验室条件,使用标准立方英尺/分钟(scfm)的气流和0.075 lb / ft 3 用于标准风扇入口气流密度。因此,当标准密度与风扇入口处实际位置密度之间的偏差小于5%时,制造商发布的额定值通常可用于风扇的选择和评估。当在风扇入口处满足以下参数时,就会发生这种情况:

•风扇入口温度在(+)40°F和(+)100°之间;

•风扇入口的静压力在(–)12英寸水表(wg)和(+)12英寸水表之间;

•风扇入口气流的水分含量少于每磅干燥空气0.02磅水,或露点低于80°F;和

•风扇的安装高度在海拔(±asl)的±1,000英尺之间。

如果不满足上述一个或多个参数,则应将进气流密度校正为实际条件。这通常被称为非标准空气,风扇气流记为实际每分钟立方英尺(acfm)。通过将标准密度,气流,压力和功率乘以密度系数来计算进气流密度的校正值。密度因子(Df)的计算公式如下:

• Temperature (°F)

Dft =(530)/(460 +入口温度°F);

• Pressure (in wg)

Dfp =(407 in wg +入口压力,以wg为单位)/ 407 in wg;

•水分(磅水/磅干燥空气)

Dfm =(1 +ω)÷(1 +1.607ω),其中ω=磅水/磅干燥空气

•海拔(英尺高于海平面)

Dfe = [1 –(6.73 x 10 –6)(z)] 5.258,其中z =以英尺为单位的仰角。

密度系数(Df)=(Dft)(Dfp)(Dfm)(Dfe)

风扇性能

如果从制造商的标准目录额定值中选择了风扇,则实际体积流量为30,000 ft3/ min(acfm),15 in wg静压,1,910 rpm和86 hp,但在上述条件下安装时,风扇的运行性能为:

•实际容积为30,000英尺3/ min;

•实际质量流量为1,575磅/分钟(30,000 x 0.0525);

•实际的静压输出为15 in wg x 0.70 = 10.5 in wg;

•风扇轴的实际功耗为86 hp x 0.70 = 60.2 hp;和

•实际进气密度为(0.70)(0.075磅/英尺3)= 0.0525磅/英尺3

风扇容量

风扇容量可以用体积流量(ft3 / min)或以磅每分钟质量(lbm / min)为单位的质量流率。如果风扇的容量为30,000英尺3/ min,然后在标准条件和0.075 lb / ft的标准密度下3,则批量交付量为30,000英尺3 /分钟x 0.075磅/英尺3 = 2,250磅/分钟

现在,假设该物质在非标准条件下为空气,密度为0.0525 lb / ft3。现在的批量交付量为30,000英尺3/分钟x 0.0525磅/分钟3 = 1,575磅/分钟。

如果风扇系统必须保持最低质量流量为2,250 lbm / min,则所需的实际体积流量为2,250 lb / min÷0.0525 lb / ft3 = 42,857英尺3/ min,并且应根据42,857实际英尺的体积选择风扇3/分钟。

风扇压力

气动应用中最常用的压力是静压力。但是,对所有压力的基本了解对于正确选择和操作风扇至关重要。它们是总压力(TP),速度压力(VP),静压力(SP),风扇静压力(Fan SP)和风扇总压力(Fan TP)。

总压力,静压力和速度压力的压力分量如图1所示。总压力平行于流动方向,并沿流动方向进行测量。速度压力与流动方向平行,只能间接测量为总压力与静压力之间的差。静压在所有方向上均等地表示,并且垂直于流动方向进行测量。

总压力

总压力代表测量点的总能量:TP = VP + SP。

总压力可以为正或负,具体取决于测量位置。

速度压力

速度压力是沿流动方向的动能,它使静止的流体流动。

• VP = TP -SP;

•VP =(V÷4005)2(Df);和

•VP始终为正,与测量位置无关。

静压力

静压是流体在各个方向上施加的势能。

• SP = TP -副总裁;

•SP可与VP相互转换;和

•静压可以是正压或负压,具体取决于测量位置。

风扇总压VS.总压力

TP是VP和SP的差,而风扇总压力是通过风扇或穿过风扇的总压力的增加,代表风扇传递的总功。风扇总压力,由美国空气运动和控制协会国际协会定义。 Inc.(AMCA)标准,通常不用于风扇定级。在某些情况下,可以根据风扇的总压力对专用风扇进行评级。但是,了解风扇总压力对于正确了解风扇和风扇系统非常重要。风扇总压力表示为:

• Fan TP = TP风扇出口 -TP风扇入口;接着

• Fan TP = (SP出口 +副总裁出口)-(SP进口 +副总裁进口)。

当风扇入口和风扇出口的速度压力相同时,速度压力抵消,风扇TP的计算简化为:

• Fan TP = (SP出口)-(SP进口)

如果风扇的入口和出口区域不同,则不能使用这种简化方法。因为在这种情况下,风扇TP只是风扇入口和出口侧的静压之和,所以在根据入口和出口静压之和指定风扇时(风扇两端的静压上升) ),风扇额定值实际上是基于总压力的。

图2、3和4显示了各种系统条件和配置下的风扇计算。

风扇静压VS。静压力

SP是TP和VP之差,而风扇SP定义为风扇TP减去风扇出口处的风扇速度压力,代表风扇入口处的大气压力变化。

AMCA定义的风扇SP是大多数风扇额定值的基础。在某些情况下,可以根据风扇TP对专业风扇进行评级。由于风扇TP等于风扇两端的总压差,因此风扇SP表示为:

•风扇SP =风扇TP-风扇VP出口;

• Fan SP = (TP Fan出口 -TP风扇进口)-副总裁范出口;接着

• Fan SP = (SP出口 +副总裁出口)-(SP进口 +副总裁进口)-副总裁出口.

Since the VP出口完全相同并取消,则风扇SP = SP出口 -SP进口 -副总裁进口.

但是,通常会发现选择风扇时使用的静压计算为SP外出进口。在这种情况下,风扇通常会被VP超大进口 能量成分,并可能导致过多的能量消耗。

并且,当以这种方式计算用于风扇选型的静压时,由于风扇制造商与风扇用户之间的额定基准因风扇入口处的速度压力分量而不同,因此风扇无法精确地执行风扇曲线。图3和图4给出了一些如何在各种风扇配置下计算风扇压力的示例。

风扇功率

风扇功率通常称为制动功率(BHP)。但是,如果我们以BHP,运行马力(OHP)和空气马力(AHP)为基础,我们可以对风扇马力有更清晰的了解。

必和必拓

BHP,有时也称为图表功率(CHP),是驱动风扇的风扇轴所需的功率。它通常包括轴承阻力,但不包括任何其他损耗,例如三角皮带驱动器损耗或电动机或可变风扇驱动器(VFD)效率低下。

风扇制造商从其已发布的图表或选择程序中得出的风扇功率仅代表驱动风扇轴所需的功率,并且仅在0.075 lb / ft的标准气流密度条件下3.

OHP

OHP是风扇及其驱动器在运行期间消耗的马力。它包括风扇轴(BHP)所需的能量,驾驶员所需的能量,以及标准条件下进气流密度变化的影响。

OHP =(BHP x密度系数)+(驱动损耗)。

例如

如果为30,000英尺选择了风扇3/ min,15 in wg sp,1,910 rpm和86 必和必拓(基于制造商的产品目录额定值),但按照示例中“风扇性能”子标题下所述的条件安装,则风扇的运行性能为:

•密度系数= Df =(0.83)(0.96)(0.98)(0.90)= 0.70;

•计算的气流密度= 0.0525 lbm / m3;

•实际容积为30,000英尺3/ min;

•实际质量流量为1,575磅/分钟;

•实际的静压输出为15 in wg x 0.70 = 10.5 in wg;

•风扇轴的实际功耗为86 bhp x 0.70 = 60.2 hp;

•AMCA造成的三角皮带驱动损失为电动机输出功率的4%;和

•OHP =(BHP x密度系数)+(驱动器损耗):=(86 bhp x 0.70)+(4%x 60.2)=(60.2 hp)+(2.4 hp)= 62.6 OHP

总而言之,运行马力会改变气流的组成以及驱动风扇所需的能量损耗,因此在选择电动机时应同时考虑OHP和BHP。

层次分析法

AHP是每单位时间添加到气流中的能量,被认为是风扇的实际马力输出。

•AHP =(流量x总压力)/ 6,362;

•使用30,000实际英尺3/ m和wg实际总压力为16;从而

•气流增加了AHP =(30,000 x 16)/ 6,362 = 75.5 hp。

计算风扇的AHP输出通常很有帮助,以便更好地了解风扇系统的构造要求和系统中可用的能量。

风扇效率

风扇效率是风扇的马力输出与风扇的马力输入之比。在前面有关风扇功率的部分中,马力输出定义为AHP,马力输入定义为BHP。

•风扇效率=电源输出÷电源输入;和

•风扇效率= 层次分析法÷BHP。

可以根据总压力或静压力来评估风扇效率。如前所述,TP和SP总结如下:

当使用总压力基准时,风扇效率定义为总(机械)效率,同时考虑静压和速度压力分量。

使用SP基础时,将风扇效率定义为静态效率,并且仅考虑SP组件。总效率和静态效率计算如下:

•总效率=(总压力,以wg x流量为单位,ft3/ m)÷(6,362 x 必和必拓)x 100%;和

•静态效率=(静态压力,in。wg x流量,ft.3 / m)÷(6,362 x 必和必拓)x 100%。

由于总效率取决于运动中的流体,而静态效率则取决于静止的流体,因此基于风扇评估和选择的总效率通常代表了风扇性能的最真实的衡量指标。

概要

正确理解和计算风扇静压将防止意外的过度设计和系统马力消耗。始终应根据运行功率来选择风扇电动机,因为基于BHP功率的选择会导致无意中选择错误的电动机。

当需要对现有系统进行更改时,根据每种类型的系统组件(管道,空气污染控制设备,后过滤器等)的特性适当地计算新的系统要求将导致最佳设计并避免意外的过度设计。

了解风扇的总效率和静态效率将帮助用户确定和选择最适合该应用的风扇,并且全面考虑所有风扇和系统参数将有助于用户实现最节能的设计。

信息由Carollo Engineers高级项目经理Khalil Kairouz提供; M总裁Dale Price&P空气;和UDECM的首席执行官Albert Rau。与他们联系 [email protected], [email protected]和 [email protected].

发布日期:4/18/2016

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