无蜗壳风机的特性研究

无蜗壳风机的特性研究

上海新晃空调设备有限公司　郁惟昌☆　唐学波　卜庭栋　傅智明　张振华

摘要　实验表明, 自制叶轮的性能已达国外同类产品的性能水平。分析了影响无蜗壳风

机性能的多种因素, 探索了无蜗壳风机的使用条件及其应用于空调箱的可行性。

关键词　无蜗壳风机　组合式空调　风量控制

Perf orm a n c e of u n h o us e d f a ns

By Yu We i c h a n g ★, Ta ng Xue bo , Bu Ti ngdong , Fu Zh i mi ng a nd Zha ng Zhe nhua

Abstract 　Experiments show that the main performance of self 2manufactured impellers is equal to that of foreign products. Analyses various factors affecting the unhoused fan performance , and studies the working conditions and its application to air conditioning units.

Keywords 　unhoused fan , air handling unit , air volume control ★Shanghai Sinko Air Conditioning Equip ment Co. , Ltd. , Shanghai , China

　　无蜗壳风机在国外已应用多年, 不仅用于烘箱

及纺织行业的干燥机内, 也应用于空调行业, 常见于空气过滤机组与四面出风卡式风机盘管机组。无蜗壳风机的主要优点在于改善了机组整体结构, 且机组各向出风均匀, 风机段的体积可以缩小, 当配置在箱体内时, 只需考虑进风口的方向, 所以可按空调机组的实际需要, 在风机段上任意开设出风口, 应用较方便。叶轮进风口采用圆盘式调节风阀, 以调节风量、风压, 达到节能效果。但关于大风量(通常大于45000m 3/h ) 空气处理机组是否适合采用无蜗壳风机尚有不同意见。笔者研制了无蜗壳风机的叶轮, 通过实验分析了影响无蜗壳风机性能的各种因素, 旨在了解无蜗壳风机的特性, 探索使用无蜗壳风机的条件以及将其应用于空气处理机组的可行性。1　无蜗壳风机的性能特点1. 1　实验风机叶轮参数的确定

无蜗壳风机通常采用后倾平板型叶轮或者后倾机翼型叶轮。为了便于将笔者研制的叶轮与国外同规格叶轮作比较, 设计制作的叶轮直径为500mm 和1000mm 两种, 国外某同类产品PF 系列中相对应的叶轮直径分别为508mm 和1022. 4mm [1]。笔者对 500三种型式(A ,B , C , 见表1) 及 1000(A 型) 的叶轮分别进行了实验。

表1　实验风机的叶轮参数

叶轮型式片数　　

　后倾平板型　　后倾平板型　　后倾机翼型　

14

12

12

1. 2　自制叶轮与国外叶轮的性能比较

无蜗壳风机的送风有轴向送风与径向送风两

种, 如图1所示。 500

的叶轮采用电机直联传动

图1　无蜗壳风机送风形式示意图

方式, 置于特定的箱体内反复试验, 性能曲线如图2所示。由图可知, 当径向送风时, 后倾平板型叶

☆郁惟昌, 男,1944年10月生, 大学, 教授级高级工程师200433上海市淞沪路518号

(021) 65641589

E 2mail :yuweichang @sinko.com. cn 收稿日期:20011210修回日期:200412

02

图2　 500叶轮性能曲线

轮的性能均能达到国外同类叶轮的性能水平。

1000的叶轮采用皮带传动的方式, 同样置于特定的箱体内进行实验, 由图3可知其性能也达到了国外同类产品的水平

。

图3　 1000叶轮性能曲线

1. 3　圆盘调节风阀对风机的影响

为了实现对风量及静压的控制, 笔者所在公司的前向双进风有蜗壳风机中通常配置蜗型风阀调节装置, 其结构如图4所示,

作用是将机组的运行

图4　前向多翼型风机配置蜗型风阀示意图

控制在设定风量和压力的工况点, 在某种程度上也可调节送风量与压力, 有一定的节能效果。同样, 为配合使用无蜗壳风机, 笔者研制了圆盘调节风阀, 其工作原理是改变风阀与叶轮进风口的距离

, 来实现风量与压力的调节, 其结构如图5所示。

研究时, 当无蜗壳风机采用圆盘调节风阀后, 既要考虑叶轮进风状态受到的影响, 又要考虑风阀开度不同时, 风量与压力的关系。表2为当风机径向出风圆盘开启度为0时的实测结果, 从中可以看出, 无蜗壳风机采用圆盘调节风阀后的静压值与不

图5　无蜗壳风机配置圆盘风阀示意图

表2　风机径向出风圆盘开启度为0时的实测结果

风量/(m 3/h )

　　无风阀　　　　　　　有风阀　　

4113688. 0686. 04506723. 2729. 15037708. 5717. 45518688. 9694. 86101662. 5655. 66632630. 1617. 47124592. 9577. 27584551. 7539. 08123495. 9479. 28628415. 5390. 09105

330. 3

278. 3

配置圆盘调节风阀时基本一致, 说明圆盘风阀对风

机性能的影响极小。图6

为圆盘调节风阀不同开

图6　风阀开度与风量压力关系图

启度下风机静压与风量的关系图。图7为圆盘调节风阀不同开启度时的调节性能以及其节能效果与

其他几种调节方式节能效果的比较。1. 4　出风口面积对风机性能的影响

要获得理想的风机性能, 必须选择合适的出风口面积。即使风机被置放于同一个箱体内, 送风口面积不同, 测试的结果也会有较大差距。本试验叶轮直径500mm , 出风口面积为0. 26m 2和0. 378m 2

两种。实测数据表明, 小流量区域内, 机组出风口面积不同时, 静压相差5%左右; 中流量区域内,

图7　圆盘风阀与其他方式节能效果比较

静压相差10%左右; 而大流量区域内, 最大静压相

差达20%。1. 5　送风方向对风机性能的影响

图8,9分别为无蜗壳风机径、

轴向送风示意

图。送风方向不同时, 无蜗壳风机箱体的压力损失会随之变化。实测结果表明, 轴向送

风时箱体的压力损失

图8　径向送风示意图

明显比径向送风时大

, 即风量相同时轴向送风的静压有较大幅度的降低, 另外, 箱体压力损失随着风量的增图9　轴向送风示意图

大而增大。测试结果

详见表3、图10。

表3　送风方向不同时无蜗壳风机箱体压力损失的测试结果

风量/

径向送风压力轴向送风压力Δp /Pa 轴向压力损失/

3

损失/Pa 损失/Pa 　径向压力损失/%4113686. 0672. 313. 798. 04506729. 1660. 568. 690. 65037717. 4633. 184. 388. 35518694. 8610. 584. 387. 96101655. 6569. 486. 286. 86632617. 4520. 497. 084. 37124577. 2470. 4106. 881. 57584539. 0401. 8137. 274. 58123479. 2323. 4155. 867. 58628390. 0237. 2153. 960. 8　　据文献[2]介绍, 曾有学者将箱体压力损失的函数式描绘成

Δp =C p v

(1)

式中　p v 为出口动压,Pa ; C 为损失系数,

是经实测

图10　不同送风方向的无蜗壳风机风量压力关系图

后求得的平均值。但该文献作者认为实验结果随风

机出风口尺寸、设计位置和风速的不同而不同, 其中损失系数C 随风机出风口设计位置和风速的不同在很大范围内变化, 原因归咎于箱体内气流速度不均匀, 国外相关产品样本上对此也只笼统地描述。

例如, 径向送风时的箱体压力损失为

Δp =0. 5p v =0. 3v 20

(2) 而轴向送风时箱体压力损失为Δp =p v =0. 6v 20

(3)

式(2) , (3) 中　v 0为出口风速,m/s 。

若用式(2) , (3) 去验证实验结果, 也只能在某出风速度时适用, 而不能泛指所有状态。1. 6　箱体空间对无蜗壳风机性能的影响

箱体空间的大小是影响无蜗壳风机性能的重要因素。笔者针对 1000的无蜗壳风机, 先后设计制作了3种规格的箱体, 具体尺寸见表4中的方案1,2,3。

表4　不同规格箱体的尺寸

mm 方案1

方案2

方案3

高　度

[1**********]0宽　度[1**********]0长　度

1600

1600

1170

　　方案1的尺寸基本是按有蜗壳风机相似变换

的原理确定的, 其性能测试结果低于国外同类产品, 此时若参照文献[1], 应增大箱体宽度及长度。而笔者根据经验, 通过缩小箱体体积, 达到了增加静压的目的。方案2与方案1相比, 静压有所提高, 但仍稍低于国外同类产品。最后选择方案3, 测试结果表明, 以此方案确定风机段箱体尺寸时, 性能已基本达到预期目的。实测结果与国外同类产品性能曲线比较, 参见图3。1. 7　轴向送风时箱体长度的影响

风机段通常是空气处理机组的最末段, 但有时

也处于机组的前段或中段, 因此在研究无蜗壳风机

轴向送风时, 有必要对箱体长度的影响进行试验。实测数据(见表5) 表明, 无蜗壳风机轴向送风时, 其箱体长度对性能的影响较小。

表5　轴向送风时箱体长度对性能影响的实测数据

风量/

箱长增加后原箱长静差值/Pa 箱长增加后的静压/

3　的静压/Pa 　压/Pa 　原箱长静压/%

4113665. 4672. 3-6. 999. 04506648. 8660. 5-11. 798. 25037626. 2633. 1-6. 998. 95518605. 6610. 5-4. 999. 26101557. 6569. 4-11. 897. 96632509. 6520. 4-8. 897. 97124469. 4470. 4-1. 099. 87584404. 7401. 82. 9100. 78123321. 4323. 4-2. 099. 48628230. 3237. 2-6. 997. 19105

138. 2

138. 2

100

2　无蜗壳风机与有蜗壳风机的比较

为研究无蜗壳风机配置蜗壳后的性能变化, 笔

者对 500的A 型叶轮的性能进行了测试, 并与有蜗壳风机进行比较, 结果见图11

。

图11　无蜗壳风机与有蜗壳风机的性能比较

图11显示出, 有蜗壳风机的性能曲线范围比无蜗壳的宽, 且效率较高。

3　对无蜗壳风机在空调箱中的实用性探讨

有些业界同仁将是否使用无蜗壳风机作为衡

量空调机组(尤其是净化机组) 优劣的标志之一。笔者认为无蜗壳风机适用于一定的场合, 并非所有有蜗壳风机一定要改为无蜗壳风机。决定空调机组的优劣有多种因素, 如机组的效率、噪声、风量、余压、密封性、维护方便性等。

从空调机组风机段设计的角度出发, 使用有蜗壳风机的制约因素远少于无蜗壳风机。据笔者的研制实测, 使用有蜗壳风机时, 其主要制约因素为风机段箱体壁面与进风口间的距离, 大于叶轮直径2/3时, 箱体的压力损失约为50Pa ; 而当使用无蜗

壳风机时, 置放箱体的结构、尺寸以及开设风口面

积的大小, 都会对其性能产生影响, 而影响的大小需要通过试验摸索规律, 并在使用中不断完善, 设计者方能运用自如。从机组外形尺寸来看, 采用无蜗壳风机后可减小空气处理机组风机段的长度、高度和宽度尺寸, 但通常不会由此而改变机组整体的高度和宽度, 见图12,13。

但倘使对我国目前风机

段的设计方法稍作改进, 则即使采用同样规格的后倾有蜗壳风机的风机段箱体, 其长度尺寸也会大幅

度地缩短(见表6) 。

表6　有蜗壳风机箱体长度尺寸对照

风量/(m 3/h ) 国外样本(无蜗

原设计方案新设计方案

壳) /mm

/mm /mm 45000～[***********]5000～[***********]5000～80000

2090

3840

2400

4　结论

每种风机都有其特点及适用范围, 也有其局限

性。在组合式空气处理机组的设计中, 若能在掌握无蜗壳风机不同状态下(不同箱体的轴向尺寸或者径向尺寸、不同送风口的方向及不同送风口面积等) 的压力损失后适当选择, 那么在某些场合, 无疑会体现其优势。反之, 若在尚未掌握其特性时, 就简单地置换风机段内原来的风机, 那么无蜗壳风机的优势就得不到发挥。笔者将进一步改善无蜗壳风机的设计, 提高其性能, 同时提出无蜗壳风机的相关设计要点。参考文献

1　日本新晃工业株式会社. G T

仕样标准型空

调和机

2　C oward C W 　Jr. Unhoused (plug/plenum ) fans :is there performance predictable ? ASHRAE J , 1997,39(10) :7176

无蜗壳风机的特性研究

上海新晃空调设备有限公司　郁惟昌☆　唐学波　卜庭栋　傅智明　张振华

摘要　实验表明, 自制叶轮的性能已达国外同类产品的性能水平。分析了影响无蜗壳风

机性能的多种因素, 探索了无蜗壳风机的使用条件及其应用于空调箱的可行性。

关键词　无蜗壳风机　组合式空调　风量控制

Perf orm a n c e of u n h o us e d f a ns

By Yu We i c h a n g ★, Ta ng Xue bo , Bu Ti ngdong , Fu Zh i mi ng a nd Zha ng Zhe nhua

Abstract 　Experiments show that the main performance of self 2manufactured impellers is equal to that of foreign products. Analyses various factors affecting the unhoused fan performance , and studies the working conditions and its application to air conditioning units.

Keywords 　unhoused fan , air handling unit , air volume control ★Shanghai Sinko Air Conditioning Equip ment Co. , Ltd. , Shanghai , China

　　无蜗壳风机在国外已应用多年, 不仅用于烘箱

及纺织行业的干燥机内, 也应用于空调行业, 常见于空气过滤机组与四面出风卡式风机盘管机组。无蜗壳风机的主要优点在于改善了机组整体结构, 且机组各向出风均匀, 风机段的体积可以缩小, 当配置在箱体内时, 只需考虑进风口的方向, 所以可按空调机组的实际需要, 在风机段上任意开设出风口, 应用较方便。叶轮进风口采用圆盘式调节风阀, 以调节风量、风压, 达到节能效果。但关于大风量(通常大于45000m 3/h ) 空气处理机组是否适合采用无蜗壳风机尚有不同意见。笔者研制了无蜗壳风机的叶轮, 通过实验分析了影响无蜗壳风机性能的各种因素, 旨在了解无蜗壳风机的特性, 探索使用无蜗壳风机的条件以及将其应用于空气处理机组的可行性。1　无蜗壳风机的性能特点1. 1　实验风机叶轮参数的确定

无蜗壳风机通常采用后倾平板型叶轮或者后倾机翼型叶轮。为了便于将笔者研制的叶轮与国外同规格叶轮作比较, 设计制作的叶轮直径为500mm 和1000mm 两种, 国外某同类产品PF 系列中相对应的叶轮直径分别为508mm 和1022. 4mm [1]。笔者对 500三种型式(A ,B , C , 见表1) 及 1000(A 型) 的叶轮分别进行了实验。

表1　实验风机的叶轮参数

叶轮型式片数　　

　后倾平板型　　后倾平板型　　后倾机翼型　

14

12

12

1. 2　自制叶轮与国外叶轮的性能比较

无蜗壳风机的送风有轴向送风与径向送风两

种, 如图1所示。 500

的叶轮采用电机直联传动

图1　无蜗壳风机送风形式示意图

方式, 置于特定的箱体内反复试验, 性能曲线如图2所示。由图可知, 当径向送风时, 后倾平板型叶

☆郁惟昌, 男,1944年10月生, 大学, 教授级高级工程师200433上海市淞沪路518号

(021) 65641589

E 2mail :yuweichang @sinko.com. cn 收稿日期:20011210修回日期:200412

02

图2　 500叶轮性能曲线

轮的性能均能达到国外同类叶轮的性能水平。

1000的叶轮采用皮带传动的方式, 同样置于特定的箱体内进行实验, 由图3可知其性能也达到了国外同类产品的水平

。

图3　 1000叶轮性能曲线

1. 3　圆盘调节风阀对风机的影响

为了实现对风量及静压的控制, 笔者所在公司的前向双进风有蜗壳风机中通常配置蜗型风阀调节装置, 其结构如图4所示,

作用是将机组的运行

图4　前向多翼型风机配置蜗型风阀示意图

控制在设定风量和压力的工况点, 在某种程度上也可调节送风量与压力, 有一定的节能效果。同样, 为配合使用无蜗壳风机, 笔者研制了圆盘调节风阀, 其工作原理是改变风阀与叶轮进风口的距离

, 来实现风量与压力的调节, 其结构如图5所示。

研究时, 当无蜗壳风机采用圆盘调节风阀后, 既要考虑叶轮进风状态受到的影响, 又要考虑风阀开度不同时, 风量与压力的关系。表2为当风机径向出风圆盘开启度为0时的实测结果, 从中可以看出, 无蜗壳风机采用圆盘调节风阀后的静压值与不

图5　无蜗壳风机配置圆盘风阀示意图

表2　风机径向出风圆盘开启度为0时的实测结果

风量/(m 3/h )

　　无风阀　　　　　　　有风阀　　

4113688. 0686. 04506723. 2729. 15037708. 5717. 45518688. 9694. 86101662. 5655. 66632630. 1617. 47124592. 9577. 27584551. 7539. 08123495. 9479. 28628415. 5390. 09105

330. 3

278. 3

配置圆盘调节风阀时基本一致, 说明圆盘风阀对风

机性能的影响极小。图6

为圆盘调节风阀不同开

图6　风阀开度与风量压力关系图

启度下风机静压与风量的关系图。图7为圆盘调节风阀不同开启度时的调节性能以及其节能效果与

其他几种调节方式节能效果的比较。1. 4　出风口面积对风机性能的影响

要获得理想的风机性能, 必须选择合适的出风口面积。即使风机被置放于同一个箱体内, 送风口面积不同, 测试的结果也会有较大差距。本试验叶轮直径500mm , 出风口面积为0. 26m 2和0. 378m 2

两种。实测数据表明, 小流量区域内, 机组出风口面积不同时, 静压相差5%左右; 中流量区域内,

图7　圆盘风阀与其他方式节能效果比较

静压相差10%左右; 而大流量区域内, 最大静压相

差达20%。1. 5　送风方向对风机性能的影响

图8,9分别为无蜗壳风机径、

轴向送风示意

图。送风方向不同时, 无蜗壳风机箱体的压力损失会随之变化。实测结果表明, 轴向送

风时箱体的压力损失

图8　径向送风示意图

明显比径向送风时大

, 即风量相同时轴向送风的静压有较大幅度的降低, 另外, 箱体压力损失随着风量的增图9　轴向送风示意图

大而增大。测试结果

详见表3、图10。

表3　送风方向不同时无蜗壳风机箱体压力损失的测试结果

风量/

径向送风压力轴向送风压力Δp /Pa 轴向压力损失/

3

损失/Pa 损失/Pa 　径向压力损失/%4113686. 0672. 313. 798. 04506729. 1660. 568. 690. 65037717. 4633. 184. 388. 35518694. 8610. 584. 387. 96101655. 6569. 486. 286. 86632617. 4520. 497. 084. 37124577. 2470. 4106. 881. 57584539. 0401. 8137. 274. 58123479. 2323. 4155. 867. 58628390. 0237. 2153. 960. 8　　据文献[2]介绍, 曾有学者将箱体压力损失的函数式描绘成

Δp =C p v

(1)

式中　p v 为出口动压,Pa ; C 为损失系数,

是经实测

图10　不同送风方向的无蜗壳风机风量压力关系图

后求得的平均值。但该文献作者认为实验结果随风

机出风口尺寸、设计位置和风速的不同而不同, 其中损失系数C 随风机出风口设计位置和风速的不同在很大范围内变化, 原因归咎于箱体内气流速度不均匀, 国外相关产品样本上对此也只笼统地描述。

例如, 径向送风时的箱体压力损失为

Δp =0. 5p v =0. 3v 20

(2) 而轴向送风时箱体压力损失为Δp =p v =0. 6v 20

(3)

式(2) , (3) 中　v 0为出口风速,m/s 。

若用式(2) , (3) 去验证实验结果, 也只能在某出风速度时适用, 而不能泛指所有状态。1. 6　箱体空间对无蜗壳风机性能的影响

箱体空间的大小是影响无蜗壳风机性能的重要因素。笔者针对 1000的无蜗壳风机, 先后设计制作了3种规格的箱体, 具体尺寸见表4中的方案1,2,3。

表4　不同规格箱体的尺寸

mm 方案1

方案2

方案3

高　度

[1**********]0宽　度[1**********]0长　度

1600

1600

1170

　　方案1的尺寸基本是按有蜗壳风机相似变换

的原理确定的, 其性能测试结果低于国外同类产品, 此时若参照文献[1], 应增大箱体宽度及长度。而笔者根据经验, 通过缩小箱体体积, 达到了增加静压的目的。方案2与方案1相比, 静压有所提高, 但仍稍低于国外同类产品。最后选择方案3, 测试结果表明, 以此方案确定风机段箱体尺寸时, 性能已基本达到预期目的。实测结果与国外同类产品性能曲线比较, 参见图3。1. 7　轴向送风时箱体长度的影响

风机段通常是空气处理机组的最末段, 但有时

也处于机组的前段或中段, 因此在研究无蜗壳风机

轴向送风时, 有必要对箱体长度的影响进行试验。实测数据(见表5) 表明, 无蜗壳风机轴向送风时, 其箱体长度对性能的影响较小。

表5　轴向送风时箱体长度对性能影响的实测数据

风量/

箱长增加后原箱长静差值/Pa 箱长增加后的静压/

3　的静压/Pa 　压/Pa 　原箱长静压/%

4113665. 4672. 3-6. 999. 04506648. 8660. 5-11. 798. 25037626. 2633. 1-6. 998. 95518605. 6610. 5-4. 999. 26101557. 6569. 4-11. 897. 96632509. 6520. 4-8. 897. 97124469. 4470. 4-1. 099. 87584404. 7401. 82. 9100. 78123321. 4323. 4-2. 099. 48628230. 3237. 2-6. 997. 19105

138. 2

138. 2

100

2　无蜗壳风机与有蜗壳风机的比较

为研究无蜗壳风机配置蜗壳后的性能变化, 笔

者对 500的A 型叶轮的性能进行了测试, 并与有蜗壳风机进行比较, 结果见图11

。

图11　无蜗壳风机与有蜗壳风机的性能比较

图11显示出, 有蜗壳风机的性能曲线范围比无蜗壳的宽, 且效率较高。

3　对无蜗壳风机在空调箱中的实用性探讨

有些业界同仁将是否使用无蜗壳风机作为衡

量空调机组(尤其是净化机组) 优劣的标志之一。笔者认为无蜗壳风机适用于一定的场合, 并非所有有蜗壳风机一定要改为无蜗壳风机。决定空调机组的优劣有多种因素, 如机组的效率、噪声、风量、余压、密封性、维护方便性等。

从空调机组风机段设计的角度出发, 使用有蜗壳风机的制约因素远少于无蜗壳风机。据笔者的研制实测, 使用有蜗壳风机时, 其主要制约因素为风机段箱体壁面与进风口间的距离, 大于叶轮直径2/3时, 箱体的压力损失约为50Pa ; 而当使用无蜗

壳风机时, 置放箱体的结构、尺寸以及开设风口面

积的大小, 都会对其性能产生影响, 而影响的大小需要通过试验摸索规律, 并在使用中不断完善, 设计者方能运用自如。从机组外形尺寸来看, 采用无蜗壳风机后可减小空气处理机组风机段的长度、高度和宽度尺寸, 但通常不会由此而改变机组整体的高度和宽度, 见图12,13。

但倘使对我国目前风机

段的设计方法稍作改进, 则即使采用同样规格的后倾有蜗壳风机的风机段箱体, 其长度尺寸也会大幅

度地缩短(见表6) 。

表6　有蜗壳风机箱体长度尺寸对照

风量/(m 3/h ) 国外样本(无蜗

原设计方案新设计方案

壳) /mm

/mm /mm 45000～[***********]5000～[***********]5000～80000

2090

3840

2400

4　结论

每种风机都有其特点及适用范围, 也有其局限

性。在组合式空气处理机组的设计中, 若能在掌握无蜗壳风机不同状态下(不同箱体的轴向尺寸或者径向尺寸、不同送风口的方向及不同送风口面积等) 的压力损失后适当选择, 那么在某些场合, 无疑会体现其优势。反之, 若在尚未掌握其特性时, 就简单地置换风机段内原来的风机, 那么无蜗壳风机的优势就得不到发挥。笔者将进一步改善无蜗壳风机的设计, 提高其性能, 同时提出无蜗壳风机的相关设计要点。参考文献

1　日本新晃工业株式会社. G T

仕样标准型空

调和机

2　C oward C W 　Jr. Unhoused (plug/plenum ) fans :is there performance predictable ? ASHRAE J , 1997,39(10) :7176