CN115199578A - 基于气体温升的风机流量与效率测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于气体温升的风机流量与效率测试方法，通过测量风机进出口气体的温度以及压力，同时测量出输入给风机的轴功率，利用求解方程的方法计算出风机的质量流量，再计算出风机的效率。

Description

基于气体温升的风机流量与效率测试方法

技术领域

本发明涉及风机流量与效率的测试方法。

背景技术

在生产工艺中，能够精确的确定风机的流量与效率对于优化生产工艺，提高生产效率以及降低能耗有着很重要的作用。

现在常用的风机流量测量方法是基于速度场法，即在风机的进口或出口风道的某个位置，采用网格法测量出该处风道截面的气体平均速度，利用截面面积乘以平均速度的方法计算出风机的体积流量。风机效率的测量一般是下述公式计算：

式中：V——风机的体积流量，m³/s

Δp——风机进出口全压差，Pa

W——输入给风机的轴功率，W。

采用上述方法，在风道内流场较为均匀时是比较精确的。但是很多时候系统设施时为了减少占地面积，往往结构比较紧凑，所以风道弯管较多，对内部流场的均匀性影响很大，比如存在较大的速度梯度，或者局部有漩涡或回流现象，因此对测试截面的选取带来了显著影响。如果测量截面不能够满足精确测量的要求，会给流量以及效率的测量带来较大的误差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于温升的风机流量与效率的测试方法。

本发明采用的技术方案为：

一种基于温升的风机流量与效率的测试方法，通过测量风机进出口处气体的温度、环境压力与风机出口压力，同时测量出输入风机的轴功率，通过求解方程的方法来计算出风机的流量，进而计算出风机效率。

本发明原理明确，测试过程简单，易于为运行人员掌握。

附图说明

附图为本发明的系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

附图标记说明如下：

1——风机 2——风机进口 3——风机出口 4——电动机 5——传动装置

如图1所示的实施例中，通过对风机1的能量分析，可以建立其能量守恒公式：

式中：W_c——风机1的输入功率，W

m——气体质量流量，kg/s

T₂——风机出口3处气体温度，K

T₁——风机进口2处的气体温度，K

u₁——风机进口2处气体平均速度，m/s

u₂——风机出口3处气体平均速度，m/s

g——重力加速度，kg.m/s²

z₂——风机出口2处高度，m

z₁——风机进口1处高度，m

c_p——气体的定压比热，J/(kg.K)

h——风机1表面与周围环境大气的平均换热系数，W/(m².K)

S——风机1表面面积，m²

T——风机1表面平均温度，K

T₀——周围环境大气温度，K

σ——斯忒藩-玻耳兹曼常量，即黑体辐射常数，其值为5.67×10^-8W/(m².K⁴)

ε——风机1表面平均发射率

其中：

u₁＝m/(ρ₁S₁) (3)

式中：ρ₁——风机进口2处气体密度，kg/m³

S₁——风机进口2处截面积，m²

风机进口2处空气密度为：

ρ₁＝p₁/(RT₁) (4)

式中：p₁——风机进口2处气体绝对压力，Pa

R——气体常数，J/(kg.K)

u₂＝m/(ρ₂S₂) (5)

式中：ρ₂——风机出口3处气体密度，kg/m³

S₂——风机出口3处截面积，m²

风机出口3处空气密度为：

ρ₂＝p₂/(RT₂) (6)

式中：p₂——风机进口3处气体绝对压力，Pa

将式(4)代入式(3)、式(6)代入式(5)，然后再将式(3)及式(5)代入式(2)可以得到关于气体流量的一元三次方程：

风机1的输入功率可以采用轴功率表直接测量或者采用下式计算：

式中：W_n——电动机4额定功率，W

W₀——电动机4空载功率，W

W₁——电动机4的实际输入功率，W

η_n——电动机4额定效率

η_m——电动机4与风机1之间的传动装置5的传动效率，如果是轴直连方式，传动效率可取100％。

在精度要求不高时，风机1的输入功率采用下式计算：

W_c＝η_mη_nW₁ (9)

对于式(7)，风机1的入口截面积S₁、出口截面积S₂以及表面积S均可以通过查风机1的设计参数取得；通过在风机进口2及风机出口3处安装温度表及压力表，可以将风机进口2及风机出口3处气体的温度T₁、T₂及压力p₁、p₂测量出来；风机1表面平均温度T与环境大气温度T₀也可以测量出来，表面平均对流换热系数h可以查相关标准计算出来，表面平均发射率ε可以查阅相关资料。在风机1表面保温良好时，可以认为T＝T₀；同时利用功率表将电动机4的输入轴功率W₁测量出来，即可计算出风机1的输入轴功率W_c。流经风机1的气体如果是单质气体，其定压比热、气体常数可以查询有关资料获得；如果是混合气体，其定压比热、气体常数可以通过直接测量的方式获得，或者根据各单质气体所占的质量百分比进行计算，计算方法如下：

混合气体的定压比热为：

式中：c_pi——混合气体中第i种单质气体的定压比热，J/(kg.K)

d_i——混合气体中第i种单质气体所占的质量百分比，％

混合气体的气体常数采用下式计算：

式中：R_i——混合气体中第i种单质气体的气体常数，J/(kg.K)

这样通过对式(7)进行求解，即可计算出风机1的流量。

风机1相当于一台增压比较低的压气机，其效率等于气体的理想压缩功耗与实际压缩功耗的比值，于是风机1的效率为：

式中：k——气体的比热比，对于混合气体有：

式中：k_i——混合气体中第i种单质气体的比热比，单质气体的比热比可以查询有关资料获得。

式(12)中的其余参数计算如下：

风机出口3处气体全压为：

风机进口2处气体全压为：

风机出口3处气体总温为：

风机进口2处气体总温为：

利用式(12)～式(17)即可计算出风机1的效率。

Claims (1)

1.一种基于气体温升的风机流量与效率测试方法，其特征在于，通过测量风机进出口气体的温度与压力，测量或计算出输入风机的轴功率，再根据流经风机的气体质量成分，通过求解基于风机能量守恒所推导出的关于风机流量的一元三次方程来计算出风机流量，然后再利用风机效率等于风机理想功耗与实际功耗比值的方式计算出风机效率。

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