风机、电机在空调箱的选型应用

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风机：

风机（Fan）是一个装有两个或多个叶片的旋转轴推动气流的机械。从能量观点来分析，它是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械。

空调机组离心风机的分类：

1、按叶轮形式分：前倾式，后倾式。

2、按压力形式：低压、中压和高压。

低压离心通风机：全压P≤1000Pa；

中压离心通风机：全压P=1000~3000Pa；

高压离心通风机：全压P=3000~15000Pa；

常用压力范围在：250~2500Pa。

3、不同类型风机对比表：

注意：无蜗売风机，电机的轴置于风机叶轮中间，电机转动时风机叶轮随电机轴同时转动，为了满足客户风量和风压的设计要求，需使用变频器来调节转速满足客户要求的风量和风压；皮带传动可通过调整皮带的转速来满足客户要求的风量和风压，无需变频器。

风机性能参数：

流量：定义：单位时间内通过风机流道某一截面的气体容积，故又称容积流量；

单位：m3/s，m3/min，m3/h(CMH)，CFM，L/s；

一般风机流量的计算用风机出风口面积A与风机出风口处的风速υ来计算表示为：

Q表示流量、A表示截面积、V表示气体流动速度。

在空调行业中常用流量单位是m3/h（立方米每小时）和CFM（立方英尺每分钟）其换算关系如下：m3/h= 1.698cfm；

风机流量通常是指风机进口处的流量，因气体具有压缩特性，出风口体积流量与进口处不同。但空调风机属于中低压风机在大多数情况下可以忽略其压缩性。

风机的全压Pt：

气流在某一点或某一截面上的总压等于该点截面上的静压与动压之和。而风机的全压，则定义为风机出口截面上的全压与进口截面上的全压之差，即：

Pt =（Pst2 +ρ2 V2 ²/ 2）-( Pst1 +ρ1 V1²/2)

Pst2为风机出口静压、ρ2为风机出口密度、V2为风机出口速度。

Pst1为风机进口静压、ρ1为风机进口密度、V1为风机进口速度。

风机的动压Pd：气体的动能所表征的压力称为动压。

即Pd=ρV²/2。

风机的静压Pst：气体的压力能所表征的压力称为静压，静压定义为全压与动压之差，即：Pst= Pt–Pd。

空调器设计中经常用到机组的全压、静压、风机全静压、机内阻力、机外余压等概念。

如图所表示管道内全压、静压和动压：

风机转速是指风机叶轮的旋转速度，通常它以每分钟旋转数为单位。即r/min或rmp。

全压=静压+动压=机外静压+机内静压+动压=系统管道阻力+机内静压+动压。

计算全压，一般要考虑10%余量，以补偿可能存在的漏风和阻力计算不精确。

评价：一个好的送风管道设计应达到系统阻力平衡，较低噪声，较小压损和造价便宜。

风机的功率N：风机所输送的气体，在单位时间内从风机中获得的有效能量称为风机有效功率；

N=Pt×Q/1000 kw

式中Q表示风机流量m3/s。

风机轴功率N轴：N轴= N/η kw

η表示风机效率；N轴又称风机的输入功率。

风机的静压内效率为：η静内=Nst/N轴 =Pst×Q/1000/N轴

风机的全压内效率为：η全内=Nt/N轴= Pt×Q/1000/N轴

风机的全压 内效率和风机的静压内效率均表征风机内部流动过程的好坏。是风机气动力设计的主要指标。

上述公式还可以写成：N轴= Pt×Q/1000/η全内 kw

当知道风机全压和流量及效率时利用该公式可以很快估算出电机功率。

风机的全压效率为：η=η全内×ηm；

ηm为机械效率，它可以参照下表获得。

皮带传动风机电机功率为：N电=kN轴/ηm= KN轴/0.95。

式中K表示电机安全系数。空调风机K可以在1.1~1.2之间选择。后向风机K可以选小些。

风机的工作特性及调节：

我们知道风机功能是克服管网阻力将具有一定压力的气体送到指定的地方。因此风机是和管网一起工作。

下图是典型的风机和管网图。

管网曲线是一条抛物线，其方程式为：P=KQ2

上述公式在如何调整风机转速或调整管网阻力以达到空调机性能时经常用到。

例：如图1：M1是某风机在管网阻力曲线为R1的情况下的转速为n1的工作曲线，其工作点为A1，M2是该风机在相同管网阻力曲线为R1的情况下转速为n2的工作曲线，其工作点为A2。从图中我们可以看到在管网阻力不变的情况下可以通过提高风机的转速来提高空调机的流量和压力。

如图2：M1是某风机在管网阻力曲线为R1和R2情况下，转速为n1的工作曲线，当管网阻力为R1时其工作点为A1，当管网阻力为R2时其工作点为A2。从图中可以看到如果用出口调节阀来变化管网阻力则可以调节空调机的工作参数。

图3是在风机进口处装有调节阀调节的风机工作曲线。

风机风量计算：

按夏季送风量计算：

G=Q/(iN-iO)=1000*W/(dN-dO) kg/s

式中：

Q—空调房间冷负荷，W； iN—空调房间室内空气状态焓值，kj/kg iO—送风状态焓值，kj/kg； W—湿负荷，g/s； dN—空调房间室内空气状态含湿量，g/kg； dO—送风状态含湿量，g/kg； 风机的容积流量：G′= 3600*G/ρ m3/h

式中：

G—重量流量，kg/s；

ρ—空调房间空气的密度，kg/m3，标准状态空气密度为1.2。

按夏季送风量计算风量：

G′=（L×W×H）×n m3/h

式中： L，W，H —为空调房间长，宽，高，m。 n—为房间换气次数，按下表取。一般，取n=5~10 1/h。

根据空气处理装置及各送风点所在位置，设计送风管道的走向和联接管，同时确定回风管的走向和联接部件。空调机房内的新风通路和排风通路亦需确定位置与走向。画出空调系统的轴侧图，管段编号，并标注长度和风量。

选择各管段内的风速，并计算管道断面。在确定断面时，应尽量选用通风管道的标准规格，以合理用料和制作。

按选定的管道断面，求实际管内流速。并查图计算各管段的摩擦阻力和局部阻力。在阻力计算时应选择最不利管路，即阻力最大的管路。

对与不利管路并联的管路作阻力平衡计算。一般希望并联管路之间阻力不平衡偏差不大于15%。如通过调整管路尺寸不能达到上述要求，则必须设调节阀门以保证风量分配。

机外静压还可按下列方法计算：

系统风管压力损失为：△P=Rm×L(1+k) Pa 式中： Rm—单位长度风管摩擦阻力损失，Pa/m； L—最远送风口送风管总长加上最远回风口回风管总长，m； k—局部阻力损失与摩擦阻力损失的比值。 弯头三通少时，取k=1.0~2.0； 弯头三通多时，取k=3.0~5.0。

经试算，对具有 5只弯头，风速为4-6m/s，最长送风管为30m的管道系统，如取比摩阻Rm=5.0 Pa/m，k=2.0，由公式计算，风管压力损失为450Pa，与分段计算摩擦阻力和局部阻力的结果445.7Pa，其误差仅为1%。

组合式空调箱中，含有混合段、过滤段、盘管段和风机段等不同功能段，每个功能段都有各自的阻力损失。

机内静压=各功能段（风机段除外）阻力之和。

无壳风机在风机箱内运行时，会产生系统效应，引起风机性能的降低，计算机内静压时，必须加上这一压力损失。

风机箱系统效应，与箱体接管位置和接管方式有关，其压降为：

ΔP= ζ×（ρv2/2），Pa

式中，ζ为阻力系数，其值为：

不接管：ζ=1.8(径向)，2.5(轴向)；

接管：ζ=1.3(径向)，1.8(轴向)。

当风机箱出口较多，且出风速度不同时，应选择最高出风速度和最大阻力系数的出口，计算箱体的压降。

风机定理：

风机选型原则：

选用效率较高，风机较小，调节范围较大的风机，来满足系统可接受的性能，效率和质量要求。

风机运行工作点，应选择在风机高效点附近，以确保运行稳定，避免风机在喘振区工作。

要降低噪声，必须降低风机转速，选择较大的风机。

VAV系统风机，风量风压应按运行时间较长的部分负荷工况选取。

过大风机选择，往往使风机运行在小风量区，风机进出口压差大，会引起运行不稳定和噪声脉动，发出较高噪声。

过小风机选择，会引起风机转速提高，空气在离开叶片时有较高速度，也会产生较高噪声。

通常风机出风口平均速度在10-15M/s。

前向多翼风机：具有转速低、结构轻、低噪、调速性能好和价格便宜等特点，当设计风量和压力较小，或大风量低压力时应优先选用前向风机。

后向风机：具有效率高，噪声低，压力高和结构强等特点，当设计风量和压力较大，机号＞500时，应优先选用后向风机。

无壳风机：当管网需要灵活出口位置，需要降低管道出口噪声，或管网在将来可能要变化的场合时应优先选用。

全压曲线平坦，陡度小，静压对风量功率影响大，性能区间宽的风机，适用于系统风量对静压变化敏感，需VAV风量调节的空调机组。

全压曲线陡峭，陡度大，静压对风量功率影响小的风机，适用于风量固定的空调箱，前向风机的电机也不会超载。

风机转速：风机叶轮和轴的最大转速，要低于第一临界转速的25%，避免风机在共振区工作。

尽量配用4/6极电机，当机号≤500时，应优先选用前向风机。当机号＞500时，应优先选用后向风机。

电机：

电机是实现能量互相转换的装置。

由机械能（由热能、核能、风能、势能等转化）转化为电能的电机称为发电机。

由电能转化机械能的电机称为电动机。

电机的运行原理是基于电磁感应定律和电磁力定律。

电机的分类：

按功能分：发电机、电动机、特种电机；

按电源分：直流（DC）电机、交流（AC）电机（交流电机可分为同步电机和异步电机）；

还可分为单相、多相（常用为三相）电机。

同步电机和异步电机的区别：

三相异步电动机工作原理：三相对称绕组，通入三相对称交流电，将在空间产生旋转磁场，此磁场切割转子导体，将在转子中产生感应电动势及感应电流，并且转速低于同步速并与同步速方向相同旋转。

用途：各种机床、水泵、通风机等；

优点：结构简单、制造容易、运行可靠、维护方便、成本较低。

三相同步电动机工作原理：定子通入三相交流电，将在空间产生旋转磁场，转子通入直流电，将会产生恒定磁场，这是电动机没有转矩，转子不会旋转，靠原动机将转速升高到一定时，转子将追随定子旋转磁场的异性磁极同步旋转。

用途：如大型鼓风机及排风机、泵压缩机、球磨机等

优点：可以调节电网的功率因数。

电机级数的确定：

轴承寿命：一般轴承工作寿命：2~3万小时。

轴承最高温度：滚动轴承：≤80℃，温升≤40℃。

轴承温度规定：

例：当风40000m3/h，全压为1400Pa时，机组MKZII1826电机的确定。

1、通过机组型号和风机型号，用亿利达选型软件确定电机功率及转速（见下图）。

2、通过亿利达软件已确定电机的功率为30KW，转速为1414r/min。因电机转速为1414，为4级，则通过功率和级数确定电机型号为Y2-200L-4。

若电机更换成大功率电机后怎样核算箱体能否放得下？

L1=风机总长度+电机总长度-出轴长度。

L-L1-50≥0.7d，其中d为风机叶轮直径；若满足上式，则更换电机后仍能用原箱体。

电机配用功率：

P= K×Ht×Q/（1000×ηin×ηme） kW

式中：

Ht —全压，Pa；Q —体积流量，m3/s；

ηin —内效率；ηme—机械效率；K—功率储备系数。

机械效率：

电动机直联，机械效率ηme=1；

联轴器直联，机械效率ηme=0.98；

V带传动，机械效率ηme=0.95。

风机在空调箱的计算选型举例：

由上图选型，可知：

风机出风口面积A=0.507×0.507；

风机出风口处的风速υ=11.67；

风机流量Q=A×υ=3m3/s。

由上图选型，可知：

机外静压ESP=250Pa(由顾问或承建商提供)；

机内静压min=307Pa，max=547Pa，avg=427Pa；

（机组内所有零部件的压力总和）

总静压SP=677Pa。

由上图选型，可知：

气体的密度ρ=1.225；

风机出风口处的风速υ=11.67；

动压VP=0.5×ρ×υ2=83.42Pa。

由上图选型，可知：

总静压SP=677Pa；动压VP=83.42Pa；

总压TP=SP+VP=760.42Pa。

风机的有效功率与轴功率之比为风机的效率η，即：

风机的效率反映了风机工作的经济性。后向叶片风机的效率一般在0.8~~0.9之间，前向叶片风机的效率在0.6~~0.65之间。

同一台风机在一定的转速下，当风量和风压改变时，其效率也随之改变，但其中必有一个最高效率点，最高效率时的风量和风压称为最佳工况。

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