实验四
轴流式风机风室性能实验

建议学时：4

实验类型：验证

实验要求：必做

一、实验目的

学会通风机主要工作参数、风量Q、风压P、轴功率N、转速n（从而计算效率η）的实验测定方法，通过实验得出轴流式风机的特性曲线（包括P-Q曲线、P _st -Q曲线、N-Q曲线、η-Q曲线）。

二、实验要求

学会测定通风机的主要工作参数，通过测定数据，学会整理实验数据以及计算通风机的风量、风压、功率、效率，并能够绘出轴流式风机的特性曲线图（包括P-Q曲线、P _st -Q曲线、N-Q曲线、η-Q曲线）。

三、实验装置与实验原理

根据国家标准GB1236—2000 设计并制作了本实验装置，本实验采用C型装置—管道进口和自由出口实验法。流量测量采用毕托管测定法。装置如图 4.1 所示。

空气经过调节风阀2进入风管，在整流格栅4后部用毕托管和微压计测试管内静压P _e3 及动压ΔP _j ，用温度传感器8测量3断面温度t ₃ ，用温度传感器10测量2断面温度t ₂ ，用大气压计18测量大气压力P _a ，然后计算得出断面平均流速V和风量Q，通风机进口压力p ₁ 、通风机出口压力p ₂ 、通风机压力P _FC 、容积流量、通风机空气功率等。

用平衡电机 13 及平衡电机力臂测定轴功率N。

风机效率η由测定的流量Q、风压P和轴功率N用公式计算得出。

本实验台基准马赫数小于 0.15 和压比小于 1.02，根据国家标准GB1236—2000 规定，流经通风机和试验风道的空气可以看作是不可压缩的：

实验风管内的温度可以测量，且

可求试验条件下的通风机性能。

1.用毕托静压管测定质量流量

式中：p ₃ ——流量测量断面处的静压，Pa；

p _e3 ——流量测量断面处的表压，Pa；

P _a ——测试地点的大气压力，Pa。

为了测定风量Q，将风管断面分成等面积的圆环，测定各圆环的静压P _e3 及动压ΔP _j ，测点位置如图 4.2 所示。

本实验风管直径为 400 mm，分 4 个圆环测定 4 个点的动压ΔP _j 。

当手动采集时，将测得的动压按下式求平均值：

计算机数据采集时，分别将 4 个毕托管的滞止压力并联在一起，把 4 个静压并联在一起，然后接到差压传感器 7 和 6上，以测量P _e3 及动压ΔP _m 。

式中：R _W ——湿气体的气体常数，可取R _w = 288 J/ （K·mol）；

κ——等熵指数，对大气，κ=1.4。

质量流量q _m 按下式确定：

式中：ε——膨胀系数，ε = ；

α——流量系数，系数取决于雷诺数，它由该截面直径D _x 和平均速度v _mx 导出，如：

本设备x=3，即本设备的测试断面 3 处：

对空气一般取α= 0.99 即可，见表 4.1。

2.通风机进口压力

式中：（ζ _3-1 ） ₃ = -Λ ；Λ= 0.14 （R _eDh3 ）-0.17；R _eDh3 = ，当用于标准空气中时：R _eDh3 = 。

因为F _M3 =F _M2 =F _{M1 ，}

式中，p _e3 和（ζ _3-1 ） ₃ 为负值。

或

3.通风机出口压力

通风机出口静压p ₂ 等于大气压p _a ，即

4.通风机压力

通风机压力p _FC 和通风机静压p _sFC 可按下式求得：

5.容积流量计算

在进口滞止条件下，有

6.通风机空气功率的计算

7.通风机效率的计算

由通风机单位质量静功y来计算通风机静空气功率和静效率：

通风机静空气功率：

供给通风机轴的机械功率用平衡电机测定：

式中：P _a ——轴功率，kW；

n——风机转速，r/ min；

L——平衡电机力臂长度，m；

G——风机运转时的平衡重力，N；

G ₀ ——风机停机时的平衡重力，N。

通风机轴效率：

四、实验步骤

①按实验数据记录表（表 4.2）的要求记录实验常数和仪器常数。

②按实验装置图（图 4.1）接好各个实验设备和测试仪器（电源、微压计或压力传感器、毕托管测压系统或压力传感器、温度测量系统、平衡电机系统等）。

③将调节阀门调至全开状态，启动电机，运行稳定后记录各项实验数据。

④逐渐关小阀门开度，每调节一次阀门称为一个工况，记录每个工况所有的实验数据，至少要做 7 ~8 个工况。

⑤更换叶轮（每个叶轮的出口构造角β ₂ 是不同的），重复步骤①、②、③、④测得另一种叶轮出口构造角的风机特性曲线。

五、实验数据记录及实验结果整理

①在实验过程中按表 4.3 记录各项实验数据。

②按表 4.4 对实验数据进行整理和计算（计算公式已在实验装置与实验原理中列出）。

③将整理过的数据绘制成p _FC -q _{Vs g1} 、P _a -q _{Vs g1} 和η-q _{Vs g1} 曲线。

六、思考题

①试根据实验结果指出该风机的额定工况和风机最佳工作区。

②用风机相似率换算该型号 5#风机，1 450 r/ min时的特性曲线。

③根据特性曲线绘制该风机系列的无因次特性曲线（即 曲线、 曲线和 曲线）。

七、注意事项

轴流式风机的特点是风量越小，轴功率越大，本实验不做关闭阀门的工况点，更不要在关闭阀门时启动电机，以防电机过载而烧坏。

[附 1]坐标纸

[附 2]巡检仪通道设置

第 1—6 通道二级参数设置：按SET键，在PV视窗显示CLK，SV视窗显示 132 的情况下，同时按下SET键和▲键 30 s，进入二级参数设定：