闺4t前歳羽式
（a）平直前盘（b）锥形前盘（c）弧形前盘
图4-1前盘形式
2.
另一种是用吸集流器的作用
集流器
将气体引入叶轮的方式有两种，一种是从大气直接吸气，称为自由进气；
风管或进气箱进气。
不管哪一种进气方式，都需要在叶轮前装置进口集流器。
是保证气流能均匀地分布在叶轮入口断面，达到进口所要求的速度值，并在气流损失最小的
情况下进入叶轮。
集流器形式有圆柱形，圆锥形，弧形，锥柱形和锥弧形等，如图4-2所示。
弧形，锥弧形性能好，被大型风机所采用以提高风机效率，高效风机基本上都采用锥弧形集
（a）
流器。
（a）圆柱形（b）圆锥形（c）弧形（d）锥柱形（e）锥弧形
图4-2集流器形式
3.涡壳
涡壳作用是汇集叶轮出口气流并引向风机出口，与此同时将气流的一部分动能转化为压
能。
涡壳外形以对数螺旋线或阿基米德螺旋线最佳，具有最高效率。
涡壳轴面为矩形，并且宽度不变。
涡壳出口处气流速度仍然很大，为了有效利用气流的能量，在涡壳出口装扩压器，由于涡壳出口气流受惯性作用向叶轮旋转方向偏斜，因此扩压器一般作成沿偏斜方向扩大，其扩
散角通常为6。
〜8。
，如图4-3所示。
离心风机涡壳出口部位有舌状结构，一般称为涡舌（图4-3）。
涡舌可以防止气体在机
壳内循环流动。
一般有涡舌的风机效率，压力均高于无舌的风机。
4.进气箱
气流进入集流器有三种方式。
一种是自由进气；另一种是吸风管进气，该方式要求保证
足够长的轴向吸风管长度；再一种是进气箱进气，当吸风管在进口前需设弯管变向时，要求
所示。
进气箱的形状和尺寸将影响风机的性能，其形状和尺寸有一定要求。
（1）进气箱的过流断面应是逐渐收缩的，进风口齐平，防止出现台阶而产生涡流（见图
为了使进气箱给风机提供良好的进气条件，对
使气流被加速后进入集流器。
进气箱底部应与
4-4）。
在集流器前装设进气箱进气，以取代弯管进气，可以改善进风的气流状况。
进风箱见图4-4
（2）进气箱进口断面面积Ain与叶轮进口断面面积A。
之比不能太小，太小会使风机压力
和效率显著下降，一般Ain/A<1.5;最好应为An/A°=1.25〜2.0（见图4-4）。
（3）进风箱与风机出风口的相对位置以90。
为最佳，即进气箱与出风口呈正交，而当两
者平行呈180。
时，气流状况最差。
5.入口导叶
在离心式风机叶轮前的进口附近，设置一组可调节转角的导叶（静导叶），以进行风机
运行的流量调节。
这种导叶称为入口导叶或入口导流器，或前导叶。
常见的入口导叶有轴向
导流器和简易导流器两种，如图4-5所示。
入口导叶调节方式在离心风机中有广泛的应用。
图4-5离心式风机的入口导流器
（a）轴向导流器结构示意图（b）简易导流器结构示意图
1入口导叶2叶轮进口风筒3入口导叶转轴4导叶操作机构
四、离心风机结构型式
离心风机一般采用单级单吸或单级双吸叶轮，且机组呈卧式布置。
图4-6所示为4-13.2
（工程单位制为4-73）—11血16D型高效风机。
该风机为后弯式机翼型叶片，其最高效率可
达93%风量为17000〜68000卅巾，风压为600〜7000Pa，叶轮前盘采用弧形。
风机进风口前装有导流器，可进行入口导流器调节。
根据风机使用条件的要求不同，离心风机的出风口方向，规定了“左”或“右”的回转方向，每一回转方向分别有8种不同出风口位置，如图4-7所示。
另可补充15。
、30。
、60。
、75。
、105。
、120。
……角度。
使气流
由于轴流式风机（包括轴流式泵）具有较大的轮彀，故可以在轮彀内装设动叶调节机构。
动叶调节机构有液压式调节和机械式调节两种类型。
该机构可以调节叶轮叶片的安装角，进
行风机运行工况调节。
目前，国内外大型轴流风机与轴流泵都已实现了动叶可调。
导叶是轴流式风机的重要部件，它可调整气流通过叶轮前或叶轮后的流动方向，
图4-9轴流泵与风机的基本型式
（a）单个叶轮机（b）单个叶轮后设置导叶（c）单个叶轮前设置导叶
（d）单个叶轮前、后均设置导叶
以最小的损失获得最大的能量；对于叶轮后的导叶，还有将旋转运动的动能转换为压能的作
用。
导叶设置如图4-9所示。
叶轮后设置导叶称后导叶。
后导叶设置在轴流风机和轴流泵中
普遍采用。
叶轮前设置导叶称为前导叶。
目前，中、小型轴流风机常采用前导叶装置。
在叶轮前后均设置导叶是以上两种型式的综合，可转动的前导叶还可进行工况调节。
这种型式虽
然工作效果好，但结构复杂，仅适用于轴流风机。
第二节离心风机性能曲线
离心风机性能曲线，即压力p、效率、功率N与流量Q的关系曲线，与离心泵性能
曲线的理论定性分析和实测性能曲线的讨论是完全类似的。
但是，由于流体的物理性质的差
异，使得在实际应用中，离心风机的性能曲线与水泵有所不同。
如离心风机的静压、静压效率曲线，离心风机的无量纲性能曲线，都在风机中有重要的应用。
一、风机的全压与静压性能曲线
1、风机的全压、静压和动压
水泵扬程计算式是根据水泵进出口的能量关系，对单位重量液体所获得的能量建立的
关系式，即
22
对于水泵，（Z2-Z1）+v2乞
2g
一臼。
故在应用中，水泵的扬程即全压等于静压,
g
22
H=“）+W"（m）
也就是水泵单位重量液体获得的总能量可用压能表示。
建立风机进出口的能量关系式，同气体的位能g（Z2-Z1）可以忽略，得到单位容积气
体所获能量的表达式，即
PP2Pl
22
（Pst2—v2）-（Psh~2vi）（N/m2）
（4
—1）
即风机全压p等于风机出口全压
P2与进口全压P1之差。
风机进出口全压分别等于各自的静
压Pst
-v22之和。
式
（1）适用于风机进出口不直接通大气（即配置
2
有吸风管和压风管）的情况下，风机性能试验的全压计算公式。
该系统称为风机的进出口联合实验装置，是风机性能试验所采用的三种不同实验装置之一。
风机的全压P是由静压pst和动压Pd两部分组成。
离心风机全压值上限仅为1500mm
（14710Pa），而出口流速可达30m/s左右；且流量Q（即出口流速v2）越大，全压p就越小。
因此，风机出口动压不能忽略，即全压不等于静压。
例如，当送风管路动压全部损失（即
出口损失）的情况下，管路只能依靠静压工作。
为此，离心风机引入了全压、静压和动压的概念。
风机的动压定义为风机出口动压，即
12
PdPd2V2（N/m2）（4—2）
风机的静压定义为风压的全压减去出口动压，即
12,12
PstPPd2PV2Pst2Pst1V1（N/m）（4—3）
风机的全压等于风机的静压与动压之和，即
PPstPd2（N/m）（4—4）
以上定义的风机全压P,静压pst和动压pd2,不但都有明确的物理意义；而且也是进行风
机性能试验，表示风机性能参数的依据。
2、风机的性能曲线
从上述各风压的概念出发，按照性能曲线的一般表示方法，风机应具有5条性能曲线。
（1）全压与流量关系曲线（pQ曲线）;
（2）静压与流量关系曲线（pstQ曲线）；（3）轴功率与流量关系曲线（NQ曲线）；（4）全压效率与流量关系曲线（Q曲线）；（5）静压效率与流量关系曲线（stQ曲线）o5条性能曲线中，PstQ曲线与stQ曲线是有别于水泵的两条性能曲线。
全压效率计算方法同水泵，即
PQ
=Nu/N（4—5）
1000N
式中：
p—全压（N/m）；Q—流量（m/s）；N—轴功率（KV）
静压效率st定义为风机的静压有效功率与风机的轴功率之比，即
离心风机性能曲线如图
4—10所示。
*舞
aIQ
20
/II
图4—10典型后向叶轮离心通风机的性能曲线图4—115-48型离心通风机的无量纲性能曲线
二、风机无量纲性能曲线
1.风机的无量纲性能系数
圆盘面积A2
D22
。
分别对上面
3个定律的表达式进行无量纲化，并考虑到
、u2、禾口
根据泵与风机的相似定律，与某一风机保持工况相似的任一风机（其性能参数均以下标
“m”表示），在效率相等（m）的条件下，相似三定律可分别表示为
Q
3n
（4-7）
Qm
nm
2
P
2n
（4-8）
pm
nmm
3
N
5n
（4-9）
Nm
nmm
A2的关系，得到风机的无量纲性能系数。
（1）流量系数Q
由流量相似定律表达式（4-7）有
两端同除后写为
460
Q
2
D2D2n
460
Qm
460
最后可得流量系数，这是一个与流量有关的无量纲数，即
P
D2n
pm
D2mnm
60
60
（2）压力系数p
由压力相似定律表达式（4-8）有
PPm
F"22~~2
D2nmD2mnm
2
两端同除—后写为
60
最后可得压力系数，这是一个与压力有关的无量纲数，即
P比常量（4-11）
U2mU2m
式（4-11）表明，工况相似的风机，其压力系数应该相等，且是一个常量。
压力系数大，则风机的压力也高。
压力系数也是风机型号编制的依据之一。
（3）功率系数N
由功率相似定律表达式（4-9）有
NNm
5353
D2nmD2m门皿
3
两端同除后写为
460
N
U2A2
Nm
3
mu2m
常量
A?
m
（4-12）
最后可得功率系数，这是一个与功率有关的无量纲数，即
式（4-12）表明，工况相似的风机，其功率系数应该相等，且是一个常量。
功率系数大，则风机的功率也大。
（4）效率
效率本身就是一个无量纲数，根据上述关系有
pQ
2~
（4-13）
一pQu2U2A2pQ
NNN
U2A2
即效率就是无量纲的效率系数。
2•风机的无量纲性能曲线
因此凡是相似的风机，不论其尺寸
K，它们的无量纲参数都相等。
对
当采用无量纲系数表示时，该系列
无量纲性能参数Q、p、N也是相似特征数，
的大小，转速的高低和流体密度的大小，在对应的工况点
于一系列的相似风机，每台风机都具有各自的性能曲线。
所有对应工况点将重合为一个无量纲工况点，该系列所有对应性能曲线将重合为一条无量纲
性能曲线。
因此，对于系列相似风机的性能，可用一组无量纲性能曲线表示。
图4-11是5-48型风机的无量纲性能曲线。
该曲线表示该型号中，几何相似，但大小与转速都不相同的一系列风机（即不同的机号）的无量纲性能曲线。
目前，国产离心风机的产品样本，都采用了无量纲性能曲线表示某一型号系列相似风机
（不同机号）的共性。
无量纲性能曲线不仅是为了减少风机性能图的数量以简化表示，而且
还便于对不同特性的各种系列风机进行比较和选型。
无量纲性能参数与无量纲性能曲线，在理论上也适用与水泵，但是由于水泵的种类繁多，
水泵本身还存在汽蚀问题，因此水泵不采用无量纲性能曲线。
三、风机性能参数计算
1.风机性能参数与无量纲性能参数
无量纲参数都是几个性能参数的无量纲组合，同一无量纲参数可以由这些性能参数的不
同组合而成。
因此，相似系列风机的对应工况点虽然具有同一无量纲参数，但是，这些点的性能参数并不相同。
利用无量纲性能曲线选择风机和对风机性能参数的校核，都需根据无量纲参数和风机转速n，叶轮直径D2，计算风机的风量，全压和功率。
仍然采用无量纲参数
Q、p、N的表达式，并考虑叶轮圆盘面积A2和叶轮出口牵连速度U2的关系，可得风量、
全压和功率的计算式。
_门d3_
Qu2A2QQ（m3/s）（4-14）
24.3
2•非标准状态与标准状态的性能参数变换
P20101.3KPa，温度
风机性能参数风压是指在标准状态下的全压。
标准状态是压力
t20C,相对湿度50%的大气状态。
一般风机的进气不是标准状态，而是任一非标
准状态，两种状态下的空气物性参数不同。
空气密度的变化将使标准状态下的风机全压也随
之变化，在非标准状态下应用风机性能曲线时，必须进行参数变换。
相似定律表明，当一台风机进气状态变化时，其相似条件满足1即D2D2m、
nnm、
m此时相似三定律为
QdP
1;
Qmpm
N
mNm
m
（4-17）
若标准进气状态的风机全压为p20,空气密度为20;非标准状态下的空气密度为
风机全压为p，则全压关系有
般风机的进气状态就是当地的大气状态，根据理想气体状态方程pRT有
利用此式，可将使用条件
Pa,T下的风机全压
P,变换为标准进气状态
P20,T20下的风机
将式（4-19）代入式（4-18）可得
全压P20。
第三节风机比转数
风机比转数在风机的选型中有重要作用，特别是对于种类繁多的离心风机无量纲性能曲
线的选型更为方便。
风机比转数的概念同水泵比转数，比转数在应用中的意义也相同。
风机比转数的计算公式为
式中：
n—转速（rpm）;Q—流量（m2/s）；p20—标准状态下的风机全压（mmH20）。
目前，风机型号编制中的比转数，就是按式（4-21）和规定单位计算的结果。
风机比转
数ns是对单个叶轮而言的，对于多级（级数为i）风机和双吸风机，其比转数分别为
数。
另外，比转数ns的大小还与计算采用的单位有关，以下就这些问题分别进行讨论。
（1）非标准状态工作的比转数
比转数的风压p20是标准状态进气时的全压。
当为非标准状态进气时，应按式（4-18）
计算风机在实际工作状态下的比转数，即
njQ
ns34
1.2卫
0.872
34
P
（4-24）
比转数也是风机的基本性能参数之一。
前面对于性能参数的有关讨论也同样适用于比转
式中的标准状态空气密度01.2Kg/m3。
（2）风机比转数与单位制
比转数是一个有量纲的性能参数，所以按式（4-21）计算的风机比转数的值与各物理量
的单位有关，当转速n的单位（rpm）和流量的单位（Q3/s）保持不变时，比转数ns的值仅与
全压P20的单位有关。
我国风机型号编制中的ns值，就是P20采用工程单位制的结果，其单
位是kgf/m2或mmH2o。
当P20采用国际单位制时，Q值也随之改变。
风机全压p20采用国际单位制时应为N/m注意到1kgf/m2=9.8N/m2=9.8mmH2o，则比转
ns
当风机全压采用国际单位制
ns
Q
MX
P20
（N/m2）时，比转数还应满足式（4-25）的关系，则有
Q
8234
P20
（4-26）
（4-27）
数变为
机，比转数73是采用工程单位制计算的取值结果，当p20采用国际单位制时，比转数变为
13.21，按风机型号编制方法应为4-13型风机。
（3）无量纲性能参数与比转数
利用风机的无量纲性能曲线时，若能直接采用无量纲性能参数计算比转数将是很方便的。
为此，应将比转数公式，即式（4-21）中的参数用无量纲性能参数表示。
则有
即利用风机的无量纲性能参数计算比转数时，采用工程单位制的ns值比国际单位制大82倍°
如4-73型风机在设计工况max93%下的无量纲性能参数Q=0.230、p=0.437,则按式
（4-27）计算的比转数ns=73.2°
第四节风机工况调节及运行
1.风机装置工况
与求解水泵装置工况的方法相同，图解风机装置工况仍然是目前普遍采用的方法。
风机
P—Q性能曲线表示风机给单位容积气体提供的能量与流量的关系；管路P—Q性能曲线表
示管道系统单位容积气体流动所需要的能量与流量的关系，这是两条曲线的不同概念。
但是,
对风机装置来说，两条曲线又相互联系、相互制约，装置工况即是风机与管路的质量平衡结果；也是风机与管路的能量平衡结果。
1、风机装置的管路性能曲线
风机管路系统是指风机装置中除风机以外的全部管路及附件、吸入装置、排出装置的总
和。
风机管路性能曲线是指单位容积气体从吸入空间经管路及附件送至压出空间所需要的总能量Pc（即全压）与管路系统输送流量Q的关系曲线。
一般吸入空间及压出空间均为大气,
且气体位能通常忽略，则管路性能曲线的数学表达式为
（4-28）
2
PcSpQ（N/就）
图4-12
系中是一条通过原点的二次抛物线。
全压p表示风机提供的总能量，但是用于克服管路系统阻力的损失能量只能是全压中静压能量。
因此，风机装置工况的确定，有时需要用风机的静压与流量关系（PstQ）曲线来确定相应的装置工况。
此时，风机装置将出现全压工况点N和静
压工况点M，如图4-12所示，这是意义不同的两个工况点。
2、无量纲管路性能曲线离心风机的性能曲线通常采用无量纲性能曲线表示（见图4-11）,所以求解装置工况需要采用与之相应的无量纲管路性能曲线。
为此，需对管路性能曲线的方程式无量纲化，利用无量纲性能曲线同样可图解风机装置工况。
同风机的压力系数P
一P与同风机的流量系数
U2
SpA
项用
表示，则上式
对式（4-28）进行无量纲化，有
Pc
（4-29）
可写为
式中—也是一个无量纲系数，若采用基本量纲进行量纲分析，其量纲为
Sp
ML3|4
~7L
其有与风机相同的无量纲系数Re、
L7M
式（4-29）就是管路无量纲性能曲线的数学表达式,
Q和管路无量纲系数一。
可以看出，式（4-29）表示的管路无量纲性能曲线，在辰Q坐
标系中仍然是一条通过原点的二次抛物线。
利用无量纲性能曲线同样可以图解风机装置工况，图解所得无量纲性能参数同样可以转换为实际性能参数。
二、风机工况调节
与水泵工况调节相类似，风机工况调节也可分为非变速调节与变速调节两种方式。
在非
变速调节中，又分为节流调节、分流调节、离心风机的前导叶轮调节，轴流风机的动叶调节等不同方法。
1.风机入口节流调节
利用风机进口前设置的节流装置来调节流量的方法，称为入口节流调节。
因为节流增加了管路阻力，所以也改变了管路性能曲线。
同时，由于入口节流装置一般安装在风机进口前部位，节流时其断面速度非均匀分布，直接影响到叶轮进口的正常速度分布，因此也改变了
风机的性能曲线。
节流调节后的装置工况，则由变化后的两条性能曲线决定，如图4-13
所示。
风机装置原工况点为M，流量Qm；采用节流调节后流量减小为Qa,其工况点为A，调节
损失能量日！
。
若采用出口节流调节，则工况点
应为A，能量损失为H2。
由于比＜H2,
所以入口节流调节适用于小型风机的调节。
入口节流调节除了改变叶轮进的速度分布之外，同时还降低了叶轮进口部位的压力，对于水泵增加了汽蚀的危险性，因此水泵不采用这种调节方法。
图4-13
2.风机入口导流器调节
入口导流器调节是离心风机采用的一种主要调节方法，入口导流器及设置仍见图（4-5）
所示。
通常把导流器及进气箱都作为离心风机的一个组成部分，利用改变入口叶轮的安装角
，来改变风机的性能曲线并改变风机装置工况，达到风机流量调节的目的。
入口导流器调节的工作原理表明，当入口导叶的安装角=0°时，入口导叶对叶轮进口气
流基本上无作用，仍保持径向流入状态（即C1u0）。
当＞0时，入口导叶将使气流的进
口绝对速度产生圆周切向分量（即C1u0）,不再保持径向流入状态。
入口导叶对进口气
流的这种作用称为“预旋”。
由叶片式泵与风机的基本方程式p（u2C2uu1C1u）
可知，当=0°时，pu2C2u；当>0°时，p（u2C2uu1C1u），即预旋将使全压减
小，导致风机P—Q曲线变陡。
由装置工况分析可知，入口导流器调节的经济性要好于出口节流调节。
当离心风机的调节流量较小时，采用入口导流器调节的经济性与变速调节的经济性相当。
同时，入口导流器构造简单尺寸小，投资低；调节运行可靠、方便，维修简单。
因此入口导流器调节方法在离心风机中有广泛的应用。
与入口节流调节的分析相同，水泵很少采用入口导叶调节这种方式。
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