風(fēng)機工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)及串、并聯(lián)風(fēng)機的改善作用

賀 婷

（福建省環(huán)境保護設(shè)計院有限公司，福建 福州 350012）

1 管路中靜壓與動壓的作用

風(fēng)機可以為空氣提供克服風(fēng)管阻力所需的能量。風(fēng)機的壓力一般用靜壓、動壓和全壓表示。全壓是靜壓和動壓之和，風(fēng)機提供的全壓是風(fēng)機出口全壓與進口全壓之差。假定風(fēng)管管徑不變，則動壓恒定，風(fēng)管中全壓的變化就是靜壓的變化，風(fēng)機的全壓也等于風(fēng)機的靜壓。針對不同的管道系統(tǒng)，應(yīng)選擇不同風(fēng)壓（全壓）的風(fēng)機以克服管道阻力。

2 風(fēng)機的“自適應(yīng)”調(diào)節(jié)功能

在不同的管路系統(tǒng)中，風(fēng)機進出口的全壓的組成結(jié)構(gòu)會隨之發(fā)生變化，用以適應(yīng)不同的管路阻力，即在管道中的風(fēng)機已經(jīng)“設(shè)定”好了需要輸出多少動壓和多少靜壓。工程中由于設(shè)計、施工等產(chǎn)生的各種不利因素，常常會使得管路阻力往不斷增大的方向變化，而當管阻增大時，風(fēng)機會犧牲一定的流量換取更大的風(fēng)壓，此時風(fēng)速減小，動壓減小，而全壓和靜壓都增大，增大的靜壓用來克服不斷增加的風(fēng)管阻力。因此，風(fēng)機對不同的管路系統(tǒng)具有“自適應(yīng)性”，具體體現(xiàn)為：每條不同的風(fēng)管系統(tǒng)對應(yīng)一條管路特性曲線，每臺不同的風(fēng)機對應(yīng)一條風(fēng)機特性曲線，兩條曲線在同一張流量壓力圖中的交點稱之為“工作點”。當管路特性曲線改變時，工作點隨之偏移，風(fēng)機會調(diào)整自己的工作狀態(tài)至新的工作點，以不同的風(fēng)量和風(fēng)壓來適應(yīng)新的管路系統(tǒng)，即根據(jù)管路的阻力來“設(shè)定”靜壓，根據(jù)風(fēng)量和管徑來“設(shè)定”動壓，達到輸送流體的目的。

在實際工程中，應(yīng)當選擇合適的風(fēng)機，若選的風(fēng)機能力太大，則需要通過增加管路阻力，來實現(xiàn)目標工作點的工作狀態(tài)（一般是以達到輸送所需要的流量為目的），風(fēng)機越大則成本越高。通常，工程中會出現(xiàn)因管道過于復(fù)雜或者過長造成的超出風(fēng)機的輸送能力的情況。相同管路系統(tǒng)中3種不同型號的風(fēng)機如圖1所示，其中①～③分別代表不同型號風(fēng)機。在給定的管路系統(tǒng)中，為克服管路阻力P*達到輸送流量Q*的目的，需使得風(fēng)機的工作點位于（P*，Q*）。假設(shè)風(fēng)機②滿足要求，而風(fēng)機①和風(fēng)機③分別為送風(fēng)能力過大和過小。風(fēng)機能力過大表現(xiàn)為在輸送相同流量Q*的情況下，所能提供風(fēng)壓過大（P1＞P*），此時需要通過改變管路曲線（如增加管路閥門等阻力件）的方式來調(diào)整；風(fēng)機的能力過小表現(xiàn)為在輸送相同流量Q*的情況下，所能提供的風(fēng)壓不足（P2＜P*），此時需要通過改變管路曲線（如放大管徑）的方式來調(diào)整。若不改變管路曲線，則風(fēng)機會通過自身的適應(yīng)性調(diào)節(jié)，比如降低風(fēng)壓提升流量或者調(diào)低流量增大風(fēng)壓的方式來穩(wěn)定工作點，用以達到管路中輸送流體不為零的單一目的（“有風(fēng)輸送”），而這種自身的調(diào)節(jié)方式最終均表現(xiàn)為流量的過大或不足。因此，選擇不合適的風(fēng)機是無法達到實際工程目的的。

圖1 相同管路系統(tǒng)中3種不同型號的風(fēng)機

3 串、并聯(lián)風(fēng)機的工作狀態(tài)及改善作用

當管網(wǎng)阻力較大時，單臺風(fēng)機因輸送能力不夠而不能正常工作時，串聯(lián)或并聯(lián)一個風(fēng)機有利于提升送風(fēng)能力并增加系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。然而，多臺風(fēng)機聯(lián)合運行的實際工作情況與理想情況存在差別，以2臺同型號風(fēng)機為例，風(fēng)機聯(lián)合后的風(fēng)量、風(fēng)壓均可能發(fā)生提升，提升程度受管路特性的影響較大。

串、并聯(lián)風(fēng)機的工作點變化如圖2所示，其中①～③分別代表單風(fēng)機曲線、串聯(lián)風(fēng)機等效工作性能曲線、并聯(lián)風(fēng)機等效工作性能曲線；a、b分別代表不同管路特性系統(tǒng)。串聯(lián)等效風(fēng)機曲線（以下簡稱串聯(lián)風(fēng)機線）與并聯(lián)風(fēng)機等效曲線（以下簡稱并聯(lián)風(fēng)機線）交叉后包圍形成兩塊陰影區(qū)域，分別是左上方的“串聯(lián)有效區(qū)”和右下方的“并聯(lián)有效區(qū)”。管路曲線a與串聯(lián)風(fēng)機線和并聯(lián)風(fēng)機線的交點分別是A、B，兩點均在管路曲線與單風(fēng)機線交點的右上方。同理，管路曲線b下發(fā)生的情況相同，C、D點在管路曲線與單風(fēng)機線的交點的右上方。以上表明，與單臺風(fēng)機運行時相比，串聯(lián)與并聯(lián)均有一定風(fēng)量提升的效果。但當管路特性曲線較陡時，例如a線在壓力流量圖上表現(xiàn)為曲線經(jīng)過“串聯(lián)有效區(qū)”，此時串聯(lián)后的工作點A提供的風(fēng)量QA大于并聯(lián)后的工作點B所提供的風(fēng)量QB（串聯(lián)較優(yōu)）。反之，管路特性曲線較平緩的曲線b，經(jīng)過“并聯(lián)有效區(qū)”時，并聯(lián)后的工作點C提供的風(fēng)量QC大于串聯(lián)后的工作點D所提供的風(fēng)量QD（并聯(lián)較優(yōu)）。

圖2 串、并聯(lián)風(fēng)機的工作點變化

造成上述差異的結(jié)果在于管路特性曲線的不同，即工程項目風(fēng)道系統(tǒng)的阻力特性的不同。當管路特性曲線較陡直，應(yīng)首先考慮選擇采用串聯(lián)風(fēng)機的方式；當管路特性曲線較平緩，應(yīng)首先考慮選擇采用并聯(lián)風(fēng)機的方式。因此，當單臺風(fēng)機因設(shè)計或是施工變更的原因，造成實際工作時表現(xiàn)為流量過小而達不到設(shè)計的要求，此時應(yīng)先進行合理的分析，而后才能對解決方法做出正確的選擇。

不同的風(fēng)管系統(tǒng)對應(yīng)不同的管路特性曲線，曲線方程即：P=sv2。平緩的管路特性曲線，阻力數(shù)s較小，陡直的管路特性曲線，阻力數(shù)s較大。而實際工程中人們無法對系統(tǒng)的阻力數(shù)s的大小做定量的分析和計算，但可以從管路特性曲線和風(fēng)機性能曲線相交的工作點間接地進行定性分析。

風(fēng)機廠家提供的風(fēng)機參數(shù)通常是風(fēng)量和風(fēng)壓的一個區(qū)間，位于該區(qū)間的工作點的風(fēng)機能夠穩(wěn)定且高效率運行。假設(shè)風(fēng)量區(qū)間從小到大為[a，b]，風(fēng)壓區(qū)間從大到小為[x，y]。當實際工程開機運行時實測的風(fēng)量越接近風(fēng)機風(fēng)量區(qū)間的下限a值附近，表明管路阻力線較陡直，此時通過串聯(lián)風(fēng)機能夠明顯提高風(fēng)機組的運行性能；反之，當實際工程開機運行時實測的風(fēng)量越接近風(fēng)機風(fēng)量區(qū)間的上限b值附近，表明管路曲線較平緩，而此時通過并聯(lián)風(fēng)機能夠明顯提高風(fēng)機組的運行性能。若實測風(fēng)量位于區(qū)間中部，則串聯(lián)或并聯(lián)均能起到一定作用。

4 串、并聯(lián)風(fēng)機的選擇

文章以不同型號風(fēng)機的串聯(lián)為例進行說明，如圖3所示，其中①～③分別代表小風(fēng)量風(fēng)機工作性能曲線、大風(fēng)量風(fēng)機工作性能曲線、串聯(lián)風(fēng)機等效工作性能曲線。當2臺不同型號的風(fēng)機串、并聯(lián)，若大風(fēng)量風(fēng)機運轉(zhuǎn)時的送風(fēng)量遠大于小風(fēng)量風(fēng)機的送風(fēng)極限時，串聯(lián)后的等效風(fēng)機曲線有可能變成曲線③的情況。圖中的工作點A是串聯(lián)后可能出現(xiàn)的工作點，該工作點的風(fēng)量QA不在小風(fēng)量風(fēng)機的工作曲線范圍內(nèi)，超出了小風(fēng)機的送風(fēng)能力，那么此時小風(fēng)機在管網(wǎng)中不僅提供風(fēng)壓，反而起到阻力的作用，圖中陰影部分的區(qū)域代表串聯(lián)風(fēng)機送風(fēng)能力小于單臺大風(fēng)量風(fēng)機送風(fēng)能力的范圍。這種區(qū)域存在的原因正是小風(fēng)量風(fēng)機提供的阻力作用。串聯(lián)后的工作點相較于單臺大風(fēng)量風(fēng)機獨立運行時的工作點而言，風(fēng)壓和流量均有不同程度的下降，而總的風(fēng)機功耗卻大于單臺運行時的功耗；而對于單臺小風(fēng)量風(fēng)機，由于其工作能力大大超出正常工作范圍，長此以往將會導(dǎo)致電機產(chǎn)生不同程度的受損。

圖3 不同型號風(fēng)機的串聯(lián)

以上這種情況無論在串聯(lián)風(fēng)機系統(tǒng)還是并聯(lián)風(fēng)機系統(tǒng)，均可能出現(xiàn)，即小風(fēng)量風(fēng)機在管路中提供阻力作用。因此為了實現(xiàn)通過多臺風(fēng)機聯(lián)合運行的方式達到改善輸送能力的目的，應(yīng)盡可能采用相同型號的風(fēng)機。

5 結(jié)束語

（1）單臺風(fēng)機獨立工作于風(fēng)管系統(tǒng)中，若設(shè)計采購的風(fēng)機能力過小或設(shè)計施工變更導(dǎo)致管路系統(tǒng)阻力增加，風(fēng)機通過“自適應(yīng)”的調(diào)節(jié)的結(jié)果均為風(fēng)機風(fēng)量的不足。

（2）在各風(fēng)機型號參數(shù)相近或相同時，多臺風(fēng)機聯(lián)合運行有利于提升風(fēng)機組的輸送能力；而當風(fēng)機型號參數(shù)相差較大時，風(fēng)機聯(lián)合運行可能會出現(xiàn)與預(yù)期相反的結(jié)果。

（3）為提升風(fēng)機的輸送能力，選擇串聯(lián)方式還是并聯(lián)方式，應(yīng)根據(jù)風(fēng)管系統(tǒng)的管路特性曲線或?qū)嶋H風(fēng)機的工作點位置來分析判斷。

（4）選擇多風(fēng)機聯(lián)合運行的方式來改善輸送性能，會發(fā)生多種情況，分析過程也相對煩瑣。對此，應(yīng)從設(shè)計環(huán)節(jié)嚴格把關(guān)，對設(shè)計的風(fēng)機風(fēng)壓留有合適的裕量，這樣才可以避免發(fā)生因施工中不可預(yù)估的變化造成調(diào)試階段的風(fēng)壓不足，最終導(dǎo)致流量過小的現(xiàn)象。