小型風(fēng)機(jī)氣流特性測試技術(shù)的研究
鄔顯光
(蘇州斯奧克微電機(jī)制造有限公司，江蘇蘇州215104)
O引言
小型風(fēng)機(jī)(一般指葉輪直徑小于500mm、輸入功率小于750 w、****風(fēng)量為70m3/min、****靜壓為900Pa的風(fēng)機(jī)，以下簡稱風(fēng)機(jī))在電子工業(yè)自動化技術(shù)、軍用電子設(shè)備、空調(diào)凈化設(shè)備、辦公室自動化系統(tǒng)和醫(yī)療等系統(tǒng)中使用越來越，廣泛，它適用于各種設(shè)備的通風(fēng)、凈化及各種電子設(shè)備的強(qiáng)迫通風(fēng)散熱，其使用范圍遍及海、陸、空等領(lǐng)域，其需求量大、需求面廣，是一種極有生命力和前途的微電機(jī)產(chǎn)品。
風(fēng)機(jī)的氣流特性是風(fēng)機(jī)的主要性能指標(biāo)，它是風(fēng)機(jī)在額定電壓(或額定頻率下)工作時風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的靜壓Pst和產(chǎn)生的風(fēng)量Q之間變化關(guān)系曲線，典型的軸流風(fēng)機(jī)氣流特性曲線如圖1所示，其曲線和縱橫坐標(biāo)的交點(diǎn)即為風(fēng)機(jī)的****靜壓Pstmax和風(fēng)機(jī)的****風(fēng)量Qmax，通常在風(fēng)機(jī)制造廠的產(chǎn)品樣本和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中均規(guī)定了兩個數(shù)值的額定值。
然而實際的風(fēng)機(jī)在某一系統(tǒng)中的工作點(diǎn)應(yīng)是由該系統(tǒng)的阻抗曲線和風(fēng)機(jī)氣流特性曲線共同決定。圖1為系統(tǒng)A和系統(tǒng)B的阻抗曲線，其實風(fēng)機(jī)在系統(tǒng)A和B中，工作點(diǎn)即為A和B，分別產(chǎn)生靜PA、PB，風(fēng)量是QA和QB，顯然由圖l知系統(tǒng)A的阻抗比系統(tǒng)B來得大。根據(jù)國外文獻(xiàn)的介紹，風(fēng)機(jī)****運(yùn)行點(diǎn)約在百分之六十～百分之七十五QMAX附近，屆時可得到風(fēng)機(jī)的****效率和最小噪聲，因此準(zhǔn)確地測試風(fēng)機(jī)的氣流特性曲線對風(fēng)機(jī)制造廠和用戶是至關(guān)重要的，它反映了風(fēng)機(jī)的技術(shù)水平，并提供用戶選擇使用風(fēng)機(jī)的參考。
本文著重闡述小型風(fēng)機(jī)氣流特性測試的兩種方法，并進(jìn)行比較和分析。
1進(jìn)氣風(fēng)管測試和裝置
該測試方法由GB2658培1《小型工頻軸流風(fēng)機(jī)》中進(jìn)氣實驗裝置決定，該測試標(biāo)準(zhǔn)引用GBl236—76通風(fēng)機(jī)性能實驗方法中進(jìn)氣實驗裝置的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我國小型風(fēng)機(jī)從開始生產(chǎn)到目前一直使用這種測試方法，采用這種測試方法時對應(yīng)不同的風(fēng)機(jī)號(即風(fēng)機(jī)直徑)必須設(shè)計和制造相應(yīng)的風(fēng)管，因此對具有十幾種風(fēng)機(jī)號的系列來講，就要具備十幾個這樣的風(fēng)管實驗裝置，顯然比較累贅。另外這種測試裝置具有不可避免的缺點(diǎn)，由于風(fēng)管的直徑較小(****的不超過300㈣)，因此在其風(fēng)管中阻力系數(shù)過大，實際測量得的Pstmax就會降低。由于在GB2658—8l標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定進(jìn)氣風(fēng)管的流量系數(shù)均為0．99，實際上由于風(fēng)管中阻力系數(shù)，其實際值達(dá)不到O．99，因此根據(jù)此流量系數(shù)計算出來的Qmax值一般要偏大，另外一個致命的缺點(diǎn)是由于風(fēng)管內(nèi)部不可避免地存在著阻力，因此用這種風(fēng)管測試時不可能測到靜壓為零時的****風(fēng)量Qmax，傳統(tǒng)的做法是如圖2中，風(fēng)機(jī)在測試全開點(diǎn)中計算出來的A點(diǎn)坐標(biāo)為(Pst，Qmax)要用人工的方法進(jìn)行處理，使其延長到橫坐標(biāo)便獲得Pst=0時****風(fēng)量Qmax。
除了Pstmax,Qmax的確切值外，其氣流特性曲線的中間部分，即用戶使用風(fēng)機(jī)的曲線部分測試的結(jié)果和國外樣本上所見的藍(lán)線有較大的差異。最后是用本裝置需要人工采集數(shù)據(jù)、人工控制工況點(diǎn)、手工計算結(jié)果和繪制氣流特性益線，帶來了繁重的工作量和不必要的誤差。
2出氣風(fēng)室測試方法和裝置
出氣風(fēng)室測試裝置按美國空氣動力和調(diào)節(jié)協(xié)會(AMcA)2lO一74標(biāo)準(zhǔn)“風(fēng)機(jī)性能試驗的試驗方法”中“風(fēng)室中裝有多噴嘴的出氣風(fēng)室裝置”來進(jìn)行風(fēng)機(jī)氣流特性測試。該測試裝置已在世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家如美國、德國、法國和日本生產(chǎn)風(fēng)機(jī)的公司普遍采用，并公認(rèn)是目前風(fēng)機(jī)氣流特性測試領(lǐng)域中最可信賴的。下面介紹該風(fēng)室的特點(diǎn)(如圖3所示)。
(1)該風(fēng)室內(nèi)徑為1600 mm，因此截面較大，風(fēng)室內(nèi)部阻力系數(shù)很小，并且由于內(nèi)部有六層通流面積不等的整流網(wǎng)，因此風(fēng)室內(nèi)的氣流遠(yuǎn)比風(fēng)管要均勻的多，因此在風(fēng)室中測量靜壓校準(zhǔn)。另外在風(fēng)室中設(shè)有15個大噴嘴，3個小噴嘴，通過不同的噴嘴組合來實現(xiàn)相當(dāng)寬度風(fēng)量范圍的不同要求，即用這個裝置可以滿足所有風(fēng)機(jī)的氣流特性范圍：風(fēng)機(jī)的****風(fēng)量O．6～70 m5／min，風(fēng)機(jī)的****靜壓20～900 Pa，風(fēng)機(jī)的風(fēng)葉直徑不超過500 mm，測試風(fēng)機(jī)對象可為軸流、離心和貫流式風(fēng)機(jī)。
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