风机现场性能测试计算表
Selected 风机, 性能.
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| 风机现场性能测试计算表 —— 使用说明 | ||
| 用途 | 依据 GB/T 10178-2006《工业通风机 现场性能试验》(等同 ISO 5802)对现场安装的工业通风机进行性能测试计算:由皮托管动压、进出口静压、转速、电功率等测量数据,计算体积流量、风机全压/静压、轴功率、全压/静压效率,并按相似定律换算到规定转速和规定密度下的性能。 | |
| 标准依据 | GB/T 10178-2006 / ISO 5802 现场性能试验;GB/T 1236-2017 / ISO 5801 工业通风机性能试验;AMCA 210(压缩性修正系数 k_p 形式);Magnus 公式(饱和蒸汽压)。 | |
| 颜色规则 | 浅黄色单元格 = 输入数据(可修改);浅蓝色单元格 = 公式自动计算(勿改);深蓝底白字 = 表头/标题。 | |
| 使用方法 | ① 在【测试输入数据】表填入环境条件、几何参数、传动参数、规定换算条件和各工况测量值(黄色区域);② 其余各表自动重算,得到物性、流量、压力、功率、效率及换算结果;③ 【结果汇总】表自动生成实测与换算后结果表及性能曲线图。 | |
| 工作表结构 | 测试输入数据 → 物性与流量计算 → 压力功率效率计算 → 相似换算 → 结果汇总(含图表);【计算参数示意图】为测试布置、测点布置、压力定义示意;【公式汇总表】列出全部计算公式及符号。 | |
| 注意事项 | ① 压力单位统一为 Pa(表压),大气压为 kPa;② 平均动压 p̄d 为各测点动压的均方根平均值(非算术平均);③ 皮托管系数 ξ:标准皮托管取 1.00,需按标定证书修正;④ 传动效率 η_dr:直联取 1.00,三角皮带取 0.95~0.98;⑤ 压缩性修正系数 k_p 适用于压比 r>1 的风机出口管道工况,低压风机(r<1.02)k_p≈0.99~1.00;⑥ 若改变工况数量,需同步扩展各计算表的行/列公式。 | |
| 算例说明 | 本表内置 6 个工况的示例数据(离心风机,出口测试管径 0.56 m,约 13000~24000 m³/h),实测转速 1445~1452 r/min,换算至 1450 r/min、ρ=1.2 kg/m³。 | |
| 测试输入数据(黄色单元格可修改) | ||||||
| 一、环境与大气条件 | ||||||
| 大气压 p_a (kPa) | 101.325 | |||||
| 风机进口空气温度 t_1 (℃) | 32.0 | |||||
| 相对湿度 φ (%) | 65.0 | |||||
| 二、几何参数 | ||||||
| 出口测试管道直径 D_t (m) | 0.5600 | |||||
| 风机进口法兰面积 A_1 (m²) | 0.6362 | |||||
| 风机出口法兰面积 A_2 (m²) | 0.4072 | |||||
| 皮托管系数 ξ (-) | 1.00 | |||||
| 三、传动参数 | ||||||
| 电机效率 η_mot (-) | 0.940 | |||||
| 传动效率 η_dr (-) | 0.980 | |||||
| 四、规定换算条件(相似换算目标) | ||||||
| 规定转速 n_r (r/min) | 1450 | |||||
| 规定密度 ρ_r (kg/m³) | 1.200 | |||||
| 五、各工况测量数据(工况1为最大流量,逐次节流) | ||||||
| 工况编号 | 转速 n
(r/min) |
测试管平均动压 p̄d
(Pa) |
风机进口静压 p_s1
(Pa) |
风机出口静压 p_s2
(Pa) |
风机出口温度 t_2
(℃) |
电机输入功率 P_e
(kW) |
| 工况1 | 1452.0 | 405.0 | -1580.0 | 450.0 | 35.5 | 19.80 |
| 工况2 | 1450.0 | 335.0 | -1700.0 | 458.0 | 35.0 | 18.20 |
| 工况3 | 1448.0 | 271.0 | -1800.0 | 462.0 | 34.6 | 16.80 |
| 工况4 | 1447.0 | 214.0 | -1880.0 | 464.0 | 34.2 | 15.80 |
| 工况5 | 1446.0 | 164.0 | -1940.0 | 465.0 | 34.0 | 15.10 |
| 工况6 | 1445.0 | 120.0 | -1975.0 | 469.0 | 33.8 | 14.70 |
| 注:p̄d 为皮托管按等面积法布点测得各点动压的均方根平均值:p̄d = (Σ√p_di / N)²,其中 N 为测点数(本例每截面 12 点),p_di 为各测点动压;表压以大气压为基准,进口静压为负值。 | ||||||
| 空气物性与流量计算(自动计算) | ||||||||
| 计算项目 | 符号 | 单位 | 工况1 | 工况2 | 工况3 | 工况4 | 工况5 | 工况6 |
| 进口饱和蒸汽压 | p_sat | kPa | 4.745 | 4.745 | 4.745 | 4.745 | 4.745 | 4.745 |
| 水蒸气分压 | p_v | kPa | 3.084 | 3.084 | 3.084 | 3.084 | 3.084 | 3.084 |
| 进口绝对压力 | p_1 | kPa | 99.745 | 99.625 | 99.525 | 99.445 | 99.385 | 99.350 |
| 湿空气气体常数 | R_w | J/(kg·K) | 290.4 | 290.4 | 290.4 | 290.4 | 290.4 | 290.4 |
| 进口绝对温度 | T_1 | K | 305.15 | 305.15 | 305.15 | 305.15 | 305.15 | 305.15 |
| 进口气体密度 | ρ_1 | kg/m³ | 1.126 | 1.124 | 1.123 | 1.122 | 1.122 | 1.121 |
| 测试管截面积 | A_t | m² | 0.2463 | 0.2463 | 0.2463 | 0.2463 | 0.2463 | 0.2463 |
| 测试管平均流速 | v_t | m/s | 26.83 | 24.41 | 21.97 | 19.53 | 17.10 | 14.63 |
| 体积流量(进口状态) | q_V1 | m³/s | 6.61 | 6.01 | 5.41 | 4.81 | 4.21 | 3.60 |
| 体积流量(进口状态) | q_V1 | m³/h | 23786 | 21646 | 19479 | 17316 | 15164 | 12973 |
| 风机进口流速 | v_1 | m/s | 10.39 | 9.45 | 8.50 | 7.56 | 6.62 | 5.66 |
| 进口动压 | p_d1 | Pa | 60.7 | 50.2 | 40.6 | 32.1 | 24.6 | 18.0 |
| 注:p_sat 采用 Magnus 公式(0.6112·exp(17.62·t/(243.12+t)));湿空气密度按 p_1·1000/(R_w·T_1) 计算,R_w = 287/(1−0.378·p_v/p_1)。 | ||||||||
| 风机压力、功率与效率计算(自动计算) | ||||||||
| 计算项目 | 符号 | 单位 | 工况1 | 工况2 | 工况3 | 工况4 | 工况5 | 工况6 |
| 出口绝对压力 | p_2 | kPa | 101.775 | 101.783 | 101.787 | 101.789 | 101.790 | 101.794 |
| 出口绝对温度 | T_2 | K | 308.65 | 308.15 | 307.75 | 307.35 | 307.15 | 306.95 |
| 出口气体密度 | ρ_2 | kg/m³ | 1.135 | 1.137 | 1.139 | 1.140 | 1.141 | 1.142 |
| 风机出口流速 | v_2 | m/s | 16.23 | 14.77 | 13.29 | 11.81 | 10.34 | 8.85 |
| 出口动压 | p_d2 | Pa | 149.5 | 124.0 | 100.5 | 79.6 | 61.1 | 44.7 |
| 风机全压 | Δp_F | Pa | 2119 | 2232 | 2322 | 2391 | 2441 | 2471 |
| 风机静压 | Δp_sF | Pa | 1969 | 2108 | 2221 | 2312 | 2380 | 2426 |
| 压比 | r | - | 1.0204 | 1.0217 | 1.0227 | 1.0236 | 1.0242 | 1.0246 |
| 压缩性修正系数 | k_p | - | 0.9928 | 0.9924 | 0.9920 | 0.9917 | 0.9915 | 0.9913 |
| 轴功率 | P_a | kW | 18.24 | 16.77 | 15.48 | 14.55 | 13.91 | 13.54 |
| 气体功率(全压) | P_u | kW | 13.90 | 13.32 | 12.46 | 11.41 | 10.20 | 8.83 |
| 气体功率(静压) | P_us | kW | 12.92 | 12.58 | 11.92 | 11.03 | 9.94 | 8.67 |
| 全压效率 | η_t | - | 76.2% | 79.4% | 80.5% | 78.4% | 73.3% | 65.2% |
| 静压效率 | η_s | - | 70.8% | 75.0% | 77.0% | 75.8% | 71.5% | 64.0% |
| 注:风机全压 Δp_F=(p_s2+p_d2)−(p_s1+p_d1);风机静压 Δp_sF=p_s2−p_s1−p_d1;压缩性修正 k_p=(κ/(κ−1))·((p_2/p_1)^((κ−1)/κ)−1)/(p_2/p_1−1),κ=1.4,低压风机 k_p≈0.99~1.00;轴功率 P_a=P_e·η_mot·η_dr。 | ||||||||
| 相似换算至规定转速与规定密度(自动计算) | ||||||||
| 计算项目 | 符号 | 单位 | 工况1 | 工况2 | 工况3 | 工况4 | 工况5 | 工况6 |
| 转速比 n_r/n | n_r/n | - | 0.9986 | 1.0000 | 1.0014 | 1.0021 | 1.0028 | 1.0035 |
| 密度比 ρ_r/ρ_1 | ρ_r/ρ_1 | - | 1.0661 | 1.0674 | 1.0685 | 1.0693 | 1.0700 | 1.0704 |
| 换算流量 | q_V,r | m³/s | 6.60 | 6.01 | 5.42 | 4.82 | 4.22 | 3.62 |
| 换算流量 | q_V,r | m³/h | 23753 | 21646 | 19506 | 17352 | 15206 | 13018 |
| 换算全压 | p_F,r | Pa | 2253 | 2382 | 2488 | 2568 | 2627 | 2663 |
| 换算静压 | p_sF,r | Pa | 2094 | 2250 | 2380 | 2482 | 2561 | 2615 |
| 换算轴功率 | P_a,r | kW | 19.36 | 17.90 | 16.60 | 15.66 | 15.01 | 14.65 |
| 全压效率(换算不变) | η_t | - | 76.2% | 79.4% | 80.5% | 78.4% | 73.3% | 65.2% |
| 注:相似换算公式(GB/T 10178 第 22 条 / GB/T 1236):q_V,r=q_V1·(n_r/n);p_F,r=p_F·(n_r/n)²·(ρ_r/ρ_1);P_a,r=P_a·(n_r/n)³·(ρ_r/ρ_1);效率 η 不变。适用条件:转速变化在 ±20% 以内、雷诺数与马赫数影响可忽略。 | ||||||||
| 测试结果汇总(自动计算) | |||||||||||||||||
| 表1 实测结果(试验转速下) | |||||||||||||||||
| 工况 | n
(r/min) |
q_V1
(m³/h) |
Δp_F
(Pa) |
Δp_sF
(Pa) |
P_a
(kW) |
η_t
(%) |
η_s
(%) |
||||||||||
| 工况1 | 1452 | 23786 | 2119 | 1969 | 18.24 | 76.2% | 70.8% | ||||||||||
| 工况2 | 1450 | 21646 | 2232 | 2108 | 16.77 | 79.4% | 75.0% | ||||||||||
| 工况3 | 1448 | 19479 | 2322 | 2221 | 15.48 | 80.5% | 77.0% | ||||||||||
| 工况4 | 1447 | 17316 | 2391 | 2312 | 14.55 | 78.4% | 75.8% | ||||||||||
| 工况5 | 1446 | 15164 | 2441 | 2380 | 13.91 | 73.3% | 71.5% | ||||||||||
| 工况6 | 1445 | 12973 | 2471 | 2426 | 13.54 | 65.2% | 64.0% | ||||||||||
| 表2 换算后结果(规定转速 n_r、规定密度 ρ_r 下) | |||||||||||||||||
| 工况 | q_V,r
(m³/h) |
p_F,r
(Pa) |
p_sF,r
(Pa) |
P_a,r
(kW) |
η_t
(%) |
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| 工况1 | 23753 | 2253 | 2094 | 19.36 | 76.2% | ||||||||||||
| 工况2 | 21646 | 2382 | 2250 | 17.90 | 79.4% | ||||||||||||
| 工况3 | 19506 | 2488 | 2380 | 16.60 | 80.5% | ||||||||||||
| 工况4 | 17352 | 2568 | 2482 | 15.66 | 78.4% | ||||||||||||
| 工况5 | 15206 | 2627 | 2561 | 15.01 | 73.3% | ||||||||||||
| 工况6 | 13018 | 2663 | 2615 | 14.65 | 65.2% | ||||||||||||
| 注:换算条件 n_r = 1450 r/min、ρ_r = 1.20 kg/m³。最高全压效率出现在工况3:η_t = 80.5%(q_V1 = 19479 m³/h,Δp_F = 2322 Pa,P_a = 15.48 kW),为该风机最佳运行工况点。 | |||||||||||||||||
| 计算参数示意图 | |||||||||||
| 图1 现场测试布置示意图 | |||||||||||
| 图2 圆形截面等面积法测点布置图 | |||||||||||
| 图3 风机进出口压力定义图 | |||||||||||
| 图4 换算后性能曲线图 | |||||||||||
| 计算公式汇总表 | |||||
| 序号 | 计算项目 | 符号 | 计算公式 | 单位 | 说明 |
| 1 | 饱和蒸汽压 | p_sat | p_sat = 0.6112·exp(17.62·t₁/(243.12+t₁)) | kPa | Magnus 公式,t₁ 为进口温度 ℃ |
| 2 | 水蒸气分压 | p_v | p_v = φ·p_sat / 100 | kPa | φ 为相对湿度 % |
| 3 | 进口绝对压力 | p_1 | p_1 = p_a + p_s1/1000 | kPa | p_s1 进口静压 Pa(负值) |
| 4 | 湿空气气体常数 | R_w | R_w = 287 / (1 − 0.378·p_v/p_1) | J/(kg·K) | 干空气 R=287 |
| 5 | 进口绝对温度 | T_1 | T_1 = t₁ + 273.15 | K | |
| 6 | 进口气体密度 | ρ_1 | ρ_1 = p_1·1000 / (R_w·T_1) | kg/m³ | 湿空气密度 |
| 7 | 测试管截面积 | A_t | A_t = π·D_t² / 4 | m² | D_t 为测试管直径 |
| 8 | 平均动压(均方根) | p̄d | p̄d = (Σ√p_di / N)² | Pa | N 为测点数,p_di 各点动压 |
| 9 | 测试管平均流速 | v_t | v_t = √(2·ξ·p̄d / ρ_1) | m/s | ξ 皮托管系数 |
| 10 | 体积流量 | q_V1 | q_V1 = A_t · v_t | m³/s | 进口状态 |
| 11 | 体积流量(小时) | q_V1 | q_V1(h) = q_V1 · 3600 | m³/h | |
| 12 | 风机进口流速 | v_1 | v_1 = q_V1 / A_1 | m/s | A_1 进口法兰面积 |
| 13 | 进口动压 | p_d1 | p_d1 = ρ_1·v_1² / 2 | Pa | |
| 14 | 出口绝对压力 | p_2 | p_2 = p_a + p_s2/1000 | kPa | p_s2 出口静压 Pa |
| 15 | 出口绝对温度 | T_2 | T_2 = t₂ + 273.15 | K | |
| 16 | 出口气体密度 | ρ_2 | ρ_2 = ρ_1·(p_2/p_1)·(T_1/T_2) | kg/m³ | 理想气体状态方程 |
| 17 | 风机出口流速 | v_2 | v_2 = q_V1 / A_2 | m/s | A_2 出口法兰面积 |
| 18 | 出口动压 | p_d2 | p_d2 = ρ_2·v_2² / 2 | Pa | |
| 19 | 风机全压 | Δp_F | Δp_F = (p_s2+p_d2) − (p_s1+p_d1) | Pa | GB/T 10178 定义 |
| 20 | 风机静压 | Δp_sF | Δp_sF = p_s2 − p_s1 − p_d1 | Pa | |
| 21 | 压比 | r | r = p_2 / p_1 | - | |
| 22 | 压缩性修正系数 | k_p | k_p = (κ/(κ−1))·(r^((κ−1)/κ)−1)/(r−1) | - | κ=1.4;AMCA 210 形式;r→1 时 k_p→1 |
| 23 | 轴功率 | P_a | P_a = P_e · η_mot · η_dr | kW | P_e 电机输入功率 |
| 24 | 气体功率(全压) | P_u | P_u = q_V1 · Δp_F · k_p / 1000 | kW | |
| 25 | 气体功率(静压) | P_us | P_us = q_V1 · Δp_sF · k_p / 1000 | kW | |
| 26 | 全压效率 | η_t | η_t = P_u / P_a | - | |
| 27 | 静压效率 | η_s | η_s = P_us / P_a | - | |
| 28 | 换算流量 | q_V,r | q_V,r = q_V1 · (n_r/n) | m³/s | 相似定律 |
| 29 | 换算全压 | p_F,r | p_F,r = p_F · (n_r/n)² · (ρ_r/ρ_1) | Pa | |
| 30 | 换算静压 | p_sF,r | p_sF,r = p_sF · (n_r/n)² · (ρ_r/ρ_1) | Pa | |
| 31 | 换算轴功率 | P_a,r | P_a,r = P_a · (n_r/n)³ · (ρ_r/ρ_1) | kW | |
| 32 | 效率换算 | η | η_r = η(转速、密度变化不大时不变) | - | ±20% 转速内近似成立 |