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风机现场性能测试计算表

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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) 1
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
(%)
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。 1

计算参数示意图
图1  现场测试布置示意图
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图2  圆形截面等面积法测点布置图
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图3  风机进出口压力定义图
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图4  换算后性能曲线图
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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
使用说明
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
计算参数示意图
公式汇总表
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