第十四章
风机
第一节 概 述
第二节 离心风机的工作原理
第三节 风机的选用
第四节 横流风机和轴流风机
第五节 风机的性能实验
第一节 概 述
一, 风机在农业机械中的应用
风机在农业机械中应用很广 。 大多数情况下, 系利用风机产生
的气流作介质进行工作 。 例如, 在植保机械上, 用气流输送,
喷洒药粉和药液, 并使药液雾化；在谷物收获机械及清选机械
上, 用气流进行清选及谷粒分级；在谷物干燥机械中, 用气流
作热介质传递热能以加温烘干谷物并运出水汽；在输送装臵中,
则用气流输送各种农业物料 。 在某些情况下, 如气吸式播种机,
则利用风机产生的真空度使种子吸附于排种盘而排种 。 此外,
在农业中也常用风机进行通风换气及物料输送等工作 。
二、风机的分类
（一）按排气压力（绝对压力）的高低，气体输送
机械可分为
1, 压缩机 排气压力高于 34.3× 104N/m2
2, 鼓风机 排气压力为 11.27× 104－ 34.3× 104N/m2。
3, 通风机 排气压力低于 11.27× 104N/m2。
（二） 按作用原 理分
1, 容积式
2, 叶片式（透平式）
农业机械普遍应用离心式风机
? 风机按风压 （ 相对压力 ） H的大小, 可分为：
? 高压离心风机 P=2940—14700N/m2 （ H=300—1500毫
米水柱 ）
? 中压离心风机 P=980—2940N/m2 （ H=100—300毫米
水柱 ）
? 低压离心风机 P< 980N/m2 （ H<100毫米汞柱 ） ；
? 高压轴流风机 P=490—4900N/m2 （ H=50—500毫米水柱 ）
? 低压轴流风机 P<490N/m2
农业机械上的风机还可分为清粮
型及通过用型两类
? 如图 14-1a
清粮型
? 14-1b通用
型
? 14-1c径向
进气风机
图 14-1 离心式风机简图
a.清粮型 b.通用型 c.径向进气
型
三、离心风机的称号
? 我国风机行业近年来对离心风机的习惯称号。全称包括名
称、型号、机号、传动方式、旋转方向和出气口位臵等六
部分由一组数字表示其组成。现以排尘离心风机 4－ 72－
11No.8C右 90° 为例，说明如下：
C 4 –72 –1 1 No.8 C 右 90°
C, 风机用途为排尘 （ 一般可省略不写 ）
4, 风机在最高效率点时的全压系数乘 10后的化整数
-72, 风机在最高效率点时的比转数 （ ns）
-1, 进口为单吸入
1, 设计顺序, 1表示第一次
No.8, 风机机号, 即叶轮直径 D2=800mm
C, 风机传动方式 （ 共有 A－ F六种 ）
右, 旋转方向 （ 从原动机侧看 ）
90, 出风口位臵与水平线夹角
第二节 离心风机的工作原理
一, 离心风机的工作过
程
离心风机主要由叶轮、进风口及
蜗壳等组成（图 14－ 2）。叶轮
转动时，叶道（叶片构成的流
道）内的空气，受离心力作用
而向外运动，在叶轮中央产生
真空度，因而从进风口轴向吸
入空气（速度为 c0）。吸入的
空气在叶轮入口处折转 90° 后，
进入叶道（速度为 c1），在叶
片作用下获得动能和压能。从
叶道甩出的气流进入蜗壳，经
集中、导流后，从出风口排出
图 14-2 离心通风机内气体流动方向
1.出风口 2.蜗壳 3.叶轮 4.扩压管 5.进风口 6.进气室
二,叶轮 的工作原理
? （ 一 ） 速度三角形 空
气在叶道上任一点处,
有绝对速度 c,它是气流
与叶轮的相对速度 ω与
牵连速度 μ的向量和
（ 图 14－ 3a） 。 绝对速
度 c与牵连速度 μ的夹角
以 α表示 。 相对速度 ω与
牵连速度 μ的反方向的
夹角以 β表示 。 通常只画
出叶片入口及出口的速
度三角形, 并以 1点表示
叶轮入口； 2点表示叶轮
出口 （ 图 14－ 3b,c） 。
图 14-3 速度分析及速度三角形
.气流在叶道内的速度分析 b.进口气流速度三角形
c,出口气流速度三角形
（ 二）基本方程 ——欧拉方程
? 为便于计算, 作假设如下：
? 1,气体为理想气体, 流动中没有任何能量损失, 故驱动风机
的功全部转化为气流的能量 。
? 2,叶轮叶片数无限多, 叶片无限薄 。 所以气体在叶道内的流
线与叶片形状一致, 气流相对速度 ω2的出口角 β2与叶片出口安装
角 β2A一致 。
? 3,气流是稳定流, 其流动不随时间而变化 。
? 当风机流量为 Q（ m3/s）, 压力为 PT∞ N/m2 时 （ PT∞ —
— 叶片数无限多时的理论压力 ）, 气流则得到的能量为
? N=Q PT∞ （ N〃m/s ）
? 如风机轴上阻力矩为 M（ N〃m ）, 角速度为 ω（ 1/s）, ）
则驱动风机的功为
? N=Mω （ N〃m/s ）
? 根据假设 1,驱动风机的功全部转换为气流的能量, 则
? ?2/ mNQNPT ???
.
? 根据动量矩定律, 单位时间内, 叶轮中气流对风机的动量
矩的变化, 等于外力对此轴线的力矩和 。
? 由图 14—3a可知, 叶道内气体 abcd经时间 Δt后, 移动到 efgh。
根据假设 3,气流为稳定流, 截面 abgh内气体动量矩不变 。
因而在 Δt时间内, 气体动量矩的变化为面积 abfe与 dcgh动量
矩之差, 而面积 abfe与 dcgh内体质量相等, 并等于每秒钟流
过叶轮气体质量乘以时间 Δt,即
? m=QρΔt
? 叶轮入口及出口处的动量矩 M1及 M2分别为
2222
1111
c os
c os
??
??
RtcQM
RtcQM
??
??
? ?? ?mNRcRcQt MMM ?????? 11122212 c o sc o s ???
.单位时间内动量矩的变化为力矩 M
或
所以
上式为离心通过风机的基本方程, 又叫欧拉方程 。 因略去了
全部损失, 所以 PT∞称为无穷多叶片时的理论全压 。
在上式中, C1u是叶轮进口处气流绝对速度 C1在圆周方向的速
度分量 。 由于叶轮入口处具有切线速度 u1, 按速度场作用规
律, 气流在进入叶轮时应该存在切向分速 。 但是空气的粘性
很小, 在没有导流器时, 可以认为气流是径向进入叶轮的,
即在叶轮入口处, α1=90°, C1=C1r,C1u=0。 代入欧拉方程,
可得：
PT∞=ρu2C2u
? ?? ?mNRcRcgQM ??? 111222 c o sc o s ???
? ?111222 c o sc o s ?????? RcRcQMP T ????
（三）轴向涡流
实际上风机的叶片数是有限的, 相邻两叶片所形成的叶道占有一定的
空间 。 当叶轮旋转时, 叶道空间随叶片一起转动；而叶道内的气体, 由
于自身粘性小, 又有惯性, 它就有保持其本身方向不变的趋势 。 由图 14
－ 4可见, 当叶轮旋转时, 叶道内的气体与叶道空间具有相对回转, 转向
与叶轮放臵方向相反, 这就是轴向涡流 。 轴向涡流使气流出口角 β2与叶
片安装角 β2A不等且 β2<β2A,所以, 在叶片数有限时, 有：
C2u=u2－ C2rctgβ2<C2u∞
即 PT<PT∞
或 PT=μPT∞
式中
? μ称为环流系数或压力减少系数 。 可见, 当叶片数有限时, 因 C2u<C2u∞，
故理论压力相应减少 。
1
2
2 ???
?? u
u
T
T
C
C
P
P?
图 14-4 轴向涡流的产生原因及其 c2u的影响
三、离心风机的功耗及效率
1、有效功率 Ne 有效功是指气流通过风机时从叶轮取得的能量。单位
容积流量通过风机后增加的能量为全压 P（ N/m2），若流量为 Q，则风
机的有效功率即输出功率为
2、轴功率 N 轴功率就是风机轴上的输入功率。若风机的全压效率为 η
则：
3,电机功率 Nm
K——电机容量储备系数，其值可按表 14－ 2选取。
式中 ηm——风机传动效率
? ?kWPQN y 1 0 0 0?
? y
NN ?
mm
NKN ?? ? ?kWPQKN
mm ??1 0 0 0
?
表 14－ 2 电动机容量储备系数
风机轴功率 N（ kW） <0.5 0.5―1 1－ 2 2－ 5 >5
K 1.5 1.4 1.3 1.2 1.15
四、离心风机的性能曲线
? 风机的基本性能参数为流量 Q,风压 P,轴功率 N及效率 η。 这些
性能参数均受风机转速的影响 。 当风机转速一定时, 风压, 功率
及效率与流量之关系曲线, 称为离心通风机的性能曲线 。
? （ 一 ） 理论性能曲线 在绘制理论性能曲线时, 不考虑能量损失 。
? 当叶片无限多时, 风机的理论压力为 PT∞。 由图 14－ 3c可知：
? C2u=u2－ C2rctgβ2
?
代入 PT∞=ρu2C2u式得：
因为
? Q=πD2b2C2r
? 所以
???
?
???
? ??
? 2
2
22
2 1 ?? c tgu
CuP r
T
???
?
???
? ??
? 2
222
2
2 1 ??? c tgubD
QuP
T
式中 D2——叶轮外径
b2——叶轮外径处叶片宽度
在叶片无限多时，气流出口角 β2等于叶片安装角 β2A。一台风机
若转速不变，则 u2,D2,b2,β2A均为常数，则有：
PT∞=A－ BQ
图 14-5 风机的理论性能
曲线（ PT∞-Q）
图 14-6 风机的理论性能
曲线（ N-Q）
因 A,B为常数，所以 PT∞与 Q 成线性关系。对前向叶片,β2A>90°,
ctgB2<0,B为负
图 14-5 风机的理论性能
曲线（ PT∞-Q）
图 14-6 风机的理论性能
曲线（ N-Q）
值，故 PT∞因 Q的增加而增加（图 14－ 5）；径向叶片 β2A=90°,
ctgB2=0,B=0；后向叶片,β2A<90°, ctgB2>0,B为正值，故 PT∞因
Q的增加而减少。
图 14-7 有限叶片数对理论性能曲线 (P-Q线 )的影响
n=常数； β＜ 90°
因假定无能量损失，所以风机轴功率 N与压力和流量之乘积成正比因
而可得三种叶片的功率消耗与流量的关系曲线
? （ 图 14－ 6） 。 由图可见, 前向叶片在流量增大时, 功耗剧增, 而后向
叶片在流量增加时, 功耗增长较缓 。
? 在叶片数有限时, 风机理论压力将减少 。 对一定的叶轮, 可近似地认
为环流系数 μ为常数, 则风机的理论性能曲线 （ PT∞－ Q） 将变为另一
条直线 （ PT－ Q） 。 图 14－ 7是后向叶片的理论性能曲线 （ P－ Q线 ） 的
变化示意图 。
图 14-7 有限叶片数对理论性能曲线 (P-Q线 )的影响
n=常数； β＜ 90°
（ 一 ） 图 14-8 实际性能曲线 (P-Q) 后向叶片, n= 常数
实际性能曲线 实际上风机有能量损失, 如果只考虑流动损失, 则在给
定转速下的实际性能曲线 （ P－ Q） 如图 14－ 8所示 。 由于未考虑泄漏损
失 及 轮 阻 损 失, 它 与 实 际 情 况 有 一 定 出 入 。
图 14-9 离 心 通 风 机 的 性 能 曲 线
a,前 向 叶 片 风 机 b,后 向 叶 片 风 机
目前还不能用计算的方法绘制实际性能曲线 。 所以离心风机的性能
曲线者是根据试验数据绘制的 。 由风机试验可测出各工况点的流量 Q、
全压 P及轴功率 N并算得效率 。 以流量 Q为横坐标所得 P－ Q,N－ Q,η
－ Q等关系曲线即为风机的实际性能曲线 （ 图 14－ 9） 。
图 14-8 实际性能曲线 (P-Q)后向叶片, n=常数 图 14-9 离心通风机的性能曲线
a.前向叶片风机 b.后向叶片风机
五、叶片形状
? 风机叶片形状可分为直叶片和曲叶片；按叶片出口安装角可分为前
向（ β2A>90° ），径向（ β2A=90° ）及后向（ β2A<90° ）叶片三类，对应
的风机叶轮称为前向、径向和后向叶轮。常用的叶轮形式如图 14－ 10所
示。
图 14-10 常用叶轮形式
a.前向叶片 b.多叶式前向叶片 c.径向曲叶片 d.径向直叶片 e.后向曲叶片 f.后向直叶片
（一）叶片形状对风机性能的影响 叶片形状影响出口安装角 β2A的大小，
因而也影响在叶轮出口处气流绝对速度 C2的大小（图 14－ 11）。 C2不同，
则风机性能也有较大差异 。
? 图 14-11 叶片出口角 β2A对
叶轮出口速度 C2的影响
? (D2,n,u2相等 )
? a.前向叶片 (β2A＞ 90° ) b.径
向叶片 (β2A=90° ) c.后向叶
片 (β2A＜ 90° )
? 1,由式 PT∞=ρu2C2u可
知, C2u愈大, 则风机的压
力愈高 。 由图 14－ 11可见,
在叶轮直径相同, 转速相同,
流量相等时, 前向叶轮风机
压力最高, 径向次之, 而后
向最低 。
图 14-11 叶片出口角 β2A对叶轮出口速度 C2的影响
(D2,n,u2相等 )
a.前向叶片 (β2A＞ 90° ) b.径向叶片 (β2A=90° ) c.后向叶片 (β2A＜ 90° )
2,随流量的增加, 前向叶轮风机功耗剧增, 有超载的可能, 称为过载
风 机, 后向叶轮则有功率不易过载的优点 。
3,因 C2大, 前向叶轮出口处气流动压大, 但风机出风口处气流动压较
小, 所以叶轮出口动压中的一部分将在蜗壳中通过扩压转化为静压, 扩压
损失大, 而后向叶轮扩压损失小 。 另外前向叶轮叶道短, 断面变化大, 其
叶道内的流动损失也大于后向叶轮, 故后向叶轮效率高, 前向叶轮效率低,
径向叶轮则在两者之间 。 4,前向叶轮噪声较大 。
? 5,从工艺观点看, 直叶片制作简单, 但径向直叶片冲击损失大, 效率
低 。
? （ 一 ） 各种叶轮的应用
? 1,后向叶片风机效率高, 噪声小, 流量增大时动力机不易超载, 因而
在各种大, 中型风机中得到广泛应用 。 它的缺点是在相同的风量, 风压时,
需要较大的叶轮直径或转速, 另外叶片容易积尘, 不适于作排尘风机 。 在
农业机械上它用烘干, 输送等固定作业或用作中, 低压风机 。
?
?
? 2,前向叶片风机效率较低, 噪声大, 但在相同风压, 风量
时, 风机尺寸小, 转速低 。 因而它用于高压通风机 （ P=7850
－ 9810Pa） 以及要求风机尺寸小的场合 。 在移动式农业机械
中由于要求风机的尺寸较小, 因此常采用前向叶片的中, 高
压风机 。
? 3,多叶式离心通风机都用前向叶片, 它的特点是轮径比
（ D1/D2） 大, 叶片数多, 叶片相对宽度较大, 因而用较小
的尺寸可得较大的压力和流量, 且噪声较低, 但效率也低 。
农业机械中的一些小型风机如小型植保机械上, 常采用多叶
式风机 。
? 4,径向直叶片风机的压头损失大, 效率低, 但形状简单,
制作方便 。 当风机效率不作为主要考核指标时, 它常被用作
低压风机, 农机上常用作清粮风机 。 另外, 后向直叶片风机
效率较径向直叶片风机高, 制造也比较简单, 适用于动压低,
静压与动压比值较高的场合, 一般用于中, 低压风机, 在农
机中应用较多 。
第三节 风机的选用
一, 风机与管网的配合
风机是与管网配合工作的 。 对工作管网来说, 气流应具有一定的压能以
克服管道的各种阻力并以规定的流量通过管网 。 所以应选用合适的风机,
使其在管网所要求的流量时, 压力与管网阻力一致, 而且风机效率较高 。
这就是选用风机的主要依据 。
图 14－ 12是 5XF－ 2.5种子精选机的气流清选装臵。风机从两个吸气管道
吸入空气，用气流带走谷粒混杂物中的轻夹杂物；当气流通过沉降室时，
因断面扩大而使流速降低，除灰尘外，其它夹杂物便沉降而与气流分离；
含尘气流从风机进风口进入风机，再从出风口通过排风管排入大气，或
者进入旋风分离器排尘后将空气排入大气
图 14-12 5XF-2.5种子精选机管网
1.喂料斗 2.预选风道 (前吸气道 ) 3.前沉降斗 4.风机 5.排风管
6.中沉降斗 7.后沉降斗 8.后吸气道
显然，为了使气流能有效地吸取夹杂物，在沉降室中分离夹杂物并防止吸
取谷粒，气流应以设计速度通过管网。已知设计的气流速度，可求得管网
设计流量 Q（ m3/s）。
管网阻力可分为吸管阻力 ΔPx及压气管阻力 ΔPy两部分，此外，气流从排风
管排入大气时具有动能（以压力计,ΔPdc），故管网的全压位：
P=ΔPx＋ ΔPy＋ ΔPdc
管网如无泄漏，则流量不变，而管网全压与流量的平方成正比，即：
P=KQ2
式中,K为总阻力系数，对于一个确定的管网,K为常数，故 P与 Q成抛
物线关系，叫做管网特性
? 图 14-13 风机与管网的配合
? 选定一风机, 作此风机在某一转速 n时的 P－ Q性能曲线 （ 图 14－ 13）, 与
管网特性曲线的交点为 g, 即风机的工况点, 而实际流量则为 Qg,Qg应等
于管网的设计流量, 否则就不能满足管网的工作要求；风机效率 ηg应在
ηmax附近 （ ηg≥0.97ηmax）, 否则就浪费能量 。 若不能满足上述要求, 则应
重定风机转速或改选风机 。
? 实际上管网工作条件会有变化, K值的波动将使流量改变 。 以 Kmax及 Kmin
表示极限状态, 并在图 14－ 13中画出相应的 P=KmaxQ2及 P=KminQ2曲线, 则
可得到流量变化范围以检验其对管网工作的影响 。
二、管网的计算
（一）管网计算的一般程序
1、根据工作要求配置气流管道及有关
设备。
2、确定空气流量。
3、确定气流在管道各部分的工作速度。
4、根据流量及气流速度计算管道断面
尺寸。
5、计算气流通过管网所需压力。
6、选择或设计风机并选择配套动力 。
? （ 二 ） 流量计算 空气流量与工作性质有关 。 用于输送时, 空气流
量 Q由输送物料的生产率及空气的输送浓度决定, 即
?
?
式中 m——输送装置生产率, Kg/s
? ρ——空气密度, 1.2kg/m3
? μ——输送浓度, μ=m/Qρ,即单位时间内, 输送物质量 m与空气质
量 Qρ的比, 可根据经验资料选取 。
图 14-13 风机与管网的配合
（三）气流速度 管网中各工作管道的气流速度 v，可根据工作要求选用。在
气流输送装臵上，当流量一定量，速度越低，则管道尺寸越大，且容易阻塞；
速度过高时，功率消耗大。通常
v=φvl
式中 vl——物料的临界速度,m/s
φ——速度系数，浓度越大，所需的 φ越大，可根据试验数据选用。
速度确定后，可按下式计算工作管道内径
? 管道直径过大, 使结构庞大, 投资费用增加；直径太小, 使压力损失增加,
增大功耗 。 所以在计算直径 d以后, 还应根据实际情况修正, 并相应改变
流量 Q及气流速度 v。
? （ 四 ） 压损计算 纯空气通过管网时, 压力损失有管道磨擦及局部阻力损
失两类, 在输送物料时, 这些损失将增大；另外尚需增加物料的加速, 提
升等损失 。 管网压力损失为上述压损之总和 。 若已知管网流量及压损, 则
可据此选用风机 。
? 1,管道摩擦损失 Pm 纯空气与管壁的摩损损失为：
? N/m2
? ???? cvdlPm ??? 12 2
式中 l——管道长度（ m）
d——管道当量直径 (m)
λ——摩擦阻力系数
ρ——空气密度（ Kg/m3）
μ——输送浓度
c——经验系数。
为便于计算，上式可改写为：
Pm=Rgl（ 1+cμ）
式中,R为纯空气通过一米长风管的摩擦阻力（ mm H2O/m，
1mmH2O=9.81N/m2），它与管道直径 d、气流速度 v有关，可直接从手册中
查得。
.
离心 风机的选用
? 若已知管网的流量 Q及压损 P,则可据此选用风机并确定其转速 。 农业机
械及农用设备所需通用型风机, 大多可直接选用工业通风机而不必重新设
计 。 我国机械工业部编有风机产品样本, 各风机制造厂也都提供其产品的
详细使用数据, 可作选用依据 。 风机性能常用表格或选择曲线来表示, 所
提供的性能数据均为 η≥0.9ηmax 范围内的数据 。 因为我国各风机制造厂目
前均采用公制, 所以在提供的性能数据中, 风机压力均为压头 H（ mmH2O）
或压力 P（ kgf/m2）, 且 1mmH2O=1kgf/m2 。 采用中华人民共和国法定计量
单位时, 压力单位为 Pa 或 N/m2。 所以在按风机制造厂提供的性能资料选
用风机时, 需将压力值进行折换, 即
? （ 一 ） 离心风机的选用原则
? 1,风机的风压及流量应满足管网的要求, 应尽量选用效率高, 运转平
稳, 噪声低, 调节性能好的风机 。
? 2,由于管网工作条件有一定变化范围, 所以应按管网最大流量为依据,
计算管网的压损及流量 。
? 3,因管道有关设备在安装中往往因不够严密而存在漏风现象, 所以在
选用风机时需将流量增大 10—15%。
? 4、考虑到管网压损计算的不完善，风机提供的压力应比管网计算压损
增加 10%。
四、离心风机的调节
? 装在气流工作系统中的离心风机, 其工况点取决于管网特性及风机特性 。
这两个特性只要有一个发生变化, 则系统内气流的流量及压力都随之变化 。
气流系统的工作条件是变化的, 如气流输送装臵的输送物及输送量, 谷物
干燥系统的谷层阻力等都有可能改变 。 为了满足所要求的空气流量, 必须
对风机进行调节 。 常用调节方法如下 。
? （ 一 ） 节流 在管网的吸风管路或压风管路中装设阀门, 用调节阀门开度
来调节管网中空气流量的方法称为节流调节 。 当阀门全开时, 管网特性为
R1（ 图 14－ 18）, 风机特性为 P－ Q,则工况点为 A1,系统的流量及压力分
别为 Q1,P1 。 若需要减小流量, 可将节流阀关小, 因节流阀具有附加阻力,
使管网总阻力系数 K 加大, 管网特性由 R1变为 R2,工况点移到 A2,则风机
的流量及压力分别为 Q2,P2 。 显然, 由于流量减小, 克服管网阻力 （ 包括
全开的阀门阻力在内 ） 所需的压力由 P1减为 P2`,但阀门增图 14-16 高压离
心风机综合性能选择曲线图
? 图 14-17 8-18№4-№10离心风机的性能选择曲线
?
加阻力 ?P2,故风机压力 P2=P2`+?P2 。 节流后风机的功率可由风机功率曲
线查得 （ 图 14－ 18） 。
? 用节流阀调节的优点是结构简单, 操作方便, 调节可靠 。 但是人为地增加
管网阻力, 在能耗上是不经济的；且在调节时只允许管网流量小于设计流
量 （ 最大流量 ） 。 这种调节方法在小型通风机上应用较广 。
图 14-16 高压离心风机综合性能选择曲线图
图 14-17 8-18№4-№10离心风机的性能选
择曲线
图 14-16 高压离心风机综合性能选
择曲线图
图 14-17 8-18№4-№10离心风机
的性能选择曲线
? （ 二 ） 调节风机转速 改变风机转速,
则风机性能曲线也随之改变 。 其变化规
律如下：
? 图 14-19 调节风机转速对工况点的影响
? 由图 14－ 19可见, 管网特性为 R,当风机
转速为 n1时风机特性 （ P－ Q） 为 P1, 工
况点为 A1, 风机流量为 Q1。 如果需要增
大流量为 Q3,则可将风机转速增至 n3,
其工况点为 A3。 由图可见, 在转速变化
时, 功率 N及效率 η 曲线也相应变化, 但
相应于工况点 A1,A2,A3的效率值变化
不大, 故在转速变化范围为 ?20%,可以
不考虑效率的变化 。
? 小功率风机用三角皮带无级变速调节方
便可靠较节流阀调节经济性高, 但结构
较复杂 。 在清粮风机上应用较多 。
? 另外还可用进口导流器或改变叶片宽度
的方法来调节风机流量；不过, 这在农
机上应用较少 。
图 14-19 调节风机转速对工况点的影响
第四节 横流风机和轴流风机
一, 横流风机
（ 一 ） 结构及工作原理 横流风机又称贯流风机或径向进气风机, 其结
构如图 14－ 20所示 。 它由叶轮, 蜗壳及蜗舌等组成 。 叶轮为多叶式, 长圆
筒形, 一部分敞开, 另一部分为蜗壳包围 。 蜗壳两侧没有像离心风机那样
的进风口 。 叶轮回转时, 气流从叶轮敞开处进入叶栅, 穿过叶轮内部, 从
另一面叶栅处排入蜗壳, 形成工作气流 。
气流在叶轮内的流动情况很复杂, 而且叶轮内的气流速度场是非稳定
的 。 根据观察, 在叶轮内有一个旋涡 （ 图 14－ 20）,
横流式风机结构及工作原理 1
1.叶轮 2.蜗舌 3.蜗壳
图 14-20 横流式风机结构及工作原理
1.叶轮 2.蜗舌 3.蜗壳
? 旋涡中心位于蜗舌附近 。 旋涡的存在, 使叶轮
输出端产生循环流；在旋涡外, 叶轮内的气流流
线呈圆弧形 。 因此, 在叶轮外圆周上各点的液体
速度是不一致的；越靠近涡心, 速度愈大, 越靠
近涡壳, 则速度愈小 。 由此可见, 在风机出风口
处气流速度和压力是均匀的, 因而风机的流量系
数及压力系数是平均值 。 旋涡的位臵对横流风机
的性能影响较大 。 旋涡中心接近叶轮内圆周且靠
近蜗舌, 风机性能较好；旋涡中心离涡舌较远,
则循环流的区域增大, 风机效率降低, 流量不稳
定程度增加 。 壳体形状, 蜗舌位臵及风机进出口
压差对涡心位臵有明显影响, 目前主要靠试验来
决定各尺寸的最佳范围 。
横流风机的特性曲线 两种横流风机的特性曲线如图 14－ 21所示 。 由图可见,
横流风机的效率较低；在流量较大时, 动静压比较大；在风机直径小时, 可
产生较大流量；由于静压曲线呈驼峰形, 在流量较小时, 存在不稳定工作 。
图 14-21 横流式风机的特性曲线
图 14-21 横流式风机的特性曲线
? 横流风机的应用 横流风机的动压高、出口气流速
度大、气流到达距离较远；它的宽度可按需要选
定，在宽度较大时气流速度比较均匀，所以虽然
效率较低（最高效率为 35－ 60%），仍在低压通
风换气、空调、车辆及家用电器上得到广泛应用。
在谷物联合收获机及脱粒、清粮机上，用离心风
机作清粮风机时气流速度很不均匀，影
（二） 响了清粮室工作性能，而横流风机能得
到均匀的气流，且不受宽度的限制。因而近年来
将横流风机用清粮风机的研究得到广泛的重视。
二, 轴流风机
（ 一 ） 轴流风机的结构和工作原理 在离心风机中, 气流
在叶轮内的流动是径向的, 而在轴流风机中, 气流在叶轮内
是沿轴向流动的 。
轴流风机由整流罩, 叶轮, 导叶, 整流体, 集风器及扩
散筒等组成 （ 图 14－ 22） 。 其中叶轮是回转的, 称为转子,
其它部分则是固定的 。 工作时气流从集风器进入, 通过叶轮
使气流获得能量, 然后流入导叶, 使气流转为轴向；最后,
气流通过扩散筒, 将部分轴向气流的动能转变为静压能 。 气
流从扩散筒流出后, 输入管路中 。
? 轴流风机由整流罩, 叶轮, 导叶, 整流体, 集风器及扩散筒等组成 （ 图
14－ 22） 。 其中叶轮是回转的, 称为转子, 其它部分则是固定的 。 工作
时气流从集风器进入, 通过叶轮使气流获得能量, 然后流入导叶, 使气
流转为轴向；最后, 气流通过扩散筒, 将部分轴向气流的动能转变为静
压能 。 气流从扩散筒流出后, 输入管路中 。
? 沿某一半径 R作叶轮及导叶剖面展开后, 可得一组平面叶栅 （ 图 14－ 22） 。
叶栅的形状影响风机的流量, 压力及效率, 是轴流风机设计的关键 。 图
14-22 轴流风机结构简图
图 14-22 轴流风机结构简图
1.集风器 2.整流罩 3.叶轮 4.导叶 5.整流体 6.扩散筒
? 1,基元级及速度三角形 一个叶轮与导叶构成一个级, 多级轴流风机可
提高压力, 但轴流风机一般只有一级 。 用不同半径作叶轮和导叶剖面,
可得不同的平面叶栅, 一个平面叶栅称为一个基元级, 因而级可以看成
是无限多个基元级组成 。
图 14-23 轴流风机基元线速度三角形
对于一个基元级, 可画出动叶进口 1－ 1及出口 2－ 2处的速度三角形 （ 图
14－ 23a）, 因半径 R相同, 所以 u1=u2,且 C1Z=C2Z,将进出口速度三角
形画到一起 （ 图 14－ 23b） 。
图 14-23 轴流风机基元线速度三角形
? 由图可知：
? ?ωu=?Cu= C2u－ C1u
? 2,叶轮对气体所作的功 由欧拉方程知：
? Pt=ρ（ u2C2u－ u1C1u）
? 因为轴流风机的基元级上, u1 = u2= u,再考虑流动损失, 则轴流风机的全压
力为：
? P=ρu? Cuη
? 或由速度三角形 （ 图 16－ 32b） 写成：
? P=ρu Cz(ctgβ1—ctgβ2)η
? 式中 Cz——气流的轴向分速
? 由上式可见, 要增加气流压力 P有下列三个途径：
? （ 1） 增加叶轮圆周速度 u,但它受叶片强度等条件所限制 。
? （ 2） ?β=β2－ β1称为气流折转角 。 只有 ?β>0,才有 P>0； ?β愈大, 则 Pt
愈大 。 但 ?β过大, 将使效率急剧降低, 一般 ?βmax=40° － 45° 。
? （ 3） 增加 Cz可增加全压 P,但 Cz加大后主要是流量增加及气流的动压加
大, 如用扩压变动压为静压, 将使效率急剧下降 。
? 由上述分析可见, 单级的轴流风机可以有较大流量, 但增压不大, 一般风机
全压很少超过 2150Pa。
? （ 二 ） 导叶的单独叶轮 （ 图 14-24a） 这是最简单的一种类型, 由叶栅流
出的气流绝对速度 C2（ 图 14-25a） 可分解为轴向速度 CZ（ C2=C1） 及圆周
分速度 C2u(C2u=△ Cu)。 C2u的存在导致能量损失, 使风机效率降低 。 这种
类型的轴流风机结构简单, 制作方便, 价格便宜, 故在风机中应用很广,
主要用轴流风机的基本类型
? 图 14-24 轴流风机基本类型
? a.无导叶的单独叶轮 b.叶轮配后导叶 c.叶轮配前导叶 d.叶轮陪前后导叶
?
1,无于厂房的通风换气 。
? 图 14-25 各类型轴流风机的速度三角形
?
2、叶轮配后导叶（图 14-24b）叶轮速度三角形与单独叶轮型相同 (图 14-
25a)，叶轮叶栅出口气流速度为 C2。后导叶是固定的，无牵连速度 μ，无
速度三有形。其入口角与 C2方向一致，出口角为 90°,故气流可无冲击
地进入后导叶并在后导叶叶道中转变成轴向，减
图 14-24 轴流风机基本类型
a.无导叶的单独叶轮 b.叶轮配后导叶 c.叶轮配前导叶 d.叶轮陪前后导叶
? 少了损失 。 这一类型的风机压头和效率都比前者高, 现在最高效率已可达
90%左右, 在风机中应用最普遍 。 同一风机, 叶片有不同安装角时最佳工况
范围不同, 使用者可根据使用条件选购 。 近年来已研制成叶片安装角可调的
轴流风机, 扩大了风机的使用范围并提高了工况变化时风机的效率 。
? 3,叶轮配前导叶 （ 图 14-24c） 导叶装在叶轮之前, 气流通过导叶再进入叶
轮 。 气流进入导叶时为轴向, 流出导叶时速度为 C1,C1具有与叶轮旋转方向
相反的圆周分速度 C1μ（ 图 14-25b）, 称为负预旋 。
? 气流进入叶轮时速度为 C1,而出口速度 C2=Cz为轴向 。 这种配臵型式具有较
高的压力系数, 但叶轮中相对速度 ω较大, 因而损失较大, 效率较低, 一般
η=0.78—0.82左右 。 常用于要求风机体积小的场合, 如车用发动机的风冷设
备等 。
? 4、叶轮配前后导叶 (图 14—24d) 这类风机是上面两种风机的结合，其速度三
角形如图 14-25c所示。叶轮进口气流速度 C1与出口气流速度 C2对称，风机的
效率 η=0.82—0.85。由于多了一排导叶，使结构复杂，实际上很少采用。将
前导叶作成角度可调，其效果较好常用于多级轴流风机。
图 14-25 各类型轴流风机的速度三角形
? （四）轴流风机的性能曲线 与离心风机相同，轴流风机也可用有因次及无
因次曲线来表示其性能。但是轴流风机即使同一系列同一机号，因叶片安装
角的不同，性能曲也不相同。将叶片不同安装角的性能曲线表示在同一个性
能曲线图上，在使用时可选择适当的风机系列、机号及叶片角度，以便于向
工厂订货。图 14-26是 T30轴流风机系列的无因次特性曲线。该风机为一般用
途的风机，叶片由薄钢板压制而成，可装成 10°, 15°, 20°, 25°,
30° 及 35° 六种角度。叶轮由电机直接驱动，叶轮圆周速度不得超过 60m/s。
风机流量 Q、压力 P因机号、叶片数、叶片安装角、叶轮转速而变。如机号
为 No.10（叶轮直径 1000mm）、叶片数 Z=4、主轴转速 N=960 r/min、叶片角
度 θ=35° 时，其流量 Q=48000m3/h、全压 P=265Pa(27mmH2O)、全压效率
η=0.63、配套电机功率 N=7.5kW，可由性能表格查得。
图 14-26 T30轴流风机特性曲线
曲线标号与叶片角度对应关系为,
1.10° 2.15° 3.20° 4.25° 5.30° 6.35°
? 农业机械上所用的风机类型很多, 其中有些还没有形成系列,
甚至找不到适合的模型风机, 这时就要用理论计算法进行设
计 。 由于理论设计不够精确, 通常要经过试验来修正, 因而
风机试验工作很重要 。
? 风机的空气动力性能试验可分为现场测试和试验装臵试验 。
现场测试是指在实际使用场所测定空气动力性能, 因受试验
及测量条件的限制, 往往不易精确；但用来测定装设好的风
机性能, 还是比较方便 。 在验证和修改设计时, 一般都用性
能试验装臵进行试验 。 如实物风机过大, 可采用模型试验 。
工业上用作模型风机的尺寸大多为 D2=500mm和 D2= 1000mm
两种 。
风机的性能试验
一, 风机的性能试验装臵
?
图 14-27 风机性能试验装置
1.集流器 2.压力计 3.网栅节流器 4.风筒 5.整流栅 6.连接管 7.风机 8.锥形节流器 9.皮托管
? 常用的有进气式, 排气式及进排气联合式三种, 可根据风机实
际工作情况选用 。 如用吸气风道工作时, 可用进气试验装臵；
用出风管道工作的, 可用排气试验装臵；若风机进风口和出风
口都接有较长的工作管道, 则宜选用进排气联合试验装臵 。 这
样, 可使试验接近实际工况, 而且测定结果可靠, 但由于进气
试验装臵设备简单, 使用方便, 大部分风机工厂都习惯于采用
这种试验装臵进行风机性能试验 。
? 1,进气试验装臵 试验风筒设臵在风机进风部分, 它由风管, 集流器, 网
栅节流器, 进气整流栅及连接管等组成 。 各部分尺寸关系如图 14-27a所示 。
试验风筒应与风机进口面积相等, 两者面积之比不得超出 0.7—1.3。 集流器
用来在 j—j断面测定流量 。 在 I—I 断面上测定静压 。 在网栅节流器上均匀地
贴上纸片或用铁丝网分层叠加的方法, 可调节流量以改变工况点 。
? 2,排气试验装臵 （ 图 14-27b） 试验风筒装在风机出风口处, 通常用皮托管
测定动压, 用圆锥形节流器调节流量 。
? 3．进排气联合试验装臵 在风机进风口及出口上均接有试验风筒，分别与
进气及排气试验装臵相似。在进气端用集流器测流量，在进气及排风筒上分
别测静压；用排气风筒出口端的锥形节流器调节流
图 14-28 集流器
1.圆弧形 2.锥形
? 二, 基本参数的测定方法
? 绘制风机的空气特性曲线的基本参数为流量, 压力, 功耗及效率等 。 其测定
及计算方法如下 。
? （ 一 ） 流量
? 1,用集流器测流量 集流器有圆弧形和锥形两种型式 （ 图 14-28） 。 器壁上
有孔, 可用来测定静压, 如果没有损失, 则在 j-j截面上 （ 图 14-27a） 动压与
静压相等；如
?
考虑损失, 则可引入一流量系数 φ,因而可算得风筒内气流速度 V
? 流量 Q
sjdj PPV ????
22 ??
????
? sjsj PDPDVFQ 22 11.1
4414.1 ???
? 式中 F——风筒在 j-j截面处的面积
? Psj——在 j-j截面处测得的静压 (N/m2),通常在 j-j截面的风筒上, 按
四等分开四孔, 分别测出静压, 然后取平均值即 Psj
? φ——流量系数, 对圆弧形集流器, φ=0.99；锥形集流器 φ=0.98
? 2,用皮托管测定流量 皮托管结构如图 14-29所示 。 用皮托管可测定管内
某一点的动压力 Pd (图 14-30）, 因而可算出该点的气流速度 。
? 为了测出平均流速, 可将管道断面分为面积相等的若干个小块, 分别测
出每一小面积的中心的动压力 Pdi,算出其速度 Vi 及平均速度 Vp,再求得
流量 Q。
? （ m/s）
dii Pv ?
2?
n
v
v
n
i
i
p
?
?? 1
pp V
DFVQ
4
2?
??
? 式中 F——管道面积 （ m2 ）
? D——圆形管道直径
（ m）
? 矩形管道一般可分为 16个
或更多的小矩形面积（图
14-31a），圆形管道一般
可分为五个等面积圆环，
依管道直径的大小在每一
圆环测定 2点或 4点（图 14-
31b）。各测定点直径分别
为 D1=0.316D,D2=0.548D，
D3=0.707D,D4=0.837D，
D5=0.949D
图 14-29 皮托管
图 14-30 用皮托管测定动压
图 14-31 动压测定点
1.矩形管道 2.圆形管道
（ 二 ） 压力 在风筒壁上开孔接上压力计, 可测定此断面的静压 （ 图 14-
27）, 也可用皮托管接入压力计测定某一断面的动压或静压, 常用 V形管
压力计或微压计 。 测定结果须经换算才能得到风机全压 P,静压 Ps 及动压
Pd。 换算方式在各种试验装臵上不同 。
1、动压 Pd 风机动压 Pd为风机出口断面 C—C的动压，如已知流量为 Q，
则
（ 1） 进气试验装臵 因为进风管内的动压是由静压的降低转换而来的,
所以风机静压为出口断面 C—C的静压 PSC和风机进口断面 B—B的全压 Pb
之差, 而 Pb为 I—I 断面的全压减去由 I—I 断面到 B—B断面的压力损失
△ P1-b。 因为没有出风管道, 所以 Psc =0,则：
PS =PSC － Pb ＝－ (Ps1 ＋ Pd1－ △ P1-b )
2
2
22 ???
?
???
???
c
cd F
QVP ??
? 式中, Ps1 为真空度, － Ps1 =｜ Psl｜；又 △ P1-b 包括进气整流
栅损失及管道摩擦损失, 可取 △ P１－ b =0.15Pd1,因为 △ Pd1
=φ2 ｜ Psj｜, 所以风机静压力为
? Ps=｜ Ps1｜－ 0.85φ2｜ Psj｜
? 将测得的 Ps1 及 Psj代入, 即可算出风机静压 Ps。
? （ 2） 排气试验装臵 风机静压等于 Ⅱ － Ⅱ 断面的全压 （ Ps２ ＋
Pd２ ） 加上断面 C－ C断面到 Ⅱ － Ⅱ 断面的压力损失, 再减去
C－ C断面的动压Ｐ d,即：
? PS = PS２ +Pd2 +△ Pc-2－Ｐ d
? 在图 14—27 b的试验装臵中, △ Pc-2 =0.15Pd2,所以：
? PS=PS2+1.15Pd2－ Pd
? 将测得的结果代入, 可算得风机静压力 。 如风机出口断面与风
筒断面积相等, 则：
? PS=PS2+0.15Pd2
? 3,风机全压 P
? P=PS+Pd
? 4,压力系数
? （ 三 ） 功率 用扭矩测功法或电力测功法可测出风机的轴
功率 N。 将此轴功率减去风机轴承摩擦功耗, 则是风机的水力
功率 Nn。 水力功率是指风机叶轮对气体作用所消耗的 功率 。
风机
第一节 概 述
第二节 离心风机的工作原理
第三节 风机的选用
第四节 横流风机和轴流风机
第五节 风机的性能实验
第一节 概 述
一, 风机在农业机械中的应用
风机在农业机械中应用很广 。 大多数情况下, 系利用风机产生
的气流作介质进行工作 。 例如, 在植保机械上, 用气流输送,
喷洒药粉和药液, 并使药液雾化；在谷物收获机械及清选机械
上, 用气流进行清选及谷粒分级；在谷物干燥机械中, 用气流
作热介质传递热能以加温烘干谷物并运出水汽；在输送装臵中,
则用气流输送各种农业物料 。 在某些情况下, 如气吸式播种机,
则利用风机产生的真空度使种子吸附于排种盘而排种 。 此外,
在农业中也常用风机进行通风换气及物料输送等工作 。
二、风机的分类
（一）按排气压力（绝对压力）的高低，气体输送
机械可分为
1, 压缩机 排气压力高于 34.3× 104N/m2
2, 鼓风机 排气压力为 11.27× 104－ 34.3× 104N/m2。
3, 通风机 排气压力低于 11.27× 104N/m2。
（二） 按作用原 理分
1, 容积式
2, 叶片式（透平式）
农业机械普遍应用离心式风机
? 风机按风压 （ 相对压力 ） H的大小, 可分为：
? 高压离心风机 P=2940—14700N/m2 （ H=300—1500毫
米水柱 ）
? 中压离心风机 P=980—2940N/m2 （ H=100—300毫米
水柱 ）
? 低压离心风机 P< 980N/m2 （ H<100毫米汞柱 ） ；
? 高压轴流风机 P=490—4900N/m2 （ H=50—500毫米水柱 ）
? 低压轴流风机 P<490N/m2
农业机械上的风机还可分为清粮
型及通过用型两类
? 如图 14-1a
清粮型
? 14-1b通用
型
? 14-1c径向
进气风机
图 14-1 离心式风机简图
a.清粮型 b.通用型 c.径向进气
型
三、离心风机的称号
? 我国风机行业近年来对离心风机的习惯称号。全称包括名
称、型号、机号、传动方式、旋转方向和出气口位臵等六
部分由一组数字表示其组成。现以排尘离心风机 4－ 72－
11No.8C右 90° 为例，说明如下：
C 4 –72 –1 1 No.8 C 右 90°
C, 风机用途为排尘 （ 一般可省略不写 ）
4, 风机在最高效率点时的全压系数乘 10后的化整数
-72, 风机在最高效率点时的比转数 （ ns）
-1, 进口为单吸入
1, 设计顺序, 1表示第一次
No.8, 风机机号, 即叶轮直径 D2=800mm
C, 风机传动方式 （ 共有 A－ F六种 ）
右, 旋转方向 （ 从原动机侧看 ）
90, 出风口位臵与水平线夹角
第二节 离心风机的工作原理
一, 离心风机的工作过
程
离心风机主要由叶轮、进风口及
蜗壳等组成（图 14－ 2）。叶轮
转动时，叶道（叶片构成的流
道）内的空气，受离心力作用
而向外运动，在叶轮中央产生
真空度，因而从进风口轴向吸
入空气（速度为 c0）。吸入的
空气在叶轮入口处折转 90° 后，
进入叶道（速度为 c1），在叶
片作用下获得动能和压能。从
叶道甩出的气流进入蜗壳，经
集中、导流后，从出风口排出
图 14-2 离心通风机内气体流动方向
1.出风口 2.蜗壳 3.叶轮 4.扩压管 5.进风口 6.进气室
二,叶轮 的工作原理
? （ 一 ） 速度三角形 空
气在叶道上任一点处,
有绝对速度 c,它是气流
与叶轮的相对速度 ω与
牵连速度 μ的向量和
（ 图 14－ 3a） 。 绝对速
度 c与牵连速度 μ的夹角
以 α表示 。 相对速度 ω与
牵连速度 μ的反方向的
夹角以 β表示 。 通常只画
出叶片入口及出口的速
度三角形, 并以 1点表示
叶轮入口； 2点表示叶轮
出口 （ 图 14－ 3b,c） 。
图 14-3 速度分析及速度三角形
.气流在叶道内的速度分析 b.进口气流速度三角形
c,出口气流速度三角形
（ 二）基本方程 ——欧拉方程
? 为便于计算, 作假设如下：
? 1,气体为理想气体, 流动中没有任何能量损失, 故驱动风机
的功全部转化为气流的能量 。
? 2,叶轮叶片数无限多, 叶片无限薄 。 所以气体在叶道内的流
线与叶片形状一致, 气流相对速度 ω2的出口角 β2与叶片出口安装
角 β2A一致 。
? 3,气流是稳定流, 其流动不随时间而变化 。
? 当风机流量为 Q（ m3/s）, 压力为 PT∞ N/m2 时 （ PT∞ —
— 叶片数无限多时的理论压力 ）, 气流则得到的能量为
? N=Q PT∞ （ N〃m/s ）
? 如风机轴上阻力矩为 M（ N〃m ）, 角速度为 ω（ 1/s）, ）
则驱动风机的功为
? N=Mω （ N〃m/s ）
? 根据假设 1,驱动风机的功全部转换为气流的能量, 则
? ?2/ mNQNPT ???
.
? 根据动量矩定律, 单位时间内, 叶轮中气流对风机的动量
矩的变化, 等于外力对此轴线的力矩和 。
? 由图 14—3a可知, 叶道内气体 abcd经时间 Δt后, 移动到 efgh。
根据假设 3,气流为稳定流, 截面 abgh内气体动量矩不变 。
因而在 Δt时间内, 气体动量矩的变化为面积 abfe与 dcgh动量
矩之差, 而面积 abfe与 dcgh内体质量相等, 并等于每秒钟流
过叶轮气体质量乘以时间 Δt,即
? m=QρΔt
? 叶轮入口及出口处的动量矩 M1及 M2分别为
2222
1111
c os
c os
??
??
RtcQM
RtcQM
??
??
? ?? ?mNRcRcQt MMM ?????? 11122212 c o sc o s ???
.单位时间内动量矩的变化为力矩 M
或
所以
上式为离心通过风机的基本方程, 又叫欧拉方程 。 因略去了
全部损失, 所以 PT∞称为无穷多叶片时的理论全压 。
在上式中, C1u是叶轮进口处气流绝对速度 C1在圆周方向的速
度分量 。 由于叶轮入口处具有切线速度 u1, 按速度场作用规
律, 气流在进入叶轮时应该存在切向分速 。 但是空气的粘性
很小, 在没有导流器时, 可以认为气流是径向进入叶轮的,
即在叶轮入口处, α1=90°, C1=C1r,C1u=0。 代入欧拉方程,
可得：
PT∞=ρu2C2u
? ?? ?mNRcRcgQM ??? 111222 c o sc o s ???
? ?111222 c o sc o s ?????? RcRcQMP T ????
（三）轴向涡流
实际上风机的叶片数是有限的, 相邻两叶片所形成的叶道占有一定的
空间 。 当叶轮旋转时, 叶道空间随叶片一起转动；而叶道内的气体, 由
于自身粘性小, 又有惯性, 它就有保持其本身方向不变的趋势 。 由图 14
－ 4可见, 当叶轮旋转时, 叶道内的气体与叶道空间具有相对回转, 转向
与叶轮放臵方向相反, 这就是轴向涡流 。 轴向涡流使气流出口角 β2与叶
片安装角 β2A不等且 β2<β2A,所以, 在叶片数有限时, 有：
C2u=u2－ C2rctgβ2<C2u∞
即 PT<PT∞
或 PT=μPT∞
式中
? μ称为环流系数或压力减少系数 。 可见, 当叶片数有限时, 因 C2u<C2u∞，
故理论压力相应减少 。
1
2
2 ???
?? u
u
T
T
C
C
P
P?
图 14-4 轴向涡流的产生原因及其 c2u的影响
三、离心风机的功耗及效率
1、有效功率 Ne 有效功是指气流通过风机时从叶轮取得的能量。单位
容积流量通过风机后增加的能量为全压 P（ N/m2），若流量为 Q，则风
机的有效功率即输出功率为
2、轴功率 N 轴功率就是风机轴上的输入功率。若风机的全压效率为 η
则：
3,电机功率 Nm
K——电机容量储备系数，其值可按表 14－ 2选取。
式中 ηm——风机传动效率
? ?kWPQN y 1 0 0 0?
? y
NN ?
mm
NKN ?? ? ?kWPQKN
mm ??1 0 0 0
?
表 14－ 2 电动机容量储备系数
风机轴功率 N（ kW） <0.5 0.5―1 1－ 2 2－ 5 >5
K 1.5 1.4 1.3 1.2 1.15
四、离心风机的性能曲线
? 风机的基本性能参数为流量 Q,风压 P,轴功率 N及效率 η。 这些
性能参数均受风机转速的影响 。 当风机转速一定时, 风压, 功率
及效率与流量之关系曲线, 称为离心通风机的性能曲线 。
? （ 一 ） 理论性能曲线 在绘制理论性能曲线时, 不考虑能量损失 。
? 当叶片无限多时, 风机的理论压力为 PT∞。 由图 14－ 3c可知：
? C2u=u2－ C2rctgβ2
?
代入 PT∞=ρu2C2u式得：
因为
? Q=πD2b2C2r
? 所以
???
?
???
? ??
? 2
2
22
2 1 ?? c tgu
CuP r
T
???
?
???
? ??
? 2
222
2
2 1 ??? c tgubD
QuP
T
式中 D2——叶轮外径
b2——叶轮外径处叶片宽度
在叶片无限多时，气流出口角 β2等于叶片安装角 β2A。一台风机
若转速不变，则 u2,D2,b2,β2A均为常数，则有：
PT∞=A－ BQ
图 14-5 风机的理论性能
曲线（ PT∞-Q）
图 14-6 风机的理论性能
曲线（ N-Q）
因 A,B为常数，所以 PT∞与 Q 成线性关系。对前向叶片,β2A>90°,
ctgB2<0,B为负
图 14-5 风机的理论性能
曲线（ PT∞-Q）
图 14-6 风机的理论性能
曲线（ N-Q）
值，故 PT∞因 Q的增加而增加（图 14－ 5）；径向叶片 β2A=90°,
ctgB2=0,B=0；后向叶片,β2A<90°, ctgB2>0,B为正值，故 PT∞因
Q的增加而减少。
图 14-7 有限叶片数对理论性能曲线 (P-Q线 )的影响
n=常数； β＜ 90°
因假定无能量损失，所以风机轴功率 N与压力和流量之乘积成正比因
而可得三种叶片的功率消耗与流量的关系曲线
? （ 图 14－ 6） 。 由图可见, 前向叶片在流量增大时, 功耗剧增, 而后向
叶片在流量增加时, 功耗增长较缓 。
? 在叶片数有限时, 风机理论压力将减少 。 对一定的叶轮, 可近似地认
为环流系数 μ为常数, 则风机的理论性能曲线 （ PT∞－ Q） 将变为另一
条直线 （ PT－ Q） 。 图 14－ 7是后向叶片的理论性能曲线 （ P－ Q线 ） 的
变化示意图 。
图 14-7 有限叶片数对理论性能曲线 (P-Q线 )的影响
n=常数； β＜ 90°
（ 一 ） 图 14-8 实际性能曲线 (P-Q) 后向叶片, n= 常数
实际性能曲线 实际上风机有能量损失, 如果只考虑流动损失, 则在给
定转速下的实际性能曲线 （ P－ Q） 如图 14－ 8所示 。 由于未考虑泄漏损
失 及 轮 阻 损 失, 它 与 实 际 情 况 有 一 定 出 入 。
图 14-9 离 心 通 风 机 的 性 能 曲 线
a,前 向 叶 片 风 机 b,后 向 叶 片 风 机
目前还不能用计算的方法绘制实际性能曲线 。 所以离心风机的性能
曲线者是根据试验数据绘制的 。 由风机试验可测出各工况点的流量 Q、
全压 P及轴功率 N并算得效率 。 以流量 Q为横坐标所得 P－ Q,N－ Q,η
－ Q等关系曲线即为风机的实际性能曲线 （ 图 14－ 9） 。
图 14-8 实际性能曲线 (P-Q)后向叶片, n=常数 图 14-9 离心通风机的性能曲线
a.前向叶片风机 b.后向叶片风机
五、叶片形状
? 风机叶片形状可分为直叶片和曲叶片；按叶片出口安装角可分为前
向（ β2A>90° ），径向（ β2A=90° ）及后向（ β2A<90° ）叶片三类，对应
的风机叶轮称为前向、径向和后向叶轮。常用的叶轮形式如图 14－ 10所
示。
图 14-10 常用叶轮形式
a.前向叶片 b.多叶式前向叶片 c.径向曲叶片 d.径向直叶片 e.后向曲叶片 f.后向直叶片
（一）叶片形状对风机性能的影响 叶片形状影响出口安装角 β2A的大小，
因而也影响在叶轮出口处气流绝对速度 C2的大小（图 14－ 11）。 C2不同，
则风机性能也有较大差异 。
? 图 14-11 叶片出口角 β2A对
叶轮出口速度 C2的影响
? (D2,n,u2相等 )
? a.前向叶片 (β2A＞ 90° ) b.径
向叶片 (β2A=90° ) c.后向叶
片 (β2A＜ 90° )
? 1,由式 PT∞=ρu2C2u可
知, C2u愈大, 则风机的压
力愈高 。 由图 14－ 11可见,
在叶轮直径相同, 转速相同,
流量相等时, 前向叶轮风机
压力最高, 径向次之, 而后
向最低 。
图 14-11 叶片出口角 β2A对叶轮出口速度 C2的影响
(D2,n,u2相等 )
a.前向叶片 (β2A＞ 90° ) b.径向叶片 (β2A=90° ) c.后向叶片 (β2A＜ 90° )
2,随流量的增加, 前向叶轮风机功耗剧增, 有超载的可能, 称为过载
风 机, 后向叶轮则有功率不易过载的优点 。
3,因 C2大, 前向叶轮出口处气流动压大, 但风机出风口处气流动压较
小, 所以叶轮出口动压中的一部分将在蜗壳中通过扩压转化为静压, 扩压
损失大, 而后向叶轮扩压损失小 。 另外前向叶轮叶道短, 断面变化大, 其
叶道内的流动损失也大于后向叶轮, 故后向叶轮效率高, 前向叶轮效率低,
径向叶轮则在两者之间 。 4,前向叶轮噪声较大 。
? 5,从工艺观点看, 直叶片制作简单, 但径向直叶片冲击损失大, 效率
低 。
? （ 一 ） 各种叶轮的应用
? 1,后向叶片风机效率高, 噪声小, 流量增大时动力机不易超载, 因而
在各种大, 中型风机中得到广泛应用 。 它的缺点是在相同的风量, 风压时,
需要较大的叶轮直径或转速, 另外叶片容易积尘, 不适于作排尘风机 。 在
农业机械上它用烘干, 输送等固定作业或用作中, 低压风机 。
?
?
? 2,前向叶片风机效率较低, 噪声大, 但在相同风压, 风量
时, 风机尺寸小, 转速低 。 因而它用于高压通风机 （ P=7850
－ 9810Pa） 以及要求风机尺寸小的场合 。 在移动式农业机械
中由于要求风机的尺寸较小, 因此常采用前向叶片的中, 高
压风机 。
? 3,多叶式离心通风机都用前向叶片, 它的特点是轮径比
（ D1/D2） 大, 叶片数多, 叶片相对宽度较大, 因而用较小
的尺寸可得较大的压力和流量, 且噪声较低, 但效率也低 。
农业机械中的一些小型风机如小型植保机械上, 常采用多叶
式风机 。
? 4,径向直叶片风机的压头损失大, 效率低, 但形状简单,
制作方便 。 当风机效率不作为主要考核指标时, 它常被用作
低压风机, 农机上常用作清粮风机 。 另外, 后向直叶片风机
效率较径向直叶片风机高, 制造也比较简单, 适用于动压低,
静压与动压比值较高的场合, 一般用于中, 低压风机, 在农
机中应用较多 。
第三节 风机的选用
一, 风机与管网的配合
风机是与管网配合工作的 。 对工作管网来说, 气流应具有一定的压能以
克服管道的各种阻力并以规定的流量通过管网 。 所以应选用合适的风机,
使其在管网所要求的流量时, 压力与管网阻力一致, 而且风机效率较高 。
这就是选用风机的主要依据 。
图 14－ 12是 5XF－ 2.5种子精选机的气流清选装臵。风机从两个吸气管道
吸入空气，用气流带走谷粒混杂物中的轻夹杂物；当气流通过沉降室时，
因断面扩大而使流速降低，除灰尘外，其它夹杂物便沉降而与气流分离；
含尘气流从风机进风口进入风机，再从出风口通过排风管排入大气，或
者进入旋风分离器排尘后将空气排入大气
图 14-12 5XF-2.5种子精选机管网
1.喂料斗 2.预选风道 (前吸气道 ) 3.前沉降斗 4.风机 5.排风管
6.中沉降斗 7.后沉降斗 8.后吸气道
显然，为了使气流能有效地吸取夹杂物，在沉降室中分离夹杂物并防止吸
取谷粒，气流应以设计速度通过管网。已知设计的气流速度，可求得管网
设计流量 Q（ m3/s）。
管网阻力可分为吸管阻力 ΔPx及压气管阻力 ΔPy两部分，此外，气流从排风
管排入大气时具有动能（以压力计,ΔPdc），故管网的全压位：
P=ΔPx＋ ΔPy＋ ΔPdc
管网如无泄漏，则流量不变，而管网全压与流量的平方成正比，即：
P=KQ2
式中,K为总阻力系数，对于一个确定的管网,K为常数，故 P与 Q成抛
物线关系，叫做管网特性
? 图 14-13 风机与管网的配合
? 选定一风机, 作此风机在某一转速 n时的 P－ Q性能曲线 （ 图 14－ 13）, 与
管网特性曲线的交点为 g, 即风机的工况点, 而实际流量则为 Qg,Qg应等
于管网的设计流量, 否则就不能满足管网的工作要求；风机效率 ηg应在
ηmax附近 （ ηg≥0.97ηmax）, 否则就浪费能量 。 若不能满足上述要求, 则应
重定风机转速或改选风机 。
? 实际上管网工作条件会有变化, K值的波动将使流量改变 。 以 Kmax及 Kmin
表示极限状态, 并在图 14－ 13中画出相应的 P=KmaxQ2及 P=KminQ2曲线, 则
可得到流量变化范围以检验其对管网工作的影响 。
二、管网的计算
（一）管网计算的一般程序
1、根据工作要求配置气流管道及有关
设备。
2、确定空气流量。
3、确定气流在管道各部分的工作速度。
4、根据流量及气流速度计算管道断面
尺寸。
5、计算气流通过管网所需压力。
6、选择或设计风机并选择配套动力 。
? （ 二 ） 流量计算 空气流量与工作性质有关 。 用于输送时, 空气流
量 Q由输送物料的生产率及空气的输送浓度决定, 即
?
?
式中 m——输送装置生产率, Kg/s
? ρ——空气密度, 1.2kg/m3
? μ——输送浓度, μ=m/Qρ,即单位时间内, 输送物质量 m与空气质
量 Qρ的比, 可根据经验资料选取 。
图 14-13 风机与管网的配合
（三）气流速度 管网中各工作管道的气流速度 v，可根据工作要求选用。在
气流输送装臵上，当流量一定量，速度越低，则管道尺寸越大，且容易阻塞；
速度过高时，功率消耗大。通常
v=φvl
式中 vl——物料的临界速度,m/s
φ——速度系数，浓度越大，所需的 φ越大，可根据试验数据选用。
速度确定后，可按下式计算工作管道内径
? 管道直径过大, 使结构庞大, 投资费用增加；直径太小, 使压力损失增加,
增大功耗 。 所以在计算直径 d以后, 还应根据实际情况修正, 并相应改变
流量 Q及气流速度 v。
? （ 四 ） 压损计算 纯空气通过管网时, 压力损失有管道磨擦及局部阻力损
失两类, 在输送物料时, 这些损失将增大；另外尚需增加物料的加速, 提
升等损失 。 管网压力损失为上述压损之总和 。 若已知管网流量及压损, 则
可据此选用风机 。
? 1,管道摩擦损失 Pm 纯空气与管壁的摩损损失为：
? N/m2
? ???? cvdlPm ??? 12 2
式中 l——管道长度（ m）
d——管道当量直径 (m)
λ——摩擦阻力系数
ρ——空气密度（ Kg/m3）
μ——输送浓度
c——经验系数。
为便于计算，上式可改写为：
Pm=Rgl（ 1+cμ）
式中,R为纯空气通过一米长风管的摩擦阻力（ mm H2O/m，
1mmH2O=9.81N/m2），它与管道直径 d、气流速度 v有关，可直接从手册中
查得。
.
离心 风机的选用
? 若已知管网的流量 Q及压损 P,则可据此选用风机并确定其转速 。 农业机
械及农用设备所需通用型风机, 大多可直接选用工业通风机而不必重新设
计 。 我国机械工业部编有风机产品样本, 各风机制造厂也都提供其产品的
详细使用数据, 可作选用依据 。 风机性能常用表格或选择曲线来表示, 所
提供的性能数据均为 η≥0.9ηmax 范围内的数据 。 因为我国各风机制造厂目
前均采用公制, 所以在提供的性能数据中, 风机压力均为压头 H（ mmH2O）
或压力 P（ kgf/m2）, 且 1mmH2O=1kgf/m2 。 采用中华人民共和国法定计量
单位时, 压力单位为 Pa 或 N/m2。 所以在按风机制造厂提供的性能资料选
用风机时, 需将压力值进行折换, 即
? （ 一 ） 离心风机的选用原则
? 1,风机的风压及流量应满足管网的要求, 应尽量选用效率高, 运转平
稳, 噪声低, 调节性能好的风机 。
? 2,由于管网工作条件有一定变化范围, 所以应按管网最大流量为依据,
计算管网的压损及流量 。
? 3,因管道有关设备在安装中往往因不够严密而存在漏风现象, 所以在
选用风机时需将流量增大 10—15%。
? 4、考虑到管网压损计算的不完善，风机提供的压力应比管网计算压损
增加 10%。
四、离心风机的调节
? 装在气流工作系统中的离心风机, 其工况点取决于管网特性及风机特性 。
这两个特性只要有一个发生变化, 则系统内气流的流量及压力都随之变化 。
气流系统的工作条件是变化的, 如气流输送装臵的输送物及输送量, 谷物
干燥系统的谷层阻力等都有可能改变 。 为了满足所要求的空气流量, 必须
对风机进行调节 。 常用调节方法如下 。
? （ 一 ） 节流 在管网的吸风管路或压风管路中装设阀门, 用调节阀门开度
来调节管网中空气流量的方法称为节流调节 。 当阀门全开时, 管网特性为
R1（ 图 14－ 18）, 风机特性为 P－ Q,则工况点为 A1,系统的流量及压力分
别为 Q1,P1 。 若需要减小流量, 可将节流阀关小, 因节流阀具有附加阻力,
使管网总阻力系数 K 加大, 管网特性由 R1变为 R2,工况点移到 A2,则风机
的流量及压力分别为 Q2,P2 。 显然, 由于流量减小, 克服管网阻力 （ 包括
全开的阀门阻力在内 ） 所需的压力由 P1减为 P2`,但阀门增图 14-16 高压离
心风机综合性能选择曲线图
? 图 14-17 8-18№4-№10离心风机的性能选择曲线
?
加阻力 ?P2,故风机压力 P2=P2`+?P2 。 节流后风机的功率可由风机功率曲
线查得 （ 图 14－ 18） 。
? 用节流阀调节的优点是结构简单, 操作方便, 调节可靠 。 但是人为地增加
管网阻力, 在能耗上是不经济的；且在调节时只允许管网流量小于设计流
量 （ 最大流量 ） 。 这种调节方法在小型通风机上应用较广 。
图 14-16 高压离心风机综合性能选择曲线图
图 14-17 8-18№4-№10离心风机的性能选
择曲线
图 14-16 高压离心风机综合性能选
择曲线图
图 14-17 8-18№4-№10离心风机
的性能选择曲线
? （ 二 ） 调节风机转速 改变风机转速,
则风机性能曲线也随之改变 。 其变化规
律如下：
? 图 14-19 调节风机转速对工况点的影响
? 由图 14－ 19可见, 管网特性为 R,当风机
转速为 n1时风机特性 （ P－ Q） 为 P1, 工
况点为 A1, 风机流量为 Q1。 如果需要增
大流量为 Q3,则可将风机转速增至 n3,
其工况点为 A3。 由图可见, 在转速变化
时, 功率 N及效率 η 曲线也相应变化, 但
相应于工况点 A1,A2,A3的效率值变化
不大, 故在转速变化范围为 ?20%,可以
不考虑效率的变化 。
? 小功率风机用三角皮带无级变速调节方
便可靠较节流阀调节经济性高, 但结构
较复杂 。 在清粮风机上应用较多 。
? 另外还可用进口导流器或改变叶片宽度
的方法来调节风机流量；不过, 这在农
机上应用较少 。
图 14-19 调节风机转速对工况点的影响
第四节 横流风机和轴流风机
一, 横流风机
（ 一 ） 结构及工作原理 横流风机又称贯流风机或径向进气风机, 其结
构如图 14－ 20所示 。 它由叶轮, 蜗壳及蜗舌等组成 。 叶轮为多叶式, 长圆
筒形, 一部分敞开, 另一部分为蜗壳包围 。 蜗壳两侧没有像离心风机那样
的进风口 。 叶轮回转时, 气流从叶轮敞开处进入叶栅, 穿过叶轮内部, 从
另一面叶栅处排入蜗壳, 形成工作气流 。
气流在叶轮内的流动情况很复杂, 而且叶轮内的气流速度场是非稳定
的 。 根据观察, 在叶轮内有一个旋涡 （ 图 14－ 20）,
横流式风机结构及工作原理 1
1.叶轮 2.蜗舌 3.蜗壳
图 14-20 横流式风机结构及工作原理
1.叶轮 2.蜗舌 3.蜗壳
? 旋涡中心位于蜗舌附近 。 旋涡的存在, 使叶轮
输出端产生循环流；在旋涡外, 叶轮内的气流流
线呈圆弧形 。 因此, 在叶轮外圆周上各点的液体
速度是不一致的；越靠近涡心, 速度愈大, 越靠
近涡壳, 则速度愈小 。 由此可见, 在风机出风口
处气流速度和压力是均匀的, 因而风机的流量系
数及压力系数是平均值 。 旋涡的位臵对横流风机
的性能影响较大 。 旋涡中心接近叶轮内圆周且靠
近蜗舌, 风机性能较好；旋涡中心离涡舌较远,
则循环流的区域增大, 风机效率降低, 流量不稳
定程度增加 。 壳体形状, 蜗舌位臵及风机进出口
压差对涡心位臵有明显影响, 目前主要靠试验来
决定各尺寸的最佳范围 。
横流风机的特性曲线 两种横流风机的特性曲线如图 14－ 21所示 。 由图可见,
横流风机的效率较低；在流量较大时, 动静压比较大；在风机直径小时, 可
产生较大流量；由于静压曲线呈驼峰形, 在流量较小时, 存在不稳定工作 。
图 14-21 横流式风机的特性曲线
图 14-21 横流式风机的特性曲线
? 横流风机的应用 横流风机的动压高、出口气流速
度大、气流到达距离较远；它的宽度可按需要选
定，在宽度较大时气流速度比较均匀，所以虽然
效率较低（最高效率为 35－ 60%），仍在低压通
风换气、空调、车辆及家用电器上得到广泛应用。
在谷物联合收获机及脱粒、清粮机上，用离心风
机作清粮风机时气流速度很不均匀，影
（二） 响了清粮室工作性能，而横流风机能得
到均匀的气流，且不受宽度的限制。因而近年来
将横流风机用清粮风机的研究得到广泛的重视。
二, 轴流风机
（ 一 ） 轴流风机的结构和工作原理 在离心风机中, 气流
在叶轮内的流动是径向的, 而在轴流风机中, 气流在叶轮内
是沿轴向流动的 。
轴流风机由整流罩, 叶轮, 导叶, 整流体, 集风器及扩
散筒等组成 （ 图 14－ 22） 。 其中叶轮是回转的, 称为转子,
其它部分则是固定的 。 工作时气流从集风器进入, 通过叶轮
使气流获得能量, 然后流入导叶, 使气流转为轴向；最后,
气流通过扩散筒, 将部分轴向气流的动能转变为静压能 。 气
流从扩散筒流出后, 输入管路中 。
? 轴流风机由整流罩, 叶轮, 导叶, 整流体, 集风器及扩散筒等组成 （ 图
14－ 22） 。 其中叶轮是回转的, 称为转子, 其它部分则是固定的 。 工作
时气流从集风器进入, 通过叶轮使气流获得能量, 然后流入导叶, 使气
流转为轴向；最后, 气流通过扩散筒, 将部分轴向气流的动能转变为静
压能 。 气流从扩散筒流出后, 输入管路中 。
? 沿某一半径 R作叶轮及导叶剖面展开后, 可得一组平面叶栅 （ 图 14－ 22） 。
叶栅的形状影响风机的流量, 压力及效率, 是轴流风机设计的关键 。 图
14-22 轴流风机结构简图
图 14-22 轴流风机结构简图
1.集风器 2.整流罩 3.叶轮 4.导叶 5.整流体 6.扩散筒
? 1,基元级及速度三角形 一个叶轮与导叶构成一个级, 多级轴流风机可
提高压力, 但轴流风机一般只有一级 。 用不同半径作叶轮和导叶剖面,
可得不同的平面叶栅, 一个平面叶栅称为一个基元级, 因而级可以看成
是无限多个基元级组成 。
图 14-23 轴流风机基元线速度三角形
对于一个基元级, 可画出动叶进口 1－ 1及出口 2－ 2处的速度三角形 （ 图
14－ 23a）, 因半径 R相同, 所以 u1=u2,且 C1Z=C2Z,将进出口速度三角
形画到一起 （ 图 14－ 23b） 。
图 14-23 轴流风机基元线速度三角形
? 由图可知：
? ?ωu=?Cu= C2u－ C1u
? 2,叶轮对气体所作的功 由欧拉方程知：
? Pt=ρ（ u2C2u－ u1C1u）
? 因为轴流风机的基元级上, u1 = u2= u,再考虑流动损失, 则轴流风机的全压
力为：
? P=ρu? Cuη
? 或由速度三角形 （ 图 16－ 32b） 写成：
? P=ρu Cz(ctgβ1—ctgβ2)η
? 式中 Cz——气流的轴向分速
? 由上式可见, 要增加气流压力 P有下列三个途径：
? （ 1） 增加叶轮圆周速度 u,但它受叶片强度等条件所限制 。
? （ 2） ?β=β2－ β1称为气流折转角 。 只有 ?β>0,才有 P>0； ?β愈大, 则 Pt
愈大 。 但 ?β过大, 将使效率急剧降低, 一般 ?βmax=40° － 45° 。
? （ 3） 增加 Cz可增加全压 P,但 Cz加大后主要是流量增加及气流的动压加
大, 如用扩压变动压为静压, 将使效率急剧下降 。
? 由上述分析可见, 单级的轴流风机可以有较大流量, 但增压不大, 一般风机
全压很少超过 2150Pa。
? （ 二 ） 导叶的单独叶轮 （ 图 14-24a） 这是最简单的一种类型, 由叶栅流
出的气流绝对速度 C2（ 图 14-25a） 可分解为轴向速度 CZ（ C2=C1） 及圆周
分速度 C2u(C2u=△ Cu)。 C2u的存在导致能量损失, 使风机效率降低 。 这种
类型的轴流风机结构简单, 制作方便, 价格便宜, 故在风机中应用很广,
主要用轴流风机的基本类型
? 图 14-24 轴流风机基本类型
? a.无导叶的单独叶轮 b.叶轮配后导叶 c.叶轮配前导叶 d.叶轮陪前后导叶
?
1,无于厂房的通风换气 。
? 图 14-25 各类型轴流风机的速度三角形
?
2、叶轮配后导叶（图 14-24b）叶轮速度三角形与单独叶轮型相同 (图 14-
25a)，叶轮叶栅出口气流速度为 C2。后导叶是固定的，无牵连速度 μ，无
速度三有形。其入口角与 C2方向一致，出口角为 90°,故气流可无冲击
地进入后导叶并在后导叶叶道中转变成轴向，减
图 14-24 轴流风机基本类型
a.无导叶的单独叶轮 b.叶轮配后导叶 c.叶轮配前导叶 d.叶轮陪前后导叶
? 少了损失 。 这一类型的风机压头和效率都比前者高, 现在最高效率已可达
90%左右, 在风机中应用最普遍 。 同一风机, 叶片有不同安装角时最佳工况
范围不同, 使用者可根据使用条件选购 。 近年来已研制成叶片安装角可调的
轴流风机, 扩大了风机的使用范围并提高了工况变化时风机的效率 。
? 3,叶轮配前导叶 （ 图 14-24c） 导叶装在叶轮之前, 气流通过导叶再进入叶
轮 。 气流进入导叶时为轴向, 流出导叶时速度为 C1,C1具有与叶轮旋转方向
相反的圆周分速度 C1μ（ 图 14-25b）, 称为负预旋 。
? 气流进入叶轮时速度为 C1,而出口速度 C2=Cz为轴向 。 这种配臵型式具有较
高的压力系数, 但叶轮中相对速度 ω较大, 因而损失较大, 效率较低, 一般
η=0.78—0.82左右 。 常用于要求风机体积小的场合, 如车用发动机的风冷设
备等 。
? 4、叶轮配前后导叶 (图 14—24d) 这类风机是上面两种风机的结合，其速度三
角形如图 14-25c所示。叶轮进口气流速度 C1与出口气流速度 C2对称，风机的
效率 η=0.82—0.85。由于多了一排导叶，使结构复杂，实际上很少采用。将
前导叶作成角度可调，其效果较好常用于多级轴流风机。
图 14-25 各类型轴流风机的速度三角形
? （四）轴流风机的性能曲线 与离心风机相同，轴流风机也可用有因次及无
因次曲线来表示其性能。但是轴流风机即使同一系列同一机号，因叶片安装
角的不同，性能曲也不相同。将叶片不同安装角的性能曲线表示在同一个性
能曲线图上，在使用时可选择适当的风机系列、机号及叶片角度，以便于向
工厂订货。图 14-26是 T30轴流风机系列的无因次特性曲线。该风机为一般用
途的风机，叶片由薄钢板压制而成，可装成 10°, 15°, 20°, 25°,
30° 及 35° 六种角度。叶轮由电机直接驱动，叶轮圆周速度不得超过 60m/s。
风机流量 Q、压力 P因机号、叶片数、叶片安装角、叶轮转速而变。如机号
为 No.10（叶轮直径 1000mm）、叶片数 Z=4、主轴转速 N=960 r/min、叶片角
度 θ=35° 时，其流量 Q=48000m3/h、全压 P=265Pa(27mmH2O)、全压效率
η=0.63、配套电机功率 N=7.5kW，可由性能表格查得。
图 14-26 T30轴流风机特性曲线
曲线标号与叶片角度对应关系为,
1.10° 2.15° 3.20° 4.25° 5.30° 6.35°
? 农业机械上所用的风机类型很多, 其中有些还没有形成系列,
甚至找不到适合的模型风机, 这时就要用理论计算法进行设
计 。 由于理论设计不够精确, 通常要经过试验来修正, 因而
风机试验工作很重要 。
? 风机的空气动力性能试验可分为现场测试和试验装臵试验 。
现场测试是指在实际使用场所测定空气动力性能, 因受试验
及测量条件的限制, 往往不易精确；但用来测定装设好的风
机性能, 还是比较方便 。 在验证和修改设计时, 一般都用性
能试验装臵进行试验 。 如实物风机过大, 可采用模型试验 。
工业上用作模型风机的尺寸大多为 D2=500mm和 D2= 1000mm
两种 。
风机的性能试验
一, 风机的性能试验装臵
?
图 14-27 风机性能试验装置
1.集流器 2.压力计 3.网栅节流器 4.风筒 5.整流栅 6.连接管 7.风机 8.锥形节流器 9.皮托管
? 常用的有进气式, 排气式及进排气联合式三种, 可根据风机实
际工作情况选用 。 如用吸气风道工作时, 可用进气试验装臵；
用出风管道工作的, 可用排气试验装臵；若风机进风口和出风
口都接有较长的工作管道, 则宜选用进排气联合试验装臵 。 这
样, 可使试验接近实际工况, 而且测定结果可靠, 但由于进气
试验装臵设备简单, 使用方便, 大部分风机工厂都习惯于采用
这种试验装臵进行风机性能试验 。
? 1,进气试验装臵 试验风筒设臵在风机进风部分, 它由风管, 集流器, 网
栅节流器, 进气整流栅及连接管等组成 。 各部分尺寸关系如图 14-27a所示 。
试验风筒应与风机进口面积相等, 两者面积之比不得超出 0.7—1.3。 集流器
用来在 j—j断面测定流量 。 在 I—I 断面上测定静压 。 在网栅节流器上均匀地
贴上纸片或用铁丝网分层叠加的方法, 可调节流量以改变工况点 。
? 2,排气试验装臵 （ 图 14-27b） 试验风筒装在风机出风口处, 通常用皮托管
测定动压, 用圆锥形节流器调节流量 。
? 3．进排气联合试验装臵 在风机进风口及出口上均接有试验风筒，分别与
进气及排气试验装臵相似。在进气端用集流器测流量，在进气及排风筒上分
别测静压；用排气风筒出口端的锥形节流器调节流
图 14-28 集流器
1.圆弧形 2.锥形
? 二, 基本参数的测定方法
? 绘制风机的空气特性曲线的基本参数为流量, 压力, 功耗及效率等 。 其测定
及计算方法如下 。
? （ 一 ） 流量
? 1,用集流器测流量 集流器有圆弧形和锥形两种型式 （ 图 14-28） 。 器壁上
有孔, 可用来测定静压, 如果没有损失, 则在 j-j截面上 （ 图 14-27a） 动压与
静压相等；如
?
考虑损失, 则可引入一流量系数 φ,因而可算得风筒内气流速度 V
? 流量 Q
sjdj PPV ????
22 ??
????
? sjsj PDPDVFQ 22 11.1
4414.1 ???
? 式中 F——风筒在 j-j截面处的面积
? Psj——在 j-j截面处测得的静压 (N/m2),通常在 j-j截面的风筒上, 按
四等分开四孔, 分别测出静压, 然后取平均值即 Psj
? φ——流量系数, 对圆弧形集流器, φ=0.99；锥形集流器 φ=0.98
? 2,用皮托管测定流量 皮托管结构如图 14-29所示 。 用皮托管可测定管内
某一点的动压力 Pd (图 14-30）, 因而可算出该点的气流速度 。
? 为了测出平均流速, 可将管道断面分为面积相等的若干个小块, 分别测
出每一小面积的中心的动压力 Pdi,算出其速度 Vi 及平均速度 Vp,再求得
流量 Q。
? （ m/s）
dii Pv ?
2?
n
v
v
n
i
i
p
?
?? 1
pp V
DFVQ
4
2?
??
? 式中 F——管道面积 （ m2 ）
? D——圆形管道直径
（ m）
? 矩形管道一般可分为 16个
或更多的小矩形面积（图
14-31a），圆形管道一般
可分为五个等面积圆环，
依管道直径的大小在每一
圆环测定 2点或 4点（图 14-
31b）。各测定点直径分别
为 D1=0.316D,D2=0.548D，
D3=0.707D,D4=0.837D，
D5=0.949D
图 14-29 皮托管
图 14-30 用皮托管测定动压
图 14-31 动压测定点
1.矩形管道 2.圆形管道
（ 二 ） 压力 在风筒壁上开孔接上压力计, 可测定此断面的静压 （ 图 14-
27）, 也可用皮托管接入压力计测定某一断面的动压或静压, 常用 V形管
压力计或微压计 。 测定结果须经换算才能得到风机全压 P,静压 Ps 及动压
Pd。 换算方式在各种试验装臵上不同 。
1、动压 Pd 风机动压 Pd为风机出口断面 C—C的动压，如已知流量为 Q，
则
（ 1） 进气试验装臵 因为进风管内的动压是由静压的降低转换而来的,
所以风机静压为出口断面 C—C的静压 PSC和风机进口断面 B—B的全压 Pb
之差, 而 Pb为 I—I 断面的全压减去由 I—I 断面到 B—B断面的压力损失
△ P1-b。 因为没有出风管道, 所以 Psc =0,则：
PS =PSC － Pb ＝－ (Ps1 ＋ Pd1－ △ P1-b )
2
2
22 ???
?
???
???
c
cd F
QVP ??
? 式中, Ps1 为真空度, － Ps1 =｜ Psl｜；又 △ P1-b 包括进气整流
栅损失及管道摩擦损失, 可取 △ P１－ b =0.15Pd1,因为 △ Pd1
=φ2 ｜ Psj｜, 所以风机静压力为
? Ps=｜ Ps1｜－ 0.85φ2｜ Psj｜
? 将测得的 Ps1 及 Psj代入, 即可算出风机静压 Ps。
? （ 2） 排气试验装臵 风机静压等于 Ⅱ － Ⅱ 断面的全压 （ Ps２ ＋
Pd２ ） 加上断面 C－ C断面到 Ⅱ － Ⅱ 断面的压力损失, 再减去
C－ C断面的动压Ｐ d,即：
? PS = PS２ +Pd2 +△ Pc-2－Ｐ d
? 在图 14—27 b的试验装臵中, △ Pc-2 =0.15Pd2,所以：
? PS=PS2+1.15Pd2－ Pd
? 将测得的结果代入, 可算得风机静压力 。 如风机出口断面与风
筒断面积相等, 则：
? PS=PS2+0.15Pd2
? 3,风机全压 P
? P=PS+Pd
? 4,压力系数
? （ 三 ） 功率 用扭矩测功法或电力测功法可测出风机的轴
功率 N。 将此轴功率减去风机轴承摩擦功耗, 则是风机的水力
功率 Nn。 水力功率是指风机叶轮对气体作用所消耗的 功率 。
