负压排气原理及其应用

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1、万方数据·6·节能2001年第7期文章编号：1004-7948(2001)07—0006—04文献标识码：A中图分类号：TK263．5负压排乏原理及其应用(沈阳航空工业学院动力系，沈阳110034)申振华摘要：介绍了负压排气原理及其在国民经济中的应用。只要有排气(或通风)的场合，例如通风除尘、燃气轮机、烟囱等，采用这一技术均可带来巨大的经济效益。关键词：负压；烟囱；通风；排油烟机l引言节约能源是我国发展经济的一项长远战略方针。有资料表明，我国能源效率仅为36％左右，相当于发达国家80年代的效率水平，主要工业产品能耗比发达国家高30％～100％．面对我国即将加人WTO，我们必须千方百计降低

2、能耗和产品的生产成本，才能在世界范围的竞争中立于不败之地。但是不尽如人意的是，许多企业领导的眼睛只盯着“高、精、尖”，却对眼前只需稍做努力即见显效的事情不感兴趣，例如他们对风机中精确的三元流计算(充其量可以提高效率3％～4％)钟爱有加，却对可以轻易提高效率10％～30％的“常规”系统设计不屑一顾，真可谓捡起芝麻(却未必捡得到)，丢了西瓜。本文对负压排气原理进行了多方面的应用研究，认为只要有排气的地方，均可运用此原理，要么在动力不变的情况下增大排气量，要么在排气量不变的情况下，显著节约动力消耗；由于该原理的应用具有明显的“分散效应”，即各使用单位因应用有限，似乎经济效益不甚显著，但若在更大

3、或全国范围内采用，则将获得巨大的经济效益。2负压排气原理为简便起见，假定流体为无粘性的低速不可压缩流动，见图l。由流体力学中的柏努利方程可知：P’=Pl+扣V2=只+÷p曙二1=只+÷p哼=常数(1)式中PL来流总压；P卜分别为任一流动截面上的静压和流速；只一大气压力。图1负压排气原理图在直排气管(图l—a)情况下，出口截面e’一e’处压力Pl=只，排气速度为V；如果在其后端接上一段扩张角为口的扩张段，则扩张排气管(图1一b)情况下，出口截面e—e处压力B=只，排气速度为K。由方程(1)，K=V。因为气流在扩张段中的流动为减速扩压，所以有PI’<只=只，V’>K=V，即由于加接了适当的扩

4、张段，使原出口e7一e’处的压力P17比大气压力只低，因此称作负压排气。应用这一原理，使得同样尺寸的排气管道排气流量大大增加；或者排气“反压”降低，从而节省动力消耗．下面结合实例谈谈这一原理的具体应用．3通风除尘3．1实验装置实验是在离心通风机实验装置上进行的，如图2所示．在离开风机和出口足够远的直管万方数据2001年第7期节段某截面A—A，用皮托管测量其总、静压分布，并积分计算风机流量。风机转速不变．图2离心风机实验装置结构图3．2实验结果及分析在原型(圆筒)出口管和加接扩张段情况下进行对比测量，发现对于长度直径比I／d为l的9。扩张角的出口管的流量比原型流量增大了约15％．这就是说，

5、如果用于通风除尘，采用负压排气技术，室内工作环境比原来可大大改善；另一方面，如果保持通风量一定，则可以显著节省动力消耗。风机是工业生产中的耗能大户，有资料表明，风机能耗约占全国总用电量的15％以上。综观目前各地的风机排气筒，基本上都是等截面(圆，方)直管形的，如果全面采用负压排气技术，尽管对每个部门的耗能节约可能并不显著，但对—含地区、一个省乃至全国，其节约量将是十分惊人的，应当引起各部门领导的足够重视。4燃气轮机发电燃气轮机发电是航空发动机地面使用的典型例子，它机动灵活、结构紧凑、占地面积少，特别适合于交通不便的边远地区或海上的电力供应，也可作为城市用电高峰时的补充。其工作原理如图3所

6、示。图3燃气轮机发电原理图在燃气轮机中，空气流过由压气机、燃烧室和涡轮组成的燃气发生器，高温高压燃气在动力涡轮中进一步膨胀做功，带动同轴上的发电机发电，废气经由e—e截面进入高大的烟囱(未示出)并排出，在进气条件和燃气发生器转数不变时，发电量的多少直接取决于动力涡轮的膨胀比，而这个膨胀比直接由动力涡轮后截面5处的反压只所决定，反压只越低，动力涡轮的膨胀功越多，发电量也就越大。一般来说，为了提高膨胀比，设计者总是将5一e段设计成扩张型的，但是由于气流在其中减速扩压流动，气流会产生附面层分离而造成较大的流动损失，所以扩张角通常控制在12。以内．这就是说，仅靠这一次扩张，不可能使动力涡轮的膨胀

7、比增加太多。现在，在外接的高大烟囱出口，再次利用负压排气原理，则可以进一步降低反压只，从而进一步增大动力涡轮的膨胀比，以使发电量大大增加。据初步估算，对于功率为4万kW的燃气轮机发电机，采取上述负压排气技术，每天(24h)可多发电l万kWh，具有可观的经济效益．5排油烟机排油烟机是现代家庭厨房中的必备设施，对于改善居室环境，保护人民健康，提高人们生活质量有重要作用。在选购排油烟机时，人们往往只追求其内在质量，而忽视其排气管(作为附件