离心风机基础与风压测量技术解析：形管液柱压力计与单管压力计的比较研究

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离心风机基础与风压测量技术解析：形管液柱压力计与单管压力计的比较研究

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：离心风机、形管液柱压力计、单管压力计、风压测量、流体力学、通风技术

引言

离心风机作为工业领域中最常用的流体输送设备之一，其性能测试与评估离不开精确的压力测量。在风机技术领域，液柱压力计因其简单可靠、成本低廉的特点，至今仍在现场测试和实验室研究中广泛应用。其中形管液柱压力计（U型管压力计）和单管压力计是最基本的两种测量仪器，了解其工作原理和使用方法对风机技术人员至关重要。本文将系统介绍离心风机的基本工作原理，并重点解析这两种压力计的结构特点、测量原理和实际应用。

第一章离心风机工作原理概述

离心风机是一种依靠输入机械能提高气体压力并排送气体的流体机械，其主要由叶轮、机壳、进风口、支架等部件组成。当电机带动叶轮旋转时，叶片之间的气体在离心力作用下被甩出，同时叶轮中心形成负压，外界气体在大气压作用下被吸入，如此源源不断地输送气体。

离心风机的性能参数主要包括风量、风压、轴功率和效率。其中风压是评估风机性能的关键指标，分为静压、动压和全压：

静压（Ps）：气体对平行于气流方向的物体表面施加的压力，是克服管道阻力的能力动压（Pv）：气体流动所需的动能，与气流速度的平方成正比全压（Pt）：静压与动压之和，代表气体所具有的总能量

它们之间的关系可用公式表示为：全压等于静压加动压（Pt = Ps + Pv）。在实际测量中，通常使用液柱压力计来测量这些参数。

第二章液柱压力计的基本原理

液柱压力计是基于流体静力学原理的测量仪器，利用液柱高度产生的压力来平衡被测压力。根据帕斯卡原理，密闭容器内的流体能够将压力 equally向各个方向传递，且压力大小与液柱高度成正比。

液柱压力计的基本测量公式为：压力等于液体密度乘以重力加速度乘以液柱高度（P = ρ × g × h）。其中，P为被测压力（帕斯卡Pa），ρ为工作液体密度（千克/立方米），g为重力加速度（9.8米/平方秒），h为液柱高度差（米）。

常用工作液体包括水（ρ=1000 kg/m³）、汞（ρ=13590 kg/m³）和酒精等。选择工作液体时需考虑测量范围、精度要求和安全性（汞有毒性，需谨慎使用）。

第三章形管液柱压力计的结构与使用

3.1 结构与特点

形管液柱压力计因其U形管结构而得名，是最常用的压力计类型之一。它由一根透明玻璃或塑料管弯成U形并固定于刻度板上构成，管内充有适量工作液体。当U形管两端同时接入不同压力时，液柱会产生高度差。

形管压力计的主要优点包括：结构简单、制造容易；使用方便、读数直观；无需校准、可靠性高。但其也存在一些缺点：需两次读数并计算高度差，增加了读数误差；玻璃管易破损，耐用性较差。

3.2 测量原理与应用

当形管压力计两端接入不同压力（P1和P2，设P1>P2）时，压力较高一侧的液面下降，另一侧上升，直到液柱高度差产生的压力与被测压力差平衡。根据平衡原理有：压力差等于液体密度乘以重力加速度乘以液柱高度差（P1 - P2 = ρ × g × Δh）。

在离心风机测试中，形管压力计常用于：

风机进出口静压差测量管道沿程阻力损失测定过滤器、换热器等设备的压降测量

3.3 使用注意事项

使用形管压力计时需注意以下要点：

保持压力计垂直安装，避免倾斜造成读数误差读数时视线应与液面凸面（或凹面）平齐，以减少视差误差使用水时应添加颜色剂以提高读数清晰度测量较高压力时选择密度较大的工作液体（如汞）注意温度对液体密度的影响，必要时进行温度修正

第四章单管压力计的结构与使用

4.1 结构与特点

单管压力计是形管压力计的改进型，由一个截面积较大的容器和与之相连的细测量管组成。容器接入高压侧，细管接入低压侧（或通大气），通过读取细管中液柱高度确定压力值。

单管压力计相比形管压力计的主要优点是：只需一次读数，减少了读数误差；由于容器截面积远大于细管，可忽略容器内液面变化，提高测量精度。但其结构相对复杂，制造要求较高。

4.2 测量原理与应用

单管压力计的工作原理基于连通器原理。当高压侧（容器）接入压力P1，低压侧（细管）接入压力P2（通常为大气压）时，细管中液面上升高度h。由于容器截面积A1远大于细管截面积A2（通常A1/A2≥200），容器内液面下降可忽略不计，因此压力差计算公式简化为：压力差等于液体密度乘以重力加速度乘以液柱高度（P1 - P2 ≈ ρ × g × h）。

在离心风机测试中，单管压力计特别适用于：

风机静压的精确测量微小压力差的高精度测量实验室环境下风机性能曲线的绘制

4.3 使用注意事项

使用单管压力计需注意：

确保容器与测量管的截面积比足够大（建议≥200:1）定期检查连通管路是否堵塞或泄漏对精度要求高的测量需进行截面比修正：实际高度差等于读数高度乘以一加细管截面积与容器截面积之比（Δh = h × (1 + A2/A1)）测量负压时，应将细管接入高压侧，容器接入低压侧

第五章两种压力计在风机测试中的比较与应用实例

5.1性能比较

从测量精度看，单管压力计因只需一次读数且可忽略容器液面变化，精度通常高于形管压力计。特别是在微小压差测量时（如<50Pa），单管压力计优势明显。

从使用便利性看，形管压力计结构简单，便于现场快速检测；而单管压力计需确保大截面比，制作工艺要求更高，但读数更为简便。

从应用范围看，形管压力计可测量正压、负压和压差，适用范围广；单管压力计虽也可测量各种压力，但通常更适合单方向压力测量。

5.2 风机性能测试实例

以某工业离心风机性能测试为例，测试方案如下：