《離心式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和選型手冊(cè)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《離心式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和選型手冊(cè)（40頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、離心式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)包括氣動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算等內(nèi)容。這一章主要講第一方面，而且通風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)分相似設(shè)計(jì)和理論設(shè)計(jì)兩種方法。相似設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，可靠，在工業(yè)上廣泛使用。而理論設(shè)講方法用于設(shè)計(jì)新系列的通風(fēng)機(jī)。本章主要敘述離心通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的一般方法。離心通風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)中根據(jù)給定的條件:容積流量，通風(fēng)機(jī)全壓，工作介質(zhì)及其密度，以用其他要求，確定通風(fēng)機(jī)的主要尺寸，例如，直徑及直徑比，轉(zhuǎn)速n,進(jìn)出口寬度和，進(jìn)出口葉片角和，葉片數(shù)Z，以及葉片的繪型和擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)，以保證通風(fēng)機(jī)的性能。對(duì)于通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的要求是：（1） 滿足所需流量和壓力的工況點(diǎn)應(yīng)在最高效率點(diǎn)附近；（2） 最高效率要高，效率曲線

2、平坦；（3） 壓力曲線的穩(wěn)定工作區(qū)間要寬； （4） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性能好；（5） 足夠的強(qiáng)度，剛度，工作安全可靠；（6） 噪音低；（7） 調(diào)節(jié)性能好；（8） 尺寸盡量小，重量經(jīng)；（9） 維護(hù)方便。對(duì)于無(wú)因次數(shù)的選擇應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1） 為保證最高的效率，應(yīng)選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)闹祦?lái)設(shè)計(jì)。（2） 選擇最大的值和低的圓周速度，以保證最低的噪音。（3） 選擇最大的值，以保證最小的磨損。（4） 大時(shí)選擇最大的值。1 葉輪尺寸的決定圖3-1葉輪的主要參數(shù):圖3-1為葉輪的主要參數(shù):葉輪外徑:葉輪進(jìn)口直徑；:葉片進(jìn)口直徑；:出口寬度； :進(jìn)口寬度；:葉片出口安裝角；:葉片進(jìn)口安裝角；Z:葉片數(shù)；:葉片前盤(pán)傾斜角

3、；一 最佳進(jìn)口寬度在葉輪進(jìn)口處如果有迴流就造成葉輪中的損失，為此應(yīng)加速進(jìn)口流速。一般采用，葉輪進(jìn)口面積為，而進(jìn)風(fēng)口面積為，令為葉輪進(jìn)口速度的變化系數(shù)，故有：由此得出： (3-1a)考慮到輪轂直徑引起面積減少，則有： (3-1b)其中在加速20%時(shí)，即, (3-1c)圖3-2 加速20%的葉輪圖圖3-2是這種加速20%的葉輪圖。近年來(lái)的研究加速不一定是必需的，在某些情況下減速反而有利。二 最佳進(jìn)口直徑由水力學(xué)計(jì)算可以知道，葉道中的損失與速度的平方成正比，即。為此選擇在一定的流量和轉(zhuǎn)速條件下合適的，以使為最小。首先討論葉片厚度的影響。如圖3-3，由于葉片有一定厚度；以及折邊的存在，這樣使進(jìn)入風(fēng)機(jī)的

4、流速?gòu)脑黾又?，即：圖3-3 葉片厚度和進(jìn)出口的阻塞系數(shù)計(jì)算用和分別表示進(jìn)出口的阻塞系數(shù)： (3-2a)式中為節(jié)距，為切向葉片厚度同理那么進(jìn)出口的徑向速度為：當(dāng)氣流進(jìn)入葉輪為徑向流動(dòng)時(shí)，,那么： (3-2b)為了使最小，也就是損失最小，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)?。?dāng)過(guò)大時(shí)，過(guò)小，但加大很多，使（3-2c）式右邊第二項(xiàng)過(guò)大，加大。當(dāng)過(guò)小時(shí)，（3-2c）式右第二項(xiàng)小，第一項(xiàng)會(huì)過(guò)大，總之在中間值時(shí)，使最小，即考慮到進(jìn)口20%加速系數(shù)，及輪轂的影響，的表達(dá)式為（3-1b）式,代入(3-2c)式為： (3-3c)對(duì)式(3-3)求極小值，得出的優(yōu)化值為： (3-4a)出口直徑不用上述類(lèi)似的優(yōu)化方法，只要選用合適的即可:

5、(3-4b)即： (3-4c)也可以根據(jù)，求出 (3-4d)三 進(jìn)口葉片角1. 徑向進(jìn)口時(shí)的優(yōu)化值同一樣，根據(jù)為最小值時(shí)，優(yōu)化計(jì)算進(jìn)口葉片角。當(dāng)氣流為徑向進(jìn)口時(shí)，,且均布，那么從進(jìn)口速度三角形（令進(jìn)口無(wú)沖擊=）代入值后得出值，最后得出： (3-5)求極值，即 (3-6a)這就是只考慮徑向進(jìn)口時(shí)的優(yōu)化值。把（3-6a）式代入(3-4a)至(3-4d)式： (3-6b)進(jìn)而當(dāng)時(shí)： (3-6c)或者： (3-6d)2. 當(dāng)葉輪進(jìn)口轉(zhuǎn)彎處氣流分布不均勻時(shí)的優(yōu)化值。圖3-4，葉片進(jìn)口處速度分布不均勻，在前盤(pán)處速度大小為和，比該面上的平均值要大，設(shè)那么此外：當(dāng)時(shí)： (3-7a)進(jìn)而采用近似公式: 其中為葉

6、輪前盤(pán)葉片進(jìn)口處的曲率半徑。計(jì)算出來(lái)的角比小一些。如下表所示：: 0.2 0.4 1.0 2.0 3.0 4.0: 0.952 0.88 0.74 0.58 0.472 0.424: 那么 (3-7b)式中為的平均值。圖3-4葉片進(jìn)口處和分布不均勻圖3-5進(jìn)口速度三角3. 當(dāng)氣流進(jìn)入葉片時(shí)有預(yù)旋，即：由圖3-5進(jìn)口速度三角形可以得出：求極值后： (2-8a)可以看出當(dāng)氣流偏向葉輪旋轉(zhuǎn)方向時(shí)（正預(yù)旋），將增大，同時(shí)得到：4. 葉輪的型式不同時(shí)有所區(qū)別一般推薦葉片進(jìn)口角稍有一個(gè)較小的沖角。后向葉輪中葉道的摩擦等損失較小，此時(shí)的選擇使葉輪進(jìn)口沖擊損失為最小。 沖角一般后向葉輪：對(duì)于前向葉輪，由于葉道

7、內(nèi)的分離損失較大，過(guò)小的進(jìn)口安裝角導(dǎo)片彎曲度過(guò)大，分離損失增加。較大的安裝角雖然使進(jìn)口沖擊損失加大，但是流道內(nèi)的損失降低，兩者比較，效率反而增高。一般前向葉輪：當(dāng)時(shí)，甚至。四 葉輪前后盤(pán)的圓角和葉片進(jìn)口邊斜切設(shè)計(jì)中，在可能情況下盡量加大葉輪前后盤(pán)的圓角半徑r和R（圖3-1）。葉片進(jìn)口邊斜切是指前盤(pán)處葉片進(jìn)口直徑大于后盤(pán)處的直徑，以適應(yīng)轉(zhuǎn)彎處氣流不均勻現(xiàn)象。如果葉片進(jìn)口與軸平行，如圖3-6(a)所示，在進(jìn)口邊各點(diǎn)是相同的。但該處氣流速度不均勻，而周速相同。故氣流角不同，這樣就無(wú)法使葉片前緣各點(diǎn)的氣流毫無(wú)沖擊地進(jìn)入葉輪。為此將葉片進(jìn)口邊斜切（見(jiàn)圖3-6(b)）,靠近前盤(pán)處的大，且其亦大，而靠近后盤(pán)

8、小，且亦小。使氣流良好地進(jìn)入葉道。前向葉輪，進(jìn)口氣流角是根據(jù)葉片彎曲程度來(lái)考慮的，故不做成斜切。圖3-6葉輪前后盤(pán)的圓角和葉片進(jìn)口邊斜切五 葉片數(shù)Z的選擇葉片數(shù)太少，一般流道擴(kuò)散角過(guò)大，容易引起氣流邊界層分離，效率降低。葉片增加，能減少出口氣流偏斜程度，提高壓力。但過(guò)多的葉片會(huì)增加沿程摩阻損失和葉道進(jìn)口的阻塞，也會(huì)使效率下降。根據(jù)試驗(yàn)，葉片間流道長(zhǎng)度l為流道出口寬度a的2倍，且l為,由幾何關(guān)系：那么 (3-9)出口角大的葉輪，其葉道長(zhǎng)度較短就容易引起當(dāng)量擴(kuò)張角過(guò)大，應(yīng)采用較多葉片。出口角小時(shí)，葉道較長(zhǎng)，應(yīng)采用較少葉片。同時(shí)較小時(shí)，Z也少一些為好，以免進(jìn)口葉片過(guò)于稠密。對(duì)于后向葉輪：當(dāng)Z=812

9、個(gè)時(shí)，采用機(jī)翼型及弧型葉片，當(dāng)Z=1216時(shí)，應(yīng)采用直線型葉片。對(duì)于前向葉輪，Z=1216.六 葉片進(jìn)出口寬度1. 后向葉輪一般采用錐形圓弧型前盤(pán)，對(duì)于一定流量葉輪，過(guò)小則出口速度過(guò)大，葉輪后的損失增大，而過(guò)大，擴(kuò)壓過(guò)大，導(dǎo)致邊界層分離，所以的大小要慎重決定。由于 (3-10a)上式表明，在一定的時(shí)，值與成正比，對(duì)于一定的葉輪過(guò)大，出口速度大，葉輪后損失增大，反之過(guò)小，擴(kuò)壓度過(guò)大。試驗(yàn)證明，不同的，值不同，即 (3-10b) 然后，利用(3-10a)式可計(jì)算出。后向葉輪的進(jìn)口處寬度，一般可近似計(jì)算： (3-10c)2.前向葉輪進(jìn)口處參數(shù)影響很大。其葉片入口處寬度應(yīng)比公式計(jì)算出的大一些。例如當(dāng)

10、前向葉輪采用平直前盤(pán)時(shí)：，若采用錐形前盤(pán)，必須正確選用前盤(pán)傾斜角，即 0.30.4 0.450.55 0.5 根據(jù)值及，可決定。圖3-7 前盤(pán)形狀 葉片形狀的確定離心式通風(fēng)機(jī)主要參數(shù)及Z已知后，就可以繪制葉片的形狀，葉片的形狀有很多選擇。一 平直葉片平直葉片是最簡(jiǎn)單的葉片型式，根據(jù)圖3-8，由正弦定理： (3-11)上式表明, 和之間滿足(3-11)式，不能同時(shí)任意選擇。例如：: 0.3 0.5 0.7(當(dāng)時(shí)): 圖3-8平直葉片二 圓弧型葉片圓弧型葉片分單圓弧和多圓弧，一般多采用單圓弧。在設(shè)計(jì)中，一般先求出,Z等，根據(jù)已知條件確定葉片圓弧半徑的大小，和該圓弧的中心位置P，以及圓弧所在半徑。圖

11、3-9a后向圓弧葉片圖3-9 b前向圓弧葉片圖3-9 c 徑向葉片1. 后向葉片圓弧如圖3-9a所示，已知在和中，P0為公共邊：由余弦公式： (3-12a) (3-12b)葉片長(zhǎng)度l：2. 前向葉輪圓弧葉片 (3-13a) (3-13b)3. 徑向葉片見(jiàn)圖3-9c (3-14a) (3-14b)三.葉片流道的決定對(duì)于直葉片和圓弧葉片，其進(jìn)口不能很準(zhǔn)確地成型，所以在某些情況下會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的前緣葉片壓力，從而導(dǎo)致了氣流的分離。最好在進(jìn)口有一段無(wú)功葉片，或用近似的圓弧表示。這種無(wú)功近似圓弧如圖3-10所示：從1點(diǎn)引出的無(wú)功圓弧的半徑r等于從該點(diǎn)引出的對(duì)數(shù)曲線的曲率半徑。圖解時(shí)，連接01兩點(diǎn)，做角，過(guò)0

12、點(diǎn)做的垂線，交于角的另一邊為A點(diǎn)，以為半徑做圓弧，弧段為無(wú)功葉片，e點(diǎn)的以后用拋物線，或者曲線板延長(zhǎng)，而且保證出口角為即可。流道畫(huà)出以后，檢查過(guò)流斷面，過(guò)流斷面變化曲線的斜率不能大于，否則的話，擴(kuò)散度過(guò)在，造成較大的邊界層損失，甚至分離。一般葉片較少時(shí)，用圓弧葉片還是合理的。圖3-10無(wú)功葉片及過(guò)流斷面檢查圖3-11無(wú)功葉片的形狀以下用解析法做幾種情況的無(wú)功葉片：無(wú)功葉片就是環(huán)量不變的葉片，即保持常數(shù)（或保持常數(shù)）的葉片，用下標(biāo)”0”表示進(jìn)口，則：由于 (3-15)上式為無(wú)功葉片的方程.（1） 情況，這時(shí)前盤(pán)為雙曲線，即 (3-16a)積分后： (3-16b)如果進(jìn)口無(wú)預(yù)旋： (3-16c)

13、(3-16d)（2） (3-17a)當(dāng)時(shí) (3-17b)圖3-12 葉片基元四.葉片造型的解析法和圖解法1. 減速葉片間流道由于風(fēng)機(jī)葉輪中的流動(dòng)為逆壓梯度，易造成邊界層的脫流，而造成過(guò)大的邊緣失。如果使相對(duì)流速w的減少呈線性關(guān)系，那么在葉輪中就不會(huì)造成過(guò)大的逆壓梯度。圖3-12中的一個(gè)葉片基元，分解成（徑向）和（周向）兩個(gè)分量： (3-18a)這就可以利用w代替進(jìn)行葉片繪形。如果采用等減速流道，即 (3-18b)可以看出對(duì)于等減速流道，w的分布曲線是一條拋物線，其中有幾種情況可以得到解析解。a. 等徑向速度流道當(dāng)軸面流道的關(guān)系為br=常數(shù)時(shí)，=常數(shù)。把(3-18a)式代入(3-18b)式：為常

14、數(shù)，積分而得到速度分布為： (3-19)此時(shí)w沿半徑是線性分布的。b. =常數(shù)的等角螺線葉片： (3-20)c.=常數(shù)同時(shí)=常數(shù)，w也必為常數(shù)。見(jiàn)圖3-13所示。同時(shí)：那么壓力系數(shù)： (3-21)只與幾何尺寸，即有關(guān)。d.等寬度葉道，b=常數(shù)由于：常數(shù)那么: (3-21)圖3-132. 等減速葉片的圖解法。在一般情況，由式(3-18b)得到：積分后: (3-22)積分常數(shù)為：那么已知w和，就可以求出，進(jìn)而利用：可利用圖解法繪型葉片。例如：令,代入方程中：得到若令=常數(shù)： (3-23)當(dāng)及已知時(shí)，可以求出和w，進(jìn)而求出，即可進(jìn)行葉片繪型。即先用數(shù)值方法計(jì)算出，然后圖解繪圖。例如：時(shí)可列表計(jì)算：r

15、 b br 5.5 2.45 13.5 0.223 5.84 336.5 2.06 13.4 0.221 5.79 33.27.5 1.7 12.75 0.212 5.55 34.98.5 1.33 11.30 0.1868 4.48 39.39.5 0.98 9.6 0.1585 4.15 46.3 繪型步驟如下：把半徑分成n分，求出各段中點(diǎn)的w和值，并列入表內(nèi)，就可以求出各段中點(diǎn)的值，根據(jù)，在圖上量取和，從進(jìn)口畫(huà)起，就可以得出葉片形狀如圖3-14所示。以上風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)是按的線性分布設(shè)計(jì)葉片，同樣可以按葉片角的分布進(jìn)行葉片角的繪型，在水輪機(jī)中還可以按給定的分布進(jìn)行葉片繪型。圖3-14 離心

16、通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣裝置圖3-15離心通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣裝置圖3-16離心通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣裝置位置圖3-17離心通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣形狀一. 進(jìn)氣室進(jìn)氣室一般用于大型離心通風(fēng)機(jī)上。倘若通風(fēng)機(jī)進(jìn)口之前需接彎管，氣流要轉(zhuǎn)彎，使葉輪進(jìn)口截面上的氣流更不均勻，因此在進(jìn)口可增設(shè)進(jìn)氣室。進(jìn)氣室裝設(shè)的好壞會(huì)影響性能：1. 進(jìn)氣室最好做成收斂形式的，要求底部與進(jìn)氣口對(duì)齊，圖3-15所示。2. 進(jìn)氣室的面積與葉輪進(jìn)口截面之比一般為矩形，為最好。3進(jìn)氣口和出氣口的相對(duì)位壓，對(duì)于通風(fēng)機(jī)性能也有影響。時(shí)為最好，時(shí)最差。如圖3-16所示。二，進(jìn)氣口進(jìn)氣口有不同的形式，如圖3-17所示。一般錐形經(jīng)筒形的好，弧形比錐形的好，組合型的比非組合型的好。

17、例如錐弧型進(jìn)氣口的渦流區(qū)最小。此外還注意葉輪入口的間隙型式，套口間隙，比對(duì)口間隙形式好。三，進(jìn)口導(dǎo)流器若需要擴(kuò)大通風(fēng)機(jī)的使用范圍和提高調(diào)節(jié)性能，可在進(jìn)氣口或進(jìn)氣室流道裝設(shè)進(jìn)口導(dǎo)流器，分為軸向、徑向兩種?？刹捎闷桨逍?，弧形和機(jī)翼型。導(dǎo)流葉片的數(shù)目為Z=812。圖3-18離心通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣導(dǎo)葉 導(dǎo)葉設(shè)計(jì)在單極通風(fēng)機(jī)中幾乎不用導(dǎo)葉。主要在壓氣機(jī)中使用，空氣離開(kāi)葉輪后有一個(gè)絕對(duì)速度，與圓周方向的夾角為，因此根據(jù)環(huán)量不變和連續(xù)方程： (3-25)由此可以得出常數(shù)所以，空氣在離開(kāi)葉輪后按對(duì)數(shù)螺線流動(dòng)，其對(duì)數(shù)螺線方程為： (3-26)因此，至少在截面采用對(duì)數(shù)螺線，或用近似的圓弧表示：其曲線曲率半徑：以后部分可

18、用式(3-26)計(jì)算。流道寬度a+s為 (3-27)式中，t-葉片節(jié)距，由于考慮葉片厚度引起流道變窄，可把用表示 (3-28)通風(fēng)機(jī)用的導(dǎo)葉多用直導(dǎo)葉，流道不允許有過(guò)大的擴(kuò)散度，若最大的擴(kuò)壓角為，那么所需最少葉片數(shù)為，如圖3-19所示。圖3-19 蝸殼設(shè)計(jì)圖 3-20離心通風(fēng)機(jī)蝸殼一，概述蝸殼的作用是將離開(kāi)葉輪的氣體集中，導(dǎo)流，并將氣體的部分動(dòng)能擴(kuò)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓。目前離心通風(fēng)機(jī)普遍采用矩形蝸殼，優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單適于焊接，離心通風(fēng)機(jī)蝸殼寬度B比其葉輪寬度大得多，則氣流流出葉輪后的流道突然擴(kuò)大，流速驟然變化。如圖3-20所示，為葉輪出口后的氣流速度，為其氣流角（分量為和），蝸殼內(nèi)一點(diǎn)的流速為c，分量為

19、和，為氣流角，半徑為r.二，基本假設(shè)：1，蝸殼各不同截面上所流過(guò)流量與該截面和蝸殼起始截面之間所形成的夾角成正比： (3-29)2，由于氣流進(jìn)入蝸殼以后不再獲得能量，氣體的動(dòng)量矩保持不變。常數(shù) (3-30)三，蝸殼內(nèi)壁型線：圖 3-21離心通風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)壁型線根據(jù)上述假設(shè)，蝸殼為矩形截面，寬度B保持不變，那么在角度的截面上的流量為： (3-31)代入式(3-30)后： (3-32)上式表明蝸殼的內(nèi)壁為一對(duì)數(shù)螺線，對(duì)于每一個(gè)，可計(jì)算，連成蝸殼內(nèi)壁?？梢杂媒谱鲌D法得到蝸殼內(nèi)壁型線。實(shí)際上，蝸殼的尺寸與蝸殼的張度A的大小有關(guān)令按冪函數(shù)展開(kāi)： (3-33)其中那么 (3-34a)系數(shù)m隨通風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)而

20、定，當(dāng)比轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，(3-34)式第三項(xiàng)是前面兩項(xiàng)的10%，當(dāng)時(shí)僅是1%。為了限制通風(fēng)機(jī)的外形尺寸，經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)低中比轉(zhuǎn)數(shù)的通風(fēng)機(jī)，只取其第一項(xiàng)即可： (3-34b)則得 (3-35)式(3-35)為阿基米德螺旋線方程。在實(shí)際應(yīng)用中，用等邊基方法，或不等邊基方法，繪制一條近似于阿基米德螺旋線的蝸殼內(nèi)壁型線，如圖3-22所示。由式(2-34)得到蝸殼出口張度A (3-36)一般取，具體作法如下：先選定B，計(jì)算A式(3-36)，以等邊基方法或不等邊基方法畫(huà)蝸殼內(nèi)壁型線。四，蝸殼高度B蝸殼寬度B的選取十分重要。,一般維持速度在一定值的前提下，確定擴(kuò)張當(dāng)量面積的。若速度過(guò)大，通風(fēng)機(jī)出口動(dòng)壓增加，速度過(guò)小，

21、相應(yīng)葉輪出口氣流的擴(kuò)壓損失增加，這均使效率下降。如果改變B，相應(yīng)需改變A使 不變。當(dāng)擴(kuò)張面積不變情況，從磨損和損失角度，B小A大好，因?yàn)锽小，流體離開(kāi)葉輪后突然擴(kuò)大小，損失少。而且A大，螺旋平面通道大，對(duì)蝸殼內(nèi)壁的撞擊和磨損少。一般經(jīng)驗(yàn)公式為：1. (3-37a)或2. (3-37b)低比轉(zhuǎn)數(shù)取下限，高比轉(zhuǎn)速取上限。3. 為葉輪進(jìn)口直徑，系數(shù)：五，蝸殼內(nèi)壁型線實(shí)用計(jì)算以葉輪中心為中心，以邊長(zhǎng)作一正方形。為等邊基方。以基方的四角為圓心分別以為半徑作圓弧ab,bc,cd,de，而形成蝸殼內(nèi)壁型線。其中 (3-37)等邊基方法作出近似螺旋線與對(duì)數(shù)螺線有一定誤差，當(dāng)比轉(zhuǎn)速越高時(shí)，其誤差越大?？刹捎貌坏冗?。方法不同之處，做一個(gè)不等邊基方：不等邊基方法對(duì)于高比轉(zhuǎn)速通風(fēng)機(jī)也可以得到很好的結(jié)果。圖3-22 等邊基方法圖3-23 不等邊基方法