《離心式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和選型手冊解析》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)和選型手冊解析（45頁珍藏版）》請?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AP,工作介質(zhì)及其密度0,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D1/D，轉(zhuǎn)速n,進(jìn)出口寬度1和，進(jìn)出口葉片角門“和卩二，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、2）最咼效率要咼，效率曲線平坦；（3）壓力曲線的穩(wěn)定工作區(qū)間要寬；（4）結(jié)構(gòu)簡單，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。對于無因次數(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)腏值來設(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)選擇最大的傘值。 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)：-亠:葉輪外徑-I.:葉輪進(jìn)口直徑；-:葉片進(jìn)口直徑；1 :出口寬度；：進(jìn)口寬度;葉片出口安裝角;| ；_1：葉片進(jìn)口安裝角

3、；Z:葉片數(shù)；J r :葉片前盤傾斜角;最佳進(jìn)口寬度-I丄-：,葉輪進(jìn)口面積為，而進(jìn)風(fēng)口面積為，令詛為葉輪進(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%寸，即ZE(3-1c)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。一般采用圖3-2加速20%的葉輪圖圖3-2是這種加速20%勺葉輪圖。近年來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rl的平方成正比，即。為此選擇在一定的流量和轉(zhuǎn)速條件下合適的首先討論葉片厚度的影響。如圖3-3，由于葉片有一定厚度:

4、;以及折邊3的存在,這樣使進(jìn)入風(fēng)機(jī)的流速從-增加至，即:圖3-3葉片厚度和進(jìn)出口的阻塞系數(shù)計(jì)算用和一分別表示進(jìn)出口的阻塞系數(shù):嗎 辺-ZS禹旳0“ - 2Z心/Sin01 九碼$(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),-J-1,那么:(3-2b)為了使最小，也就是二“損失最小，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)?。當(dāng)口過大時(shí),過小,但F加大很多，使（3-2c ）式右邊第二項(xiàng)過大,加大。當(dāng)過小時(shí)，（3-2c ）式右第二項(xiàng)小，第一項(xiàng)會(huì)過大，總之中間值時(shí)，使考慮到進(jìn)口 20%加速系數(shù)，及輪轂的影響,1的表達(dá)式為（3-1b ）式，代入（3-2c）式為:(3-3c)對式

5、（3-3）求極小值，得出的優(yōu)化值為:(3-4a)出口直徑二 不用上述類似的優(yōu)化方法，只要選用合適的即可：c 兀 2RK _3二。必&二可&匕2職(3-4b)即：A_J-q Y(i-u%Aji巧(3-4c)也可以根據(jù) A/A，求出職三.進(jìn)口葉片角J1.徑向進(jìn)口時(shí)的：L優(yōu)化值同E 樣，根據(jù)溝為最小值時(shí)，優(yōu)化計(jì)算進(jìn)口葉片角 0“。當(dāng)氣流為徑向進(jìn)口時(shí)，珂二9，且二i._均布，那么從進(jìn)口速度三角形（令進(jìn)口無沖擊童）代入值后得出 i值，最后得出:詒=(令 4鈔6 JTTjfl-VCj/wi Cc?0“w：=匆陶(1J )Co/血血Eg(3-5)(3-6a)這就是只考慮徑向進(jìn)口時(shí)的 卩“優(yōu)化值。把( 3-6

6、a)式代入(3-4a)至(3-4d)式:巧(1-(3-6b)進(jìn)而當(dāng) = 0,右二12巧二1.0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)01!的優(yōu)化值。圖3-4，葉片進(jìn)口處速度分布不均勻，在前盤處速度大小為皿t和血遞，比該面上的平均值要大，設(shè)卜：那么wiLx =訊1+燈01皿）=肚；0皿）旳司此外:-毗必（i+X爛兀嚴(yán)900（1；） 渤口(3-7a)進(jìn)而采用近似公式其中為葉輪前盤葉片進(jìn)口處的曲率半徑。計(jì)算出來的角比小一些。如下:! 4：0.20.43.04.00.9520.880.4720.424表所示:1.02.00.740.58那么34(3-7b)式中二為的平均

7、值。31V27.716.7圖3-4葉片進(jìn)口處和分布不均勻3.圖3-5進(jìn)口速度三角當(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:眄二兀二巴（1_乞8嘰Co嘰 叭0.50.30.40.450.5離心式通風(fēng)機(jī)主要參數(shù)他仇勾A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。平直葉片）平賣胡厲A)盤(3-11)上式表明-/hi和之間滿足(3-11)式，不能同時(shí)任意選擇。例如：:0.30.70.5(當(dāng)時(shí))1:749643527圖3-8平直葉片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易 的大小，和該圓弧的中心位置

8、P,以及圓弧所在半徑丄。圖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Zw? - ZP20 -仏蟲 厶糾=Z?10 =氐在 和中，P0為公共邊：P2 = Pi = Rk01 = rL, 02 =/由余弦公式：P0 iR 二% _斤 二 P2a+02?怙“加九丄-勺口明丄） - 2厲辰加#期用二風(fēng)+；-2R込c耐0直、號二R； +扌-2氏艸?0閃口州=Jjt+勺- 2尺龍Cos妨=J坨+斤_ 2 陽叩u(3-12b)葉片長度I :用+蹲-創(chuàng) 他心-門C _1|尺+耳T2戶廠2. 前向葉輪圓弧葉片垃二 2(C耐(1 時(shí)-燉衛(wèi))-0)(3

9、-13a)XjR：+f-2gC噸討-尬3. 徑向葉片見圖 3-9c坨二躋 Ca0i(3-14a)(3-14b)三.葉片流道的決定(3-13b)對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)口有一段無功葉片，或用近似的圓弧表 示。這種無功近似圓弧如圖 3-10所示：從1點(diǎn)引出的無功圓弧的半徑 r等于從該點(diǎn)引出的對數(shù)曲線的曲率半徑。圖解時(shí)，連接01兩點(diǎn)，做角丨_1 ,過0點(diǎn)做二的垂線，交于角的另一邊為 A點(diǎn)，以川二f為 半徑做圓弧，弧四段為無功葉片，e點(diǎn)的以后用拋物線，或者曲線板延長，而且保證出口 角為#鮎即可。流道畫出以后

10、，檢查過流斷面，過流斷面變化曲線的斜率不能大于否則的話，擴(kuò)散度過在，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無功葉片及過流斷面檢查以下用解析法做幾種情況的無功葉片:的葉片，用下標(biāo)”無功葉片就是環(huán)量不變的葉片，即-2保持常數(shù)（或保持常數(shù)）0”表示進(jìn)口，則：dr由于上式為無功葉片的方程(3-15)(1)情況，這時(shí)前盤為雙曲線，即積分后:(3-16a)(3-16b)如果進(jìn)口無預(yù)旋：亠11)3-16C)F1+翊）(3-16d)(2)S = Const-12 4L (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

11、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，而造成過大的邊緣失。如 果使相對流速w的減少呈線性關(guān)系，那么在葉輪中就不會(huì)造成過大的逆壓梯度。圖3-12中的一個(gè)葉片基元 As，分解成Ar (徑向)和A私(周向)兩個(gè)分量:(3-18a)=w C dtriff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(dr = dsSin/, - w帥0)Ww= -Cds(3-18b)/二甘-2CS可以看出對于等減速流道，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)，八：=常數(shù)。把(3-18a)式代入(3-18b) 式:.為常數(shù)，積分而

12、得到速度分布為: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)=常數(shù)同時(shí)常數(shù)， w也必為常數(shù)。見圖 3-13所示。同時(shí):Ap二解2匚印二隔幅-扯)印(3-21)1只與幾何尺寸，即-L有關(guān)。d.等寬度葉道，b=常數(shù)由于:那么： (r _q)(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:0=(-那么已知w和權(quán)，就可以求出tan 0，進(jìn)而利用:Au = 4r/tan 0可利用圖解法繪型葉片。例如：令，代入方程中:得到若令A(yù)r 明-waAr勿(W -wjaT=5(3-23)當(dāng)溝鳳及加已知時(shí)，可以求出Aw和 用數(shù)值方

13、法計(jì)算出，然后圖解繪圖。W,進(jìn)而求出1用，即可進(jìn)行葉片繪型。即先例如:嗎-W =79-52.8 = 26.2可列表計(jì)算:5.56.57.58.52.450.22313.55.84332.060.22133.213.45.7939.334.91.70.2121.330.1868bAm?12.755.5511.304.489.59.64.150.980.158546.3繪型步驟如下：把半徑分成n分，求出各段中點(diǎn)的w和丄值，并列入表內(nèi)，就可以求出各段中點(diǎn)的 出葉片形狀如圖在圖上量取3-14所示。_?和，從進(jìn)口畫起，就可以得以上風(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I討

14、的繪型，在水輪機(jī)中還可以按給定 吒F的分布進(jìn)行葉片繪型。圖 3-14離心通風(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0漏背席睡11醪t M甘，重阿靜 *)/ 圖3-17離心通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣形狀進(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)氣口對齊，圖3-15所示。2. 進(jìn)氣室的面積-：與葉輪進(jìn)口截面 二之比.-.時(shí)為最好，二時(shí)3. 進(jìn)氣口和出氣口的相對位壓，對于通風(fēng)機(jī)性能也有影響。最差。如圖3-16所示

15、。，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。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。P1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， 空氣離開葉輪后有一個(gè)絕對速度 與圓周方向的夾角為 J ,因此&=& +4根據(jù)環(huán)量不變和連續(xù)方程：由此可以得出(3-25)tan a -二=5 血常數(shù)所以，空氣在離開葉

16、輪后按對數(shù)螺線流動(dòng)，其對數(shù)螺線方程為:4taniz =ln (3-26)因此，至少在截面世采用對數(shù)螺線，或用近似的圓弧表示：其曲線曲率半徑:Cosa以后部分可用式(3-26)計(jì)算。流道寬度a+s為* 2加.sinZ二用氣:表示(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(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14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)是工藝簡單適于焊接，離

17、心通風(fēng)機(jī)蝸殼寬度B比其葉輪寬度 1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，q為葉輪出口后的氣流速度，闖為其氣流角（分量為如和%）,蝸殼內(nèi)一點(diǎn)的流 速為c，分量為 亠和-、，為氣流角，半徑為r.，基本假設(shè):成正1，蝸殼各不同截面上所流過流量與該截面和蝸殼起始截面之間所形成的夾角比：圖3-21離心通風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)壁型線(3-29)02,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。(3-30)三，蝸殼內(nèi)壁型線:1楓270*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:(3-33)(3-31)代入式(3-30)后:(3-32)/，可

18、計(jì)算：，連成蝸殼內(nèi)壁。上式表明蝸殼的內(nèi)壁為一對數(shù)螺線，對于每一個(gè)可以用近似作圖法得到蝸殼內(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)A -nr令卩按幕函數(shù)展開：尸廠即+用才+(啣叩+、桝F+A 其中360 他/那么兔二7 _勺二勺附礦+尸+扣護(hù)尸+A(3-34a)系數(shù)m隨通風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù) 溝而定，當(dāng)比轉(zhuǎn)數(shù) 心二11812一6時(shí)，(3-34)式第三項(xiàng)是前 面兩項(xiàng)的10%當(dāng)一 -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7二勺(1+刑)(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

19、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H 一，具體作法如下：四，蝸殼高度B蝸殼寬度B的選取十分重要。一，一般維持速度J二一 在一定值的前提下，確定擴(kuò)張當(dāng)量面積的。若速度過大，通風(fēng)機(jī)出口動(dòng)壓增加，速度 過小，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 XAxE不變。當(dāng)擴(kuò)張面積 代不變情況，從磨損和 損失角度，B小A大好，因?yàn)锽小，流體離開葉輪后突然擴(kuò)大小，損失少。而且A大，螺旋平面通道大，對蝸殼內(nèi)壁的撞擊和磨損少。一般經(jīng)驗(yàn)公式為：1.(3-37a)或- .42.(3-37b)低比轉(zhuǎn)數(shù)取下限，高比轉(zhuǎn)速取上限。1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AilJ 二以葉輪中心為中心，以邊長4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r2 = (1.0W2為 +/8(3-37)等邊基方法作出近似螺旋線與對數(shù)螺線有一定誤差，當(dāng)比轉(zhuǎn)速越高時(shí)，其誤差越大?？刹捎貌坏冗叀７椒ú煌?，做一個(gè)不等邊基方：toiU = Hl殛=33弘兔項(xiàng)5蟲不等邊基方法對于高比轉(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