離心風(fēng)機的工作原理

1、離心風(fēng)機的工作原理離心風(fēng)機的工作原理離離心風(fēng)機的工作原理心風(fēng)機的工作原理（離心式風(fēng)機的分類離心式風(fēng)機的分類1 、 風(fēng)機按風(fēng)壓（相對壓力）H的大小，可分為： 2 、 高壓離心風(fēng)機P=294014700N/m2 （H=3001500毫米水柱） 3 、中壓離心風(fēng)機 P=9802940N/m2 （H=100300毫米水柱） 4 、 低壓離心風(fēng)機P 980N/m2 （H100毫米汞柱）； 5、 高壓軸流風(fēng)機P=4904900N/m2 （H=50500毫米水柱） 6 、 低壓軸流風(fēng)機P490N/m2 離離心風(fēng)機的工作過程心風(fēng)機的工作過程 離心風(fēng)機主要由葉輪、進風(fēng)口及蝸殼等組成（圖142）。葉輪轉(zhuǎn)動時，葉道

2、（葉片構(gòu)成的流道）內(nèi)的空氣，受離心力作用而向外運動，在葉輪中央產(chǎn)生真空度，因而從進風(fēng)口軸向吸入空氣（速度為c0）。吸入的空氣在葉輪入口處折轉(zhuǎn)90后，進入葉道（速度為c1），在葉片作用下獲得動能和壓能。從葉道甩出的氣流進入蝸殼，經(jīng)集中、導(dǎo)流后，從出風(fēng)口排出 圖14-2 離心通風(fēng)機內(nèi)氣體流動方向1.出風(fēng)口 2.蝸殼 3.葉輪 4.擴壓管 5.進風(fēng)口 6.進氣室葉輪葉輪的工作原理的工作原理 （一）速度三角形 空氣在葉道上任一點處，有絕對速度c，它是氣流與葉輪的相對速度與牽連速度的向量和（圖143a）。絕對速度c與牽連速度的夾角以表示。相對速度與牽連速度的反方向的夾角以表示。通常只畫出葉片入口及出口的

3、速度三角形，并以1點表示葉輪入口；2點表示葉輪出口（圖143b、c）。圖3 速度分析及速度三角形.氣流在葉道內(nèi)的速度分析 b.進口氣流速度三角形c. 出口氣流速度三角形（二）基本方程歐拉方程 便于計算，作假設(shè)如下： 1、氣體為理想氣體，流動沒有能量損失，風(fēng)機功全部轉(zhuǎn)化為氣流能量。 2、葉輪葉片數(shù)無限多、無限薄。所以氣體在葉道內(nèi)的流線與葉片形狀一致，氣流相對速度2的出口角2與葉片出口安裝角2A一致。 3、氣流是穩(wěn)定流，其流動不隨時間而變化。 當風(fēng)機流量為Q（m3/s）、壓力為PT N/m2 時（PT 葉片數(shù)無限多理論壓力），氣流則得到的能量為 N=Q PT （Nm/s） 如風(fēng)機軸上阻力矩為 M（

4、Nm）、角速度為（1/s），）則驅(qū)動風(fēng)機的功為 N=M （Nm/s） 根據(jù)假設(shè)1，驅(qū)動風(fēng)機的功全部轉(zhuǎn)換為氣流的能量，則2/ mNQNPT. 根據(jù)動量矩定律，單位時間內(nèi)，葉輪中氣流對風(fēng)機的動量矩的變化，等于外力對此軸線的力矩和。 由圖1可知，葉道內(nèi)氣體abcd經(jīng)時間t后，移動到efgh。根據(jù)假設(shè)3，氣流為穩(wěn)定流，截面abgh內(nèi)氣體動量矩不變。因而在t時間內(nèi)，氣體動量矩的變化為面積abfe與dcgh動量矩之差，而面積abfe與dcgh內(nèi)體質(zhì)量相等，并等于每秒鐘流過葉輪氣體質(zhì)量乘以時間t，即 m=Qt 葉輪入口及出口處的動量矩M1及M2分別為22221111coscosRtcQMRtcQMmNRcR

5、cQtMMM11122212coscos. 單位時間內(nèi)動量矩的變化為力矩M 或所以 上式為離心通過風(fēng)機的基本方程，又叫歐拉方程。因略去了全部損失，所以PT稱為無窮多葉片時的理論全壓。在上式中，C1u是葉輪進口處氣流絕對速度C1在圓周方向的速度分量。由于葉輪入口處具有切線速度u1 ，按速度場作用規(guī)律，氣流在進入葉輪時應(yīng)該存在切向分速。但是空氣的粘性很小，在沒有導(dǎo)流器時，可以認為氣流是徑向進入葉輪的，即在葉輪入口處，1=90，C1=C1r，C1u=0。代入歐拉方程，可得： PT=u2C2umNRcRcgQM111222coscos111222coscosRcRcQMPT圖14-4 軸向渦流的產(chǎn)生原

6、因及其c2u的影響 （三）軸向渦流 實際上風(fēng)機的葉片數(shù)是有限的，相鄰兩葉片所形成的葉道占有一定的空間。當葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉道空間隨葉片一起轉(zhuǎn)動；而葉道內(nèi)的氣體，由于自身粘性小，又有慣性，它就有保持其本身方向不變的趨勢。由圖144可見，當葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉道內(nèi)的氣體與葉道空間具有相對回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向與葉輪放置方向相反，這就是軸向渦流。軸向渦流使氣流出口角2與葉片安裝角2A不等且22A ，所以，在葉片數(shù)有限時，有： C2u=u2C2rctg2C2u 即 PTPT 或 PT=PT 式中 稱為環(huán)流系數(shù)或壓力減少系數(shù)?？梢姡斎~片數(shù)有限時，因C2uC2u，故理論壓力相應(yīng)減少。122uuTTCCPP 三、離心風(fēng)機的功耗

7、及效率三、離心風(fēng)機的功耗及效率 1、有效功率Ne 有效功是指氣流通過風(fēng)機時從葉輪取得的能量。單位容積流量通過風(fēng)機后增加的能量為全壓P（N/m2），若流量為Q，則風(fēng)機的有效功率即輸出功率為 2、軸功率N 軸功率就是風(fēng)機軸上的輸入功率。若風(fēng)機的全壓效率為則： 3、電機功率Nm K電機容量儲備系數(shù)，其值可按表142選取。 式中 m風(fēng)機傳動效率kWPQNy1000yNNmmNKNkWPQKNmm1000電電動機容量儲備系數(shù)動機容量儲備系數(shù) 風(fēng)機軸功率N（kW） 5 電機容量儲備系數(shù) K 1.2 1.15 四、離心風(fēng)機的性能曲線四、離心風(fēng)機的性能曲線風(fēng)機的基本性能參數(shù)為流量Q、風(fēng)壓P、軸功率N及效率。這

8、些性能參數(shù)均受風(fēng)機轉(zhuǎn)速的影響。當風(fēng)機轉(zhuǎn)速一定時，風(fēng)壓、功率及效率與流量之關(guān)系曲線，稱為離心通風(fēng)機的性能曲線。（一） 理論性能曲線 在繪制理論性能曲線時，不考慮能量損失。當葉片無限多時，風(fēng)機的理論壓力為PT。由圖143c可知： C2u=u2C2rctg2代入 PT=u2C2u式得： 因為 Q=D2b2C2r所以222221ctguCuPrT2222221ctgubDQuPT式中 D2葉輪外徑 b2葉輪外徑處葉片寬度在葉片無限多時，氣流出口角2 等于葉片安裝角2A 。一臺風(fēng)機若轉(zhuǎn)速不變，則u2、D2、b2、2A均為常數(shù)，則有： PT=ABQ圖14-5 風(fēng)機的理論性能曲線（PT-Q）圖14-6 風(fēng)機

9、的理論性能曲線（N-Q）因A、B為常數(shù)，所以PT與Q 成線性關(guān)系。對前向葉片，2A90，ctgB20，B為負 圖14-5 風(fēng)機的理論性能曲線（PT-Q）圖14-6 風(fēng)機的理論性能曲線（N-Q）值，故PT因Q的增加而增加（圖）；徑向葉片2A=90，ctgB2=0，B=0；后向葉片，2A0，B為正值，故PT因Q的增加而減少。圖14-7 有限葉片數(shù)對理論性能曲線(P-Q線)的影響n=常數(shù)；90因假定無能量損失，所以風(fēng)機軸功率N與壓力和流量之乘積成正比因而可得三種葉片的功率消耗與流量的關(guān)系曲線 （圖）。由圖可見，前向葉片在流量增大時，功耗劇增，而后向葉片在流量增加時，功耗增長較緩。 在葉片數(shù)有限時，風(fēng)

10、機理論壓力將減少。對一定的葉輪，可近似地認為環(huán)流系數(shù)為常數(shù)，則風(fēng)機的理論性能曲線 （PTQ）將變?yōu)榱硪粭l直線（PTQ）。圖147是后向葉片的理論性能曲線（PQ線）的變化示意圖。 圖14-7 有限葉片數(shù)對理論性能曲線(P-Q線)的影響n=常數(shù)；90（一） 圖 實際性能曲線(P-Q)后向葉片，n=常數(shù)實際性能曲線 實際上風(fēng)機有能量損失，如果只考慮流動損失，則在給定轉(zhuǎn)速下的實際性能曲線（PQ）如圖148所示。由于未考慮泄漏損失及輪阻損失，它與實際情況有一定出入。圖離心通風(fēng)機的性能曲線a.前向葉片風(fēng)機 b.后向葉片風(fēng)機 目前還不能用計算的方法繪制實際性能曲線。所以離心風(fēng)機的性能曲線者是根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制

11、的。由風(fēng)機試驗可測出各工況點的流量Q、全壓P及軸功率N并算得效率 。以流量Q為橫坐標所得 PQ、NQ、Q等關(guān)系曲線即為風(fēng)機的實際性能曲線（圖149）。圖14-8 實際性能曲線(P-Q)后向葉片，n=常數(shù)圖14-9 離心通風(fēng)機的性能曲線a.前向葉片風(fēng)機 b.后向葉片風(fēng)機五、葉片形狀五、葉片形狀風(fēng)機葉片形狀可分為直葉片和曲葉片；按葉片出口安裝角可分為前向（2A90），徑向（2A=90）及后向（2A90）葉片三類，對應(yīng)的風(fēng)機葉輪稱為前向、徑向和后向葉輪。常用的葉輪形式如圖1410所示。 圖14-10 常用葉輪形式a.前向葉片 b.多葉式前向葉片 c.徑向曲葉片 d.徑向直葉片 e.后向曲葉片 f.后

12、向直葉片（一）葉片形狀對風(fēng)機性能的影響 葉片形狀影響出口安裝角2A的大小，因而也影響在葉輪出口處氣流絕對速度C2 的大小（圖1411）。C2不同，則風(fēng)機性能也有較大差異。圖11 葉片出口角2A對葉輪出口速度C2的影響(D2、 n、u2相等)a.前向葉片(2A90) b.徑向葉片(2A=90) c.后向葉片(2A90)1、由式PT=u2C2u可知，C2u愈大，則風(fēng)機的壓力愈高。由圖1411可見，在葉輪直徑相同、轉(zhuǎn)速相同、流量相等時，前向葉輪風(fēng)機壓力最高，徑向次之，而后向最低。圖14-11 葉片出口角2A對葉輪出口速度C2的影響(D2、 n、u2相等)a.前向葉片(2A90) b.徑向葉片(2A=

13、90) c.后向葉片(2A90) 2、隨流量的增加，前向葉輪風(fēng)機功耗劇增，有超載的可能，稱為過載風(fēng) 機，后向葉輪則有功率不易過載的優(yōu)點。3、因C2大，前向葉輪出口處氣流動壓大，但風(fēng)機出風(fēng)口處氣流動壓較小，所以葉輪出口動壓中的一部分將在蝸殼中通過擴壓轉(zhuǎn)化為靜壓，擴壓損失大，而后向葉輪擴壓損失小。另外前向葉輪葉道短、斷面變化大，其葉道內(nèi)的流動損失也大于后向葉輪，故后向葉輪效率高，前向葉輪效率低，徑向葉輪則在兩者之間。 4、前向葉輪噪聲較大。 5、從工藝觀點看，直葉片制作簡單，但徑向直葉片沖擊損失大、效率低。（一） 各種葉輪的應(yīng)用 1、后向葉片風(fēng)機效率高、噪聲小、流量增大時動力機不易超載，因而在各種

14、大、中型風(fēng)機中得到廣泛應(yīng)用。它的缺點是在相同的風(fēng)量、風(fēng)壓時，需要較大的葉輪直徑或轉(zhuǎn)速，另外葉片容易積塵，不適于作排塵風(fēng)機。 2、前向葉片風(fēng)機效率較低、噪聲大，但在相同風(fēng)壓、風(fēng)量時，風(fēng)機尺寸小，轉(zhuǎn)速低。因而它用于高壓通風(fēng)機（P=78509810Pa）以及要求風(fēng)機尺寸小的場合。在移動式農(nóng)業(yè)機械中由于要求風(fēng)機的尺寸較小，因此常采用前向葉片的中、高壓風(fēng)機。 3、多葉式離心通風(fēng)機都用前向葉片，它的特點是輪徑比（D1/D2）大、葉片數(shù)多，葉片相對寬度較大，因而用較小的尺寸可得較大的壓力和流量，且噪聲較低，但效率也低。農(nóng)業(yè)機械中的一些小型風(fēng)機如小型植保機械上，常采用多葉式風(fēng)機。 4、徑向直葉片風(fēng)機的壓頭損失

15、大，效率低，但形狀簡單、制作方便。當風(fēng)機效率不作為主要考核指標時，它常被用作低壓風(fēng)機。另外，后向直葉片風(fēng)機效率較徑向直葉片風(fēng)機高，制造也比較簡單，適用于動壓低、靜壓與動壓比值較高的場合，一般用于中、低壓風(fēng)機，應(yīng)用較多。 離心葉輪的進口角直接影響風(fēng)機的風(fēng)量，出口角會影響風(fēng)機的壓力，從現(xiàn)有的風(fēng)機資料看出口角在40度左右效率較高，如風(fēng)機轉(zhuǎn)速和直徑?jīng)]定的話可盡量把出口角定在40度附近。設(shè)計時有兩個參數(shù)選取比較重要，一個是葉葉片的進口、出口處直徑比d1/d2，另一個是c2r/u2，都會影響風(fēng)機的性能好壞，設(shè)計時可以參照一下現(xiàn)有性能優(yōu)秀的葉輪。 是的，c1r/u1也重要的，定了d1/d2和c2r/u2，進

16、出口氣流角度是可以計算了，進口角當然是盡量減少氣流的沖擊損失為佳 一般進口角設(shè)計1等于A1即沖角為0是最佳的 但有時為了保證風(fēng)機的風(fēng)量，把進口安裝角增加2-3度 風(fēng)機葉輪的設(shè)計通常很復(fù)雜，一般老說他們在設(shè)計中的時候根據(jù)主要參數(shù)，通過模板來進行設(shè)計。 先做可調(diào)安裝角的葉輪進行試驗，試驗合格后，再把葉片的各項參數(shù)定下來。 空氣動力學(xué)的大多教程和材料里面沒有講風(fēng)機設(shè)計.翼形的設(shè)計是有的,但是飛機用的翼形和風(fēng)機的翼形區(qū)別很大.用計算流體力學(xué)來處理這個問題近年比較流行,但是坐的也不多.畢竟在高度湍流的流動狀態(tài)下,和彎曲復(fù)雜的流動區(qū)域里,算出來的結(jié)果也是很難保證可靠.再者就是內(nèi)部空間復(fù)雜要劃分網(wǎng)只能用非結(jié)

17、構(gòu)網(wǎng)格,對機器的要求又提高了.gambit里面帶的Turbo的工具用起來 方便具體那樣劃分網(wǎng)格 對模型的近似度如何,尚難確定。 二、基本參數(shù)的測定方法二、基本參數(shù)的測定方法繪制風(fēng)機的空氣特性曲線的基本參數(shù)為流量、壓力、功耗及效率等。其測定及計算方法如下。（一）流量1、用集流器測流量 集流器有圓弧形和錐形兩種型式（圖14-28）。器壁上有孔，可用來測定靜壓，如果沒有損失，則在j-j截面上（圖14-27a）動壓與靜壓相等；如考慮損失，則可引入一流量系數(shù) ，因而可算得風(fēng)筒內(nèi)氣流速度V流量Q sjdjPPV22sjsjPDPDVFQ2211. 14414. 1式中 F風(fēng)筒在j-j截面處的面積 Psj在

18、j-j截面處測得的靜壓(N/m2)，通常在j-j截面的風(fēng)筒上，按四等分開四孔，分別測出靜壓，然后取平均值即Psj 流量系數(shù)，對圓弧形集流器，=0.99；錐形集流器=0.982、用皮托管測定流量 皮托管結(jié)構(gòu)如圖14-29所示。用皮托管可測定管內(nèi)某一點的動壓力Pd (圖14-30），因而可算出該點的氣流速度。 為了測出平均流速，可將管道斷面分為面積相等的若干個小塊，分別測出每一小面積的中心的動壓力Pdi，算出其速度Vi 及平均速度Vp，再求得流量Q。 （m/s） diiPv2 nvvniip1 ppVDFVQ42式 中 F 管 道 面 積（m2 ） D圓形管道直徑（m） 矩形管道一般可分為16個或更多的小矩形面積（圖14-31a），圓形管道一般可分為五個等面積圓環(huán)，依管道直徑的大小在每一圓環(huán)測定2點或4點（圖14-31b）。各測定點直徑分別為D1=0.316D，D2=0.548D，D3=0.707D，D4=0.837D，D5=0.949D 圖14-29 皮托管圖14-30 用皮托管測定動壓圖14-31 動壓測定點1.矩形管道 2.圓形管道 （二）壓力 在風(fēng)筒壁上開孔接上壓力計，可測定此斷面的靜壓（圖14-27），也可用皮托管接入壓力計測定某一斷面的動壓或靜壓，常用V形管壓力計或微壓計。測定結(jié)果須經(jīng)換算才能得到風(fēng)機全壓P、靜壓Ps