畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)論文離心風(fēng)機的設(shè)計

1、 2. 離心式通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)及原理2.1離心風(fēng)機的根本組成主要由葉輪、機殼、進口集流器、導(dǎo)流片、聯(lián)軸器、軸、電動機等部件組成。旋轉(zhuǎn)的葉輪和蝸殼式的外殼。旋轉(zhuǎn)葉輪的功能是使空氣獲得能量； 蝸殼的功能是收集空氣，并將空氣的動壓有效地轉(zhuǎn)化為靜壓。2.2離心風(fēng)機的原理葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使空氣獲得動能, 然后經(jīng)蝸殼和蝸殼出口擴散段將局部動能轉(zhuǎn)化為靜壓。這樣,風(fēng)機出口的空氣就是具有一定靜壓的風(fēng)流。1-進氣室；2-進氣口；3-葉輪；4-蝸殼；5-主軸；6-出氣口；7-擴散器2.3離心風(fēng)機的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下圖，離心風(fēng)機的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下。葉輪外徑, 常用D表示；葉輪寬度, 常用b表示；葉輪出口角,一般用表示。

2、葉輪按葉片出口角的不同可分為三種: 前向式葉片彎曲方向與旋轉(zhuǎn)方向相同, 90(90 160)； 后向式葉片彎曲方向與旋轉(zhuǎn)方向相反, 90(20 70)；徑向式葉片出口沿徑向安裝,= 90。2.4離心風(fēng)機的傳動方式如下圖。3. 離心式通風(fēng)機的設(shè)計3.1 通風(fēng)機設(shè)計的要求離心通風(fēng)機在設(shè)計中根據(jù)給定的條件:容積流量，通風(fēng)機全壓 ，工作介質(zhì)及 以用其他要求，確定通風(fēng)機的主要尺寸，例如，直徑及直徑比 ，轉(zhuǎn)速n,進出口寬度和，進出口葉片角 和 ，葉片數(shù)Z，以及葉片的繪型和擴壓器設(shè)計，以保證通風(fēng)機的性能。 對于通風(fēng)機設(shè)計的要求是： 1 滿足所需流量和壓力的工況點應(yīng)在最高效率點附近； 2 最高效率要高，效率曲

3、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 足夠的強度，剛度，工作平安可靠； 6 噪音低； 7 調(diào)節(jié)性能好； 8 尺寸盡量小，重量經(jīng)； 9 維護方便。 對于無因次數(shù)的選擇應(yīng)注意以下幾點： 1 為保證最高的效率，應(yīng)選擇一個適當(dāng)?shù)?值來設(shè)計。 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 大時選擇最大的 值。3.2 設(shè)計步驟3. 2.1 葉輪尺寸的決定葉輪的主要參數(shù): :葉輪外徑 :葉輪進口直徑； :葉片進口直徑； :出口寬度； :進口寬度； :葉片出口安裝角； :葉片進口安裝角； Z:葉片數(shù) :葉片前盤傾斜角；一

4、最正確進口寬度 在葉輪進口處如果有迴流就造成葉輪中的損失，為此應(yīng)加速進口流速。一般采用，葉輪進口面積為 ，而進風(fēng)口面積為 ，令 為葉輪進口速度的變化系數(shù)，故有： 由此得出： 考慮到輪轂直徑引起面積減少，那么有： 其中 在加速20%時，即, 加速20%的葉輪圖 二 最正確進口直徑 由水力學(xué)計算可以知道，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)速條件下適宜的，以使為最小。 首先討論葉片厚度的影響。由于葉片有一定厚度 ；以及折邊的存在，這樣使進入風(fēng)機的流速從增加至，即： 葉片厚度和進出口的阻塞系數(shù)計算 用 和 分別表示進出口的阻塞系數(shù)： 式中為節(jié)距， 為切向葉片厚度 同理 那么

5、進出口的徑向速度為： 當(dāng)氣流進入葉輪為徑向流動時，,那么： 為了使最小，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)摹？傊谥虚g值時，使最小，即 考慮到進口20%加速系數(shù)，及輪轂的影響 求極小值，得出的優(yōu)化值為： 出口直徑不用上述類似的優(yōu)化方法，只要選用適宜 的即可: 即： 也可以根據(jù) ，求出 三 進口葉片角 1. 徑向進口時的 優(yōu)化值 同一樣，根據(jù)為最小值時，優(yōu)化計算進口葉片角 。當(dāng)氣流為徑向進口時，,且均布，那么從進口速度三角形令進口無沖擊= 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口時的 優(yōu)化值。 把3-6a式代入(3-4a)至(3-4d)式： (3-6b) 進而當(dāng) 時： (

6、3-6c) 或者： (3-6d) 2. 當(dāng)葉輪進口轉(zhuǎn)彎處氣流分布不均勻時 的優(yōu)化值。 圖3-4，葉片進口處速度分布不均勻，在前盤處速度大小 為和，比該面上的平均值要大，設(shè) 那么 此外： 當(dāng) 時： (3-7a) 進而采用近似公式: 其中為葉輪前盤葉片進口處的曲率半徑。計算出來的 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葉片進口處和分布不均勻 圖3-5進口速度三角 3. 當(dāng)氣流進入葉片時有預(yù)旋，即 ： 由圖3-5進口速度三角形可以得出：

7、求極值后： (2-8a) 可以看出當(dāng)氣流偏向葉輪旋轉(zhuǎn)方向時正預(yù)旋， 將增大，同時得到： 4. 葉輪的型式不同時 有所區(qū)別 一般推薦葉片進口角 稍有一個較小的沖角。后向葉輪中葉道的摩擦等損失較小，此時 的選擇使葉輪進口沖擊損失為最小。 沖角 一般后向葉輪： 對于前向葉輪，由于葉道內(nèi)的別離損失較大，過小的進口安裝角導(dǎo)片彎曲度過大，別離損失增加。較大的安裝角雖然使進口沖擊損失加大，但是流道內(nèi)的損失降低，兩者比擬，效率反而增 高。 一般前向葉輪： 當(dāng)時，甚至。 3.離心通風(fēng)機的進氣裝置 離心通風(fēng)機的進氣裝置位置 離心通風(fēng)機的進氣形狀一. 進氣室 進氣室一般用于大型離心通風(fēng)機上。倘假設(shè)通風(fēng)機進口之前需接

8、彎管，氣流要轉(zhuǎn)彎，使 葉輪進口截面上的氣流更不均勻，因此在進口可增設(shè)進氣室。進氣室裝設(shè)的好壞會影響性能： 1. 進氣室最好做成收斂形式的，要求底部與進氣口對齊。 2. 進氣室的面積與葉輪進口截面之比 一般為矩形， 為最好。 3進氣口和出氣口的相對位壓，對于通風(fēng)機性能也有影響。時為最好，時最差。 二，進氣口 進氣口有不同的形式。 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，進口導(dǎo)流器 假設(shè)需要擴大通風(fēng)機的使用范圍和提高調(diào)節(jié)性能，可在進氣口或進氣室流道裝設(shè)進口導(dǎo)流器，分為軸向、徑向兩種。

9、可采用平板形，弧形和機翼型。導(dǎo)流葉片的數(shù)目為Z=812。 離心通風(fēng)機的進氣導(dǎo)葉 3.蝸殼設(shè)計 離心通風(fēng)機蝸殼 一，概述 蝸殼的作用是將離開葉輪的氣體集中，導(dǎo)流，并將氣體的局部動能擴壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓。 目前離心通風(fēng)機普遍采用矩形蝸殼，優(yōu)點是工藝簡單適于焊接，離心通風(fēng)機蝸殼寬度B比其葉輪寬度大得多，那么氣流流出葉輪后的流道突然擴大，流速驟然變化。如下圖，為葉輪出口后的氣流速度， 為其氣流角分量為和，蝸殼內(nèi)一點的流速為c，分量為和， 為氣流角，半徑為r. 二，根本假設(shè)： 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 成正比： (3-29) 2，由于氣流進入蝸殼以后不再獲得能量，氣

10、體的動量矩保持不變。 常數(shù) (3-30) 三，蝸殼內(nèi)壁型線： 離心通風(fēng)機蝸殼內(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) 上式說明蝸殼的內(nèi)壁為一對數(shù)螺線，對于每一個，可計算，連成蝸殼內(nèi)壁。 可以用近似作圖法得到蝸殼內(nèi)壁型線。 實際上，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： (3-33) 其中 那么 (3-34a) 系數(shù)m隨通風(fēng)機比轉(zhuǎn)數(shù)而定，當(dāng)比轉(zhuǎn)數(shù) 時，(3-34)式第三項是前面兩項的10%，當(dāng)時僅是1%。為了限制通風(fēng)機的外形尺寸，經(jīng)驗說明，對低中比轉(zhuǎn)數(shù)的通風(fēng)機，只取其第一項即可： (3

11、-34b) 那么得 (3-35) 式(3-35)為阿基米德螺旋線方程。在實際應(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，計算A式(3-36)，以等邊基方法或不等邊基方法畫蝸殼內(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，確定擴張當(dāng)量面積的。假設(shè)速度過大，通風(fēng)機出口動壓增加，速度過小，相應(yīng)葉輪出口氣流的擴壓損失增加，這均使效率下降。 如果改變B，相應(yīng)需改變A使 不變。當(dāng)擴張面積不變情況，從磨損和損失角度，B小A大好

12、，因為B小，流體離開葉輪后突然擴大小，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)驗公式為： 1. 或 2. 低比轉(zhuǎn)數(shù)取下限，高比轉(zhuǎn)速取上限。 3. 為葉輪進口直徑，系數(shù)： 五，蝸殼內(nèi)壁型線實用計算 以葉輪中心為中心，以邊長 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數(shù)螺線有一定誤差，當(dāng)比轉(zhuǎn)速越高時，其誤差越大?？刹捎貌坏冗?。方法不同之處，做一個不等邊基方： 不等邊基方法對于高比轉(zhuǎn)速通風(fēng)機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

13、六，蝸殼出口長度C，及擴壓器 蝸殼出口面積。一般 (3-38) 或 往往蝸殼出口后設(shè)一擴壓器，如圖3-24出口擴壓器角度為佳。為了減少總長度，可適當(dāng)加大。 圖3-24出口擴壓器 蝸殼中在出口附近常有蝸舌，其作用防止局部氣體在蝸殼內(nèi)循環(huán)流動，蝸舌附近的流動較為復(fù)雜，對通風(fēng)機的影響很大。蝸舌分三種：平舌，淺舌，深舌。 當(dāng)QQ正常時，流動偏向出口在舌部出現(xiàn)渦流及低壓，使通風(fēng)機性能變壞。下降，功率N加大，一般蝸舌頭部的半徑 取 蝸舌與葉輪的間隙t一般取 (后向葉輪) (前向葉輪) t過小在大流量時會升高一些，但 下降，噪音加大。t過大，噪音會低一些，但及 下降。 蝸殼出口蝸舌 3.2.4參數(shù)計算1.

14、根據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)Q，求其比轉(zhuǎn)速，即 設(shè)計時轉(zhuǎn)速n可能未給，先初定，然后確定通風(fēng)機的類型及葉片型式： ns=2.712 前向葉片離心式 ns=3.616 后向葉片離心式 ns1617 雙吸入式并聯(lián)離心式 ns=1836 軸流式 2. 初步選擇葉片出口角 ： 一般后向葉輪葉片出口角 范圍為，最好。機翼型葉片時效率較高。 與 成線性關(guān)系。 或： 3. 用所選的 ，查圖3-26或計算，給出 ，計算： 一般： =0.60.8 強后向葉片 =0.81.2 后向葉片 =1.21.4 徑向葉片 =1.42.4 前向葉片 4. 確定出口半徑D2 這樣可進一步判斷是否合理。一般同步轉(zhuǎn)速, p為極對數(shù)。 5. 確

15、定進口的直徑D1例如 時為式3-6c： 為此先算 上式只適用于后向葉輪， 的前向葉輪： 6. 確定進口直徑： 7. 確定葉片數(shù)Z： 8. 確定b2和b1： 后向葉輪時： 式中： 對于后向葉輪： 對于前向葉輪：ns= 4.511.7 =0.250.35 b1 =0.350.5 b1 0.5 b1 取直平前盤b2=b1。錐形前盤時，給定一定的 ，取 值不要太大。 9. 進口葉片角 氣流角 取為沖角: 10. 驗算全壓 如果偏離太大，修正 和Z值。 11. 葉片繪型 12. 決定蝸殼尺寸 1 計算蝸殼寬度B 一般經(jīng)驗公式為： 或 低比轉(zhuǎn)數(shù)取下限，高比轉(zhuǎn)速取上限。 為葉輪進口直徑， 2 計算蝸殼出口A

16、： 一般取 3 用等基方法或不等基方法計算蝸殼內(nèi)壁線， 4 決定蝸舌尺寸 蝸舌頭部半徑 間隙： 后向葉片 前向葉片 13. 計算功率 其中k為平安系數(shù),方法k=1.15. 3.3離心風(fēng)機設(shè)計時幾個重要方案的選擇：(1)葉片型式的合理選擇：常見風(fēng)機在一定轉(zhuǎn)速下，后向葉輪的壓力系數(shù)中t較小，那么葉輪直徑較大，而其效率較高；對前向葉輪那么相反。(2)風(fēng)機傳動方式的選擇：如傳動方式為A、D、F三種，那么風(fēng)機轉(zhuǎn)速與電動機轉(zhuǎn)速相同；而B、C、E三種均為變速，設(shè)計時可靈活選擇風(fēng)機轉(zhuǎn)速。一般對小型風(fēng)機廣泛采用與電動機直聯(lián)的傳動A，對大型風(fēng)機，有時皮帶傳動不適，多以傳動方式D、F傳動。對高溫、多塵條件下，傳動方

17、式還要考慮電動機、軸承的防護和冷卻問題。(3)蝸殼外形尺寸的選擇：蝸殼外形尺寸應(yīng)盡可能小。對高比轉(zhuǎn)數(shù)風(fēng)機，可采用縮短的蝸形，對低比轉(zhuǎn)數(shù)風(fēng)機一般選用標(biāo)準(zhǔn)蝸形。有時為了縮小蝸殼尺寸，可選用蝸殼出口速度大于風(fēng)機進口速度方案，此時采用出口擴壓器以提高其靜壓值。(4)葉片出口角的選定：葉片出口角是設(shè)計時首先要選定的主要幾何參數(shù)之一。為了便于應(yīng)用，我們把葉片分類為：強后彎葉片(水泵型)、后彎圓弧葉片、后彎直葉片、后彎機翼形葉片；徑向出口葉片、徑向直葉片；前彎葉片、強前彎葉片(多翼葉)。(5)葉片數(shù)的選擇：在離心風(fēng)機中，增加葉輪的葉片數(shù)那么可提高葉輪的理論壓力，因為它可以減少相對渦流的影響(即增加K值)。但

18、是，葉片數(shù)目的增加，將增加葉輪通道的摩擦損失，這種損失將降低風(fēng)機的實際壓力而且增加能耗。因此，對每一種葉輪，存在著一個最正確葉片數(shù)目。(6)全壓系數(shù)t的選定：設(shè)計離心風(fēng)機時，實際壓力總是預(yù)先給定的。這時需要選擇全壓系數(shù)t。(7)葉輪進出口的主要幾何尺寸確實定：葉輪是風(fēng)機傳遞給氣體能量的唯一元件，其設(shè)計對風(fēng)機影響甚大；能否正確確定葉輪的主要結(jié)構(gòu)，對風(fēng)機的性能參數(shù)起著關(guān)鍵作用。它包含了離心風(fēng)機設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)-葉片的設(shè)計。而葉片的設(shè)計最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是如何確定葉片出口角2A。4. 結(jié)論在設(shè)計離心風(fēng)機時，關(guān)鍵就是掌握好葉輪葉片出口角2A確實定。根據(jù)葉片出口角2A的不同，可將葉片分成三種型式即后彎葉片(2

19、A 90)，徑向出口葉片(2A=90)和前彎葉片(2A90)。 三種葉片型式的葉輪，目前均在風(fēng)機設(shè)計中應(yīng)用。前彎葉片葉輪的特點是尺寸重量小，價格廉價，而后彎葉片葉輪可提高效率，節(jié)約能源，故在現(xiàn)代生產(chǎn)的風(fēng)機中，特別是功率大的大型風(fēng)機多數(shù)用后彎葉片?，F(xiàn)代前彎葉片風(fēng)機效率，比老式產(chǎn)品已有顯著提高，故在小流量高壓力的場合或低壓大流量場合中仍廣為采用。 徑向出口葉片在我國已不常用，在某些要求耐磨和耐腐蝕的風(fēng)機中，常用徑向出口直葉片。離心風(fēng)機葉輪設(shè)計時還必須考慮到比轉(zhuǎn)速與葉片型式存在一定的關(guān)系，故在確定葉片出口角的同時，必須綜合考慮三種葉片型式對壓力、徑向尺寸和效率的影響。 正確確定了離心風(fēng)機葉輪葉片出口