2015離心式通風機設計和選型手冊

1、離心式通風機設計 通風機的設計包括氣動設計計算，結構設計和強度計算等內(nèi)容。這一章主要講第一方 面，而且通風機的氣動設計分相似設計和理論設計兩種方法。相似設計方法簡單，可靠，在 工業(yè)上廣泛使用。而理論設講方法用于設計新系列的通風機.本章主要敘述離心通風機氣動 設計的一般方法。 離心通風機在設計中根據(jù)給定的條件：容積流量，通風機全壓&P&P,工作介質及其密度 V,V,以用其他要求，確定通風機的主要尺寸，例如，直徑及直徑比口應 ,轉速 n,進出口 寬度句和馬，進出口葉片角河A和月 1,1, ,葉片數(shù)乙以及葉片的繪型和擴壓器設計，以保證 通風機的性能。 對于通風機設計的要求是： (1)

2、 滿足所需流量和壓力的工況點應在最局效率點附近； (2) 最局效率要局，效率曲線平坦； (3) 壓力曲線的穩(wěn)定工作區(qū)間要寬； (4) 結構簡單，工 2 2 性能好； (5) 足夠的強度，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) 維護方便。 對于無因次數(shù)的選擇應注意以下幾點 (1) 為保證最高的效率，應選擇一個適當?shù)淖又祦碓O計. (2) 選擇最大的產(chǎn)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。 5:葉輪外徑為:葉輪進口直徑; %葉片進口直徑; %:出口寬度； 進口寬度; ，配：葉片出口安裝角; Qu：葉片

3、進口安裝角 Z:葉片數(shù)； (4) 大時選擇最大的伊值. 圖 31為葉輪的主要參數(shù)： 叼屋等青 口:葉片前盤傾斜角; 最佳進口寬度, 在葉輪進口處如果有退流就造成葉輪中的損失，為此應加速進口流速。一般采用認二%, 葉輪進口面積為建口內(nèi),而進風口面積為 4 4 , ,令。為葉輪進口速度的變化系數(shù)，故有: 由此得出： 瓦=W W (3-1a) 考慮到輪轂直徑/引起面積減少，則有: (31b) 其中口二分出在加速 20%寸，即=1-2, 圖 32加速 20%勺葉輪圖 圖 32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.最佳進口直徑 2 2 一卷可Z 由水

4、力學計算可以知道，葉道中的損失與速度的平方成正比，即 2府。為此 選擇在一定的流量和轉速條件下合適的口 1 1,以使叫為最小。 首先討論葉片厚度的影響.如圖 33,由于葉片有一定厚度了；以及折邊上的存在，這 樣使進入風機的流速從%棍增加至三,即： 二月陽 那么進出口的徑向速度為: :1潴；叼網(wǎng)1fl & ”一鳴 當氣流進入葉輪為徑向流動時F3iF3i, ,那么： M1+記 試+戶段 卜也也EJ16G (3-2b) 為了使 w；最小，也就是口叫損失最小，應選用適當?shù)?。】。當】過大時，,以過小，但1加大很多，使(3-2c)式右邊第二項過大，然:加大。當功過小時，(3-2c)式右第二 八?紐

5、=。 項小，第一項會過大，總之打在中間值時，使最小，即犯 考慮到進口 20%;口速系數(shù)，及輪轂的影響，4 的表達式為(31b)式，代入(32c)式為： 316J/加丫 1(J4 (33c) 對式(3-3)求極小值，得出的優(yōu)化值為： 皿物一 14盾飛。四或1A 出口直徑且二不用上述類似的優(yōu)化方法，只要選用合適甄的即可: % %= =- -4;%4;%中=居伊I (3-4b) 即： A二J和一 0?一爐犯取 I I (3(3 4c)4c) 也可以根據(jù)卬 4 4, ,求出啊 (34d) 進口葉片角* 1.徑向進口時的以優(yōu)化值 同”】一樣，根據(jù)也為最小值時，優(yōu)化計算進口葉片角。當氣流為徑向進口時，為d

6、，且孔均布，那么從進口速度三角形（令進口無沖擊1A=i） 代入可值后得出與值，最后彳#出： 甫二經(jīng)尸一孥二 6。JFTl-V）GJ嗎CuCuffff A A 加QM 190%。-淅四且 (3-5) 明3526 (36a) 這就是只考慮徑向進口時的九優(yōu)化值。 把（36a）式代入（34a）至（3-4d）式: （3-6b） 進而當二 0 苫=12工產(chǎn) 10 時： 4=1194訴刃. 或 (D(D、 =1702 者： (3-6d) 2 2。 當葉輪進口轉彎處氣流分布不均勻時/必的優(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好融皿和WJIMK，比該面上 1鞭BL- 的平均值要大，設

7、 那么二門，/.三：7 “圖無.竟氮 二年工2Q土苗90”式1?)忠彳14 _o 當姆瓦時: (3-7a) 1=1(1+2/5 進而采用近似公式：” 圖 3-4 葉片進口處和分布不均勻 圖 3-5 進口速度三角 3 3。 當氣流進入葉片時有預旋，即心于 0 0： 由圖 3-5 進口速度三角形可以得出： 用=紇旦二卻 CM=C Cm mJ J 電口 I I S=硝/C CQ Q&B&BXAXA4用”也 /I姐%) 16UJ9岫)% %=嗎&網(wǎng)公 二商初1 1 9。見(1-5,)揄%(3(34 4A A+俄打廝福由F 求極值后： 3 319ir 血=：7-+.1777+7

8、4電16先的2 可以看出當氣流偏向葉輪旋轉方向時（正預旋），將增大，同時得到 4=JI旗啕盧力用嘰/坦/ 4 4。 葉輪的型式不同時值有所區(qū)別 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 九的選擇使葉輪進口沖擊損失為最小。 沖角一一二： 一般后向葉輪：口二 對于前向葉輪，由于葉道內(nèi)的分離損失較大，過小的進口安裝角導片彎曲度過大，分離 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，兩者比較，效率反而增高。 -般前向葉輪：跖 當/、155TM155TM 時，跖甚至%=9090。 四.葉輪前后盤的圓角和葉片進口邊斜切 設計中，在可能情況下盡量加大葉

9、輪前后盤的圓角半徑 r r 和 R R（圖 3 3- -1 1）。葉片進口 邊斜切是指前盤處葉片進口直徑11,大于后盤處的直徑時，以適應轉彎處氣流不均勻現(xiàn) 象。如果葉片進口與軸平行，如圖 3-6(a)所示，./在進口邊各點是相同的。但該處氣流 速度不均勻，而周速附相同。故氣流角不同，這樣就無法使葉片前緣各點的氣流毫無沖擊地進入葉輪。為此將葉片進口邊斜切(見圖 3-6(b),靠近前盤處的 4 大,且其力亦大，而靠近后盤 G牌小, ,且%亦小。使氣流良好地進入葉道。 前向葉輪，進口氣流角片是根據(jù)葉片彎曲程度來考慮的，故不做成斜切。 圖 36葉輪前后盤的圓角和葉片進口邊斜切 五.葉片數(shù) Z的選擇 葉

10、片數(shù)太少，一般流道擴散角過大，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。但過多的葉片會增加沿程摩阻損失和葉道進口的阻塞，也 會使效率下降。 根據(jù)試驗，葉片間流道長度 l為流道出口寬度 a的 2 倍，且 l為，由幾何關系： a-聲打民且目心 ，二140F) L戈0一八)二2 2 那么 三=把包叫同 X X包鼠 (39) 出口角大的葉輪，其葉道長度較短就容易引起當量擴張角過大，應采用較多葉片.出 口角小時，葉道較長，應采用較少葉片。同時 g 較小時，Z也少一些為好，以免進口葉片過于稠密. 對于后向葉輪：當 Z=812 個時，采用機翼型及弧型葉片，當 Z=1216

11、 時，應采用直 線型口 t 片. 對于前向葉輪，Z=1216。 六.葉片進出口寬度兒電 1 .后向葉輪一般采用錐形圓弧型前盤，對于一定流量葉輪，與過小則出口速度過大 葉輪后的損失增大，而與過大，擴壓過大，導致邊界層分離，所以質的大小要慎重決定。由CC4% 上式表明，在一定的、時，2值與濘成正比，對于一定的葉輪/過大，出口速 %三 度大，葉輪后損失增大，反之明過小，擴壓度過大。試驗證明，不同的憶,2 值不同, 外國=354然C*=0.2U025 (310b) %=435*心,飽二。2510.22 然后，利用（310a）式可計算出 Ao 后向葉輪的進口處寬度，一般可近似計算: (310c) 4=生

12、（1一項 2 .前向葉輪進口處參數(shù)影響很大。其葉片入口處寬度 4應比&芻公式計算 出的大-些.例如當%二45，（2565） 馬0.23。與54 電二a2T.習， a由035Q5 平直葉片 平直葉片是最簡單的葉片型式，根據(jù)圖 3-8,由正弦定理: Cw=%訊4 (3-11) 上式表明馬，口 I,6M加和之間滿足(311)式，不能同時任意選擇。 例如： 圖 38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。在設計中，一般先求出 dASwBaaZ等，根據(jù)已知條件確定葉片圓弧半徑 At 的大小，和該圓弧的中心位置巳 以及圓弧所在半徑 4。 圖 3-9a 后向圓弧葉片 圖 3

13、9b 前向圓弧葉片 圖 3-9c徑向葉片 1.后向葉片圓弧如圖 3-9a 所示，已知 Ng 祝=ZP20=%上訶2U2-ZZ10-g1A 在AF20和API0中，P0 為公共邊： 同二為 畫=同=& Ql=口,02= 由余弦公式： 對二時十對_2乏面加為工 席=尺：$片_2&勺C.兇工=&+產(chǎn)丁2/u 22 2 R RF F、 2(CoEpCoEp2A2Ar r CcfSCcfSAA) ) (3-12a) (3-14a) %=醴十 (314b) 三。葉片流道的決定 %-J4t+42息二口葉為用+-2及二C口第1A (3-12b) 葉片長度 l： t t二七K%取/二威一

14、百“360。 2。 磁C CGSGS 城- 腳十*磯 叔+%-中 2424 國 前向葉輪圓弧葉片 Dq-q 欠二退區(qū)乖可右宗而廣而! (313a) 3. 徑向葉片見圖 39c (313b) 冉廣9片 22 2 R R勺 F 2rle2rle6 6 對于直葉片和圓弧葉片，其進口不能很準確地成型，所以在某些情況下會產(chǎn)生過高的前緣葉片壓力，從而導致了氣流的分離。最好在進口有一段無功葉片，或用近似的圓弧表示.這種無功近似圓弧如圖 310所示： 從 1點引出的無功圓弧的半徑 r 等于從該點引出的對數(shù)曲線的曲率半徑。圖解時，連 接 01 兩點，做角=,過 0 點做近的垂線，交于角的另一邊為 A點，以刀二尸

15、為 半徑做圓弧，弧 1?段為無功葉片,e點的以后用拋物線，或者曲線板延長，而且保證出口角為 02a即可。流道畫出以后，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，用圓弧葉片還是合理的。 圖 3-10無功葉片及過流斷面檢查 圖 3-11無功葉片的形狀 以下用解析法做幾種情況的無功葉片： 無功葉片就是環(huán)量不變的葉片，即 C/保持常數(shù)(或 Cj保持常數(shù))的葉片，用下標0”表示進口，則： 由于, &=J 河中罩一G/尸 (315) 上式為無功葉片的方程. (1)J 二,加。情況，這時前盤為雙曲線，即 分_九 rdrd尸由一

16、勺， (3-16a) (316d) (2)b b=瓦二城 圖 3-12葉片基元 四.葉片造型的解析法和圖解法 由于風機葉輪中的流動為逆壓梯度，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的減少呈線性關系，那么在葉輪中就不會造成過大的逆壓梯度。 圖 3-12中的一個葉片基元$,分解成（徑向）和翼（周向）兩個分量： (3-18a) 這就可以利用 w代替（進行葉片繪形。如果采用等減速流道，即 NdwNdw 二一 CdsCds (3-18b) 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 C C 當軸面流道的關系為圻=常數(shù)時，川=常數(shù)。把（318a）式代入

17、（318b）式: XC 報 C 訶吊總/一二- -C C M吊足力=C融 1。 減速葉片間流道 a。 等徑向速度流道 力為常數(shù),積分而得到速度分布為 (3-19) 此時 w沿半徑是線性分布的. M也二也dsdrdsdr vp3w：w?-w w； -(-n)222gf) (320) Co尸=常數(shù)同時 C=常數(shù),w也必為常數(shù)。見圖 3-13所示。同時: 即=m?”m?”4 4 二a 式%- 那么壓力系數(shù)： 材二2(1務叨 (321) A 只與幾何尺寸，即鼻有關. d.等寬度葉道，b=常數(shù) bo =常數(shù)的等角螺線葉片: 由于： 。=L”方=常數(shù) qg雙片 那么： 州吃一胃 1-Q 2 2F F (3

18、-21) 在一般情況, ,由式(318b)得至 k 積分后: 2. 等減速葉片的圖解法。 圖 3-13 22) 嗎一叫= (3 積分常數(shù)為: 那么已知 w和心，就可以求出尸,進而利用: Au=Ar/tan/ 可利用圖解法繪型葉片。 -eAr VPC J iTS 得到 irW1w?_A他尸(嗎wj 若令二常數(shù): hrhr 獷=_-（町一明） (3-23) 當當*3 及 8 廠已知時，可以求出訶和 w,進而求出加，即可進行葉片繪型。即先用數(shù)值方法計算出，然后圖解繪圖。 用_電:79-52,8=26.2， 例如：/3 時 c7=c1-wa)/j=i(w1 ，代入方程中: Jr Aw=26.2 引列表

19、計算： r b b hrhr r Aw 5。5 2。45 13。 5 0。 223 5.84 33 6。5 2。 06 13.4 0。 221 5。79 33.2 7.5 1。 7 12.75 0.2 12 5.55 34。9 8。5 1。 33 11.30 0。 1868 4。48 39。3 9.5 0.98 9.6 0。 1585 4.15 46.3 廣=1。二二 6。55 繪型步驟如下：把半徑分成 n 分，求出各段中點的 w和,用 值，并列入表內(nèi)，就可以求 t工工A”A”= = 出各段中點的白值，根據(jù) /:,在圖上量取和, 從進口畫起，就可以得出葉 片形狀如圖 3-14 所示。 以上風機

20、葉片的設計是按的線性分布設計葉片，同樣可以按葉片角的分布進行葉片角 繪型，在水輪機中還可以按給定匕 T的分布進行葉片繪型 圖 314 離心通風機的進氣裝置 圖 317 離心通風機的進氣形狀 一.進氣室 進氣室一般用于大型離心通風機上.倘若通風機進口之前需接彎管，氣流要轉彎，使 葉輪進口截面上的氣流更不均勻，因此在進口可增設進氣室。進氣室裝設的好壞會影響性能： 1。 進氣室最好做成收斂形式的，要求底部與進氣口對齊，圖 3-15所示。 2。 進氣室的面積4與葉輪進口截面號之比 4二旦二L75-20 端 a a_ _11 再一般為矩形，百萬專為最好. 3.進氣口和出氣口的相對位壓，對于通風機性能也有

21、影響.a二90時為最好，a二180時 最差。如圖 316所不。 二，進氣口 進氣口有不同的形式，如圖 317 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，進口導流器 若需要擴大通風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進口導流器， 分為軸向、徑向兩種. 可采用平板形，弧形和機翼型。導流葉片的數(shù)目為 Z=812. 圖 318 離心通風機的進氣導葉 日 4導葉設計 在單極通風機中幾乎不用導葉。主要在壓氣機中使用，空氣離開葉輪后有一個絕對速度 q,與圓周方向的夾角為飛

22、，因此 蠟二 4 十號 根據(jù)環(huán)量不變和連續(xù)方程： - - -6 6 內(nèi) r r (3-25) 由此可以得出 tanctct= = q/常數(shù) 所以，空氣在離開葉輪后按對數(shù)螺線流動，其對數(shù)螺線方程為： .r r 4tanct=ln與 (3-26) 因此，至少在截面達目采用對數(shù)螺線，或用近似的圓弧表示：其曲線曲率半徑: 5二 以后部分可用式(3-26)計算。 流道寬度 a+s為 .加 a+sa+s- -r r*smft=isinci2 2 (3-27) 式中，t-葉片節(jié)距，由于考慮葉片厚度引起流道變窄，可把右用表示 % tan%=tan% % %- -% % (328) a a3 3= = sin%

23、 通風機用的導葉多用直導葉，流道不允許有過大的擴散度，若最大的擴壓角為 14,那么所需 360 Z二25 最少葉片數(shù)為 I4，如圖 319所示。 優(yōu)點是工藝簡單適于焊接，離心通風機蝸殼寬度 B 二,基本假設: 三，蝸殼內(nèi)壁型線: 根據(jù)上述假設，蝸殼為矩形截面，寬度 B保持不變，那么在角度中的截面上的流量為: 代入式（330）后: (332) 上式表明蝸殼的內(nèi)壁為一對數(shù)螺線，對于每一個中，可計算 G G,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 令 P P 按備函數(shù)展開： %二氣口+切胡+（陽/戶 (3-33) Q Q取= 甘出3 3 鉗現(xiàn)到勺 其中 那么 二一二見幽 d+1(鹿野f+八 (3-34a) 系數(shù) m隨通風機比轉數(shù)居而定，當比轉數(shù)以二 11212.6時，(334)式第三項是前面兩項的 10%,當金二 27 時僅是 1%為了限制通風機的外形尺寸,經(jīng)驗表明,對低中比轉數(shù)的通風機，只取其第一項即可： 4-