離心式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和選型手冊(cè)范本

離心式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)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，構(gòu)造設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算等內(nèi)容。這一章主要講第一方的一般方法。離心通風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)中依據(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〕〔1〕滿(mǎn)足所需流量和壓力的工況點(diǎn)應(yīng)在最高效率點(diǎn)四周；〔2〕最高效率要高，效率曲線平坦；〔3〕壓力曲線的穩(wěn)定工作區(qū)間要寬；〔4〕構(gòu)造簡(jiǎn)潔，工藝性能好；〔5〕足夠的強(qiáng)度，剛度，工作安全牢靠；〔6〕噪音低；〔7〕調(diào)整性能好；〔8〕尺寸盡量小，重量經(jīng)；〔9〕維護(hù)便利。對(duì)于無(wú)因次數(shù)的選擇應(yīng)留意以下幾點(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)?！?〕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§1葉輪尺寸的打算3-1:葉輪外徑: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；:進(jìn)口寬度；:葉片出口安裝角；: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；一．一．最正確進(jìn)口寬度面積為，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削減，則有：(3-1b)其中20%時(shí)，即,(3-1c)3-220%的葉輪圖圖3-220%的葉輪圖。近年來(lái)的爭(zhēng)論加速不肯定是必需的，在某些狀況下減速反而有利。二． 最正確進(jìn)口直徑轉(zhuǎn)速條件下適宜的，以使為最小。首先爭(zhēng)論葉片厚度的影響。如圖3-3，由于葉片有肯定厚度；以及折邊的存在，這樣使進(jìn)入風(fēng)機(jī)的流速?gòu)脑黾又?，即?-3葉片厚度和進(jìn)出口的堵塞系數(shù)計(jì)算用和分別表示進(jìn)出口的堵塞系數(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)入葉輪為徑向流淌時(shí)，,那么：(3-2b)〔3-2c〕式右邊其次項(xiàng)過(guò)大，加大。當(dāng)過(guò)小時(shí)，〔3-2c〕式右其次項(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)求微小值，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，只要選用適宜的即可:(3-4b)即：(3-4c)也可以依據(jù)，求出(3-4d)三． 進(jìn)口葉片角徑向進(jìn)口時(shí)的優(yōu)化值同一樣，依據(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，最終得出：(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)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)而承受近似公式:其中為葉輪前盤(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 2.03.0 4.0: 0.952 0.88 0.74 0.580.472 0.424:那么(3-7b)式中為的平均值。3-43-5當(dāng)氣流進(jìn)入葉片時(shí)有預(yù)旋，即：3-5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：葉輪的型式不同時(shí)有所區(qū)分使葉輪進(jìn)口沖擊損失為最小。沖角設(shè)計(jì)中，在可能狀況下盡量加大葉輪前后盤(pán)的圓角半徑r和R〔設(shè)計(jì)中，在可能狀況下盡量加大葉輪前后盤(pán)的圓角半徑r和R〔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。假設(shè)葉片進(jìn)口與軸平行，如圖3-6(a)所示，在進(jìn)口邊各點(diǎn)是一樣的。但該處氣流速度輪。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)小，且亦小。使氣流良好地進(jìn)入葉道。前向葉輪，進(jìn)口氣流角是依據(jù)葉片彎曲程度來(lái)考慮的，故不做成斜切。3-6一般后向葉輪：對(duì)于前向葉輪，由于葉道內(nèi)的分別損失較大，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)口邊斜切四．葉輪前后盤(pán)的圓角和葉片進(jìn)口邊斜切五．葉片數(shù)Z五．葉片數(shù)Z葉片數(shù)太少，一般流道集中角過(guò)大，簡(jiǎn)潔引起氣流邊界層分別，效率降低。葉片增加，能減會(huì)使效率下降。依據(jù)試驗(yàn)，葉片間流道長(zhǎng)度l為流道出口寬度a2倍，且l那么那么(3-9)出口角大的葉輪，其葉道長(zhǎng)度較短就簡(jiǎn)潔引起當(dāng)量擴(kuò)張角過(guò)大，應(yīng)承受較多葉片。出口角小時(shí)，葉道較長(zhǎng)，應(yīng)承受較少葉片。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=8~12個(gè)時(shí)，承受機(jī)翼型及弧型葉片，當(dāng)Z=12~16時(shí)，應(yīng)承受直線型葉片。對(duì)于前向葉輪，Z=12~16.六．葉片進(jìn)出口寬度1.后向葉輪一般承受錐形圓弧型前盤(pán)，對(duì)于肯定流量葉輪，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)致邊界層分別，所以的大小要慎重打算。由于(3-10a)1.后向葉輪一般承受錐形圓弧型前盤(pán)，對(duì)于肯定流量葉輪，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)致邊界層分別，所以的大小要慎重打算。由于(3-10a)上式說(shuō)明，在肯定的時(shí)，值與成正比，對(duì)于肯定的葉輪過(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)前向葉輪承受平直前盤(pán)時(shí)：，假設(shè)承受錐形前盤(pán)，必需正確選用前盤(pán)傾斜角，即0.3~0.4 0.45~0.55>0.5依據(jù)值及，可打算。3-7前盤(pán)外形葉片外形確實(shí)定離心式通風(fēng)機(jī)主要參數(shù)及Z一．平直葉片平直葉片是最簡(jiǎn)潔的葉片型式，依據(jù)圖平直葉片是最簡(jiǎn)潔的葉片型式，依據(jù)圖3-8，由正弦定理：(3-11)上式說(shuō)明,和之間滿(mǎn)足(3-11)式，不能同時(shí)任意選擇。(當(dāng)時(shí)):(當(dāng)時(shí)):3-8二．圓弧型葉片,Z等，根據(jù)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。例如：::0.30.50.73-9a3-9b3-9c徑向葉片1.3-9a1.3-9a在和中，P0由余弦公式：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)(3-13a)(3-13b)3.3.3-9c(3-14a)(3-14b)三.葉片流道的打算對(duì)于直葉片和圓弧葉片，其進(jìn)口不能很準(zhǔn)確地成型，所以在某些狀況下會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的前緣葉片壓力，從而導(dǎo)致了氣流的分別。最好在進(jìn)口有一段無(wú)功葉片，或用近似的圓弧表3-1011r010A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(huà)，集中度過(guò)在，造成較大的邊界層損失，甚至分別。一般葉片較少時(shí)，用圓弧葉片還是合理的。3-103-11以下用解析法做幾種狀況的無(wú)功葉片：以下用解析法做幾種狀況的無(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)(3-15)上式為無(wú)功葉片的方程.〔1〕 狀況，這時(shí)前盤(pán)為雙曲線，即(3-16a)積分積分后：(3-16b)假設(shè)進(jìn)口無(wú)預(yù)旋：(3-16c)(3-16d)〔2〕(3-17a)當(dāng)時(shí)(3-17b)3-12葉片基元四.葉片造型的解析法和圖解法四.葉片造型的解析法和圖解法1.減速葉片間流道1.減速葉片間流道由于風(fēng)機(jī)葉輪中的流淌為逆壓梯度，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的削減呈線性關(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)重量：(3-18a)這就可以利用w代替進(jìn)展葉片繪形。假設(shè)承受等減速流道，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，其中有幾種狀況可以得到解析解。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：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：為常數(shù)，積分而得到速度分布為：(3-19)b.=常數(shù)的等角螺線葉片：(3-20)c.=常數(shù)同時(shí)=常數(shù)，wb.=常數(shù)的等角螺線葉片：(3-20)c.=常數(shù)同時(shí)=常數(shù)，w3-13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)(3-21)3-132. 等減速葉片的圖解法。在一般狀況，由式(3-18b)得到：積分后:(3-22)積分常數(shù)為：那么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：得到假設(shè)令=常數(shù)：(3-23)當(dāng)及時(shí)，可以求出和w，進(jìn)而求出，即可進(jìn)展葉片繪型。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可列表計(jì)算：rrb5.52.450.2233313.55.846.52.0613.40.2215.7933.27.5 1.7 12.750.212 5.5534.98.5 1.33 11.300.1868 4.4839.39.50.989.60.15854.1546.3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，依據(jù)，在圖上量取和，從進(jìn)口畫(huà)起，就可以得出葉片外形如圖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)展葉片角的繪型，在水輪機(jī)中還可以按給定的分布進(jìn)展葉片繪型。3-14離心通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣裝置3-153-16一.進(jìn)氣室一.進(jìn)氣室進(jìn)氣室一般用于大型離心通風(fēng)機(jī)上。如果通風(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3-17一般錐形經(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。此外還留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)流器假設(shè)需要擴(kuò)大通風(fēng)機(jī)的使用范圍和提高調(diào)整性能，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。三，進(jìn)口導(dǎo)流器假設(shè)需要擴(kuò)大通風(fēng)機(jī)的使用范圍和提高調(diào)整性能，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?？沙惺芷桨逍危⌒魏蜋C(jī)翼型。導(dǎo)流葉片的數(shù)目為Z=8~12。3-18導(dǎo)葉設(shè)計(jì)導(dǎo)葉設(shè)計(jì)圓周方向的夾角為，因此依據(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)螺線流淌，其對(duì)數(shù)螺線方程為：(3-26)因此，至少在截面承受對(duì)數(shù)螺線，或用近似的圓弧表示：其曲線曲率半徑：以后局部可用式(3-26)計(jì)算。流道寬度a+s(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)3-193-19蝸殼設(shè)計(jì)圖3-20一，概述蝸殼的作用是將離開(kāi)葉輪的氣體集中，導(dǎo)流，并將氣體的局部動(dòng)能擴(kuò)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓。目前離心通風(fēng)機(jī)普遍承受矩形蝸殼，優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)潔適于焊接，離心通風(fēng)機(jī)蝸殼寬度B3-20圖3-21圖3-21示，為葉輪出口后的氣流速度，為其氣流角〔重量為和〕，蝸殼內(nèi)一點(diǎn)的流速為c，重量為和，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(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。二，根本假設(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：依據(jù)上述假設(shè)，蝸殼為矩形截面，寬度依據(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)(3-31)代入式(3-30)后：(3-32)上式說(shuō)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)開(kāi)放：(3-33)其中那么(3-34a)m(3-3410%，當(dāng)時(shí)僅是1%。為了限制通風(fēng)機(jī)的外形尺寸，閱歷說(shuō)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的選取格外重要。,一般維持速度在肯定值的前提下，確定擴(kuò)張當(dāng)量面積的。假設(shè)速度過(guò)大，通風(fēng)機(jī)出口動(dòng)壓增