离心式通风机设计和选型手册解析.docx
《离心式通风机设计和选型手册解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《离心式通风机设计和选型手册解析.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
离心式通风机设计和选型手册解析
离心式通风机设计
通风机的设计包括气动设计计算，结构设计和强度计算等内容。
这一章主要讲第一方
面，而且通风机的气动设计分相似设计和理论设计两种方法。
相似设计方法简单，可靠，在
工业上广泛使用。
而理论设讲方法用于设计新系列的通风机。
本章主要叙述离心通风机气动
设计的一般方法。
离心通风机在设计中根据给定的条件:
容积流量，通风机全压，工作介质及其密度
，以用其他要求，确定通风机的主要尺寸，例如，直径及直径比，转速n,进出口
宽度和，进出口叶片角和，叶片数Z，以及叶片的绘型和扩压器设计，以保证
通风机的性能。
对于通风机设计的要求是：
（1）满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近；
（2）最高效率要高，效率曲线平坦；
（3）压力曲线的稳定工作区间要宽；
（4）结构简单，工艺性能好；
（5）足够的强度，刚度，工作安全可靠；
（6）噪音低；
（7）调节性能好；
（8）尺寸尽量小，重量经；
（9）维护方便。
对于无因次数的选择应注意以下几点：
（10））为保证最高的效率，应选择一个适当的值来设计。
（11）选择最大的值和低的圆周速度，以保证最低的噪音。
（12）选择最大的值，以保证最小的磨损。
4）大时选择最大的值。
1叶轮尺寸的决定
3-1叶轮的主要参数
3-1为叶轮的主要参数:
:
叶轮外径
:
叶轮进口直径；
:
叶片进口直径；
:
出口宽度；
:
进口宽度；
:
叶片出口安装角；
:
叶片进口安装角；
Z:
叶片数；
:
叶片前盘倾斜角；
在叶轮进口处如果有迴流就造成叶轮中的损失，为此应加速进口流速。
一般采用
叶轮进口面积为
最佳进口宽度
，
为叶轮进口速度的变化系数，故有：
考虑到轮毂直径
其中
（3-1a）
引起面积减少，则有：
（3-1b）
在加速20%时，即,
（3-1c）
3-2加速20%的叶轮图
3-2是这种加速20%的叶轮图。
近年来的研究加速不一定是必需的，在某些情况下减速反
二．
最佳进口直径
由水力学计算可以知道，叶道中的损失与速度的平方成正比，即
选择在一定的流量和转速条件下合适的，以使为最小。
；以及折边的存在，
首先讨论叶片厚度的影响。
如图3-3，由于叶片有一定厚度
这样使进入风机的流速从
增加至，即：
3-3叶片厚度和进出口的阻塞系数计算
（3-2a）
那么进出口的径向速度为：
（3-2b）
为了使最小，也就是
那么：
损失最小，应选用适当的。
当过大时，过小，
过小时，（3-2c）式右第
但加大很多，使（3-2c）式右边第二项过大，加大。
当
二项小，第一项会过大，总之在中间值时，使最小，即
考虑到进口20%加速系数，及轮毂的影响，的表达式为（3-1b）式,代入（3-2c）式为：
（3-3c）
对式（3-3）求极小值，得出的优化值为：
（3-4a）
出口直径不用上述类似的优化方法，只要选用合适的即可:
（3-4b）
（3-
即：
4c）
也可以根据，求出
（3-4d）
三．进口叶片角
1.径向进口时的优化值
同一样，根据为最小值时，优化计算进口叶片角。
当气流为径向进口时，
且均布，那么从进口速度三角形（令进口无冲击=）
代入值后得出值，最后得出：
（3-5）
（3-6a）
这就是只考虑径向进口时的优化值。
把（3-6a）式代入（3-4a）至（3-4d）式：
（3-6b）
进而当时：
或者：
（3-6d）
2.当叶轮进口转弯处气流分布不均匀时的优化值。
图3-4，叶片进口处速度分布不均匀，在前盘处速度大小为和，比该面上
那么
此外：
（3-7a）
进而采用近似公式:
其中为叶轮前盘叶片进口处的曲率半径。
计算出来的角比
小一些。
如下
:
3.0
0.2
0.4
4.0
1.0
2.0
:
0.472
0.424
0.952
0.88
0.74
0.58
那么
（3-7b）
式中为的平均值。
3-5进口速度三角
3.当气流进入叶片时有预旋，即：
由图3-5进口速度三角形可以得出：
求极值后：
）
可以看出当气流偏向叶轮旋转方向时（正预旋），将增大，同时得到：
4.叶轮的型式不同时有所区别
一般推荐叶片进口角稍有一个较小的冲角。
后向叶轮中叶道的摩擦等损失较小，此时
的选择使叶轮进口冲击损失为最小。
冲角
一般后向叶轮：
对于前向叶轮，由于叶道内的分离损失较大，过小的进口安装角导片弯曲度过大，分
离损失增加。
较大的安装角虽然使进口冲击损失加大，但是流道内的损失降低，两者比较，
效率反而增高。
一般前向叶轮：
当时，甚至。
四．叶轮前后盘的圆角和叶片进口边斜切
设计中，在可能情况下尽量加大叶轮前后盘的圆角半径r和R（图3-1）。
叶片进口
边斜切是指前盘处叶片进口直径大于后盘处的直径，以适应转弯处气流不均匀现
象。
如果叶片进口与轴平行，如图3-6（a）所示，在进口边各点是相同的。
但该处气流
速度不均匀，而周速相同。
故气流角不同，这样就无法使叶片前缘各点的气
流毫无冲击地进入叶轮。
为此将叶片进口边斜切（见图3-6（b））,靠近前盘处的大，且
其亦大，而靠近后盘小，且亦小。
使气流良好地进入叶道。
是根据叶片弯曲程度来考虑的，故不做成斜切。
3-6叶轮前后盘的圆角和叶片进口边斜切
五．叶片数Z的选择
叶片数太少，一般流道扩散角过大，容易引起气流边界层分离，效率降低。
叶片增加，能减
少出口气流偏斜程度，提高压力。
但过多的叶片会增加沿程摩阻损失和叶道进口的阻塞，也
会使效率下降。
根据试验，叶片间流道长度l为流道出口宽度a的2倍，且l为,由几何关系：
那么
（3-9）
出口角大的叶轮，其叶道长度较短就容易引起当量扩张角过大，应采用较多叶片。
出
口角小时，叶道较长，应采用较少叶片。
同时较小时，Z也少一些为好，以免进口
叶片过于稠密。
对于后向叶轮：
当Z=8~12个时，采用机翼型及弧型叶片，当Z=12~16时，应采用直
线型叶片。
对于前向叶轮，Z=12~16.
六．叶片进出口宽度
1.后向叶轮一般采用锥形圆弧型前盘，对于一定流量叶轮，过小则出口速度过大，
叶轮后的损失增大，而过大，扩压过大，导致边界层分离，所以的大小要慎重决定。
由于
过大，出口速
（3-10b）
后向叶轮的进口处宽度，一般可近似计算：
（3-10c）
上式表明，在一定的时，值与成正比，对于一定的叶轮
5>0.5
根据值及，可决定。
离心式通风机主要参数
片的形状有很多选择。
一．平直叶片
0.3~0.40.45~0.5
图3-7前盘形状
叶片形状的确定
及Z已知后，就可以绘制叶片的形状，叶
平直叶片是最简单的叶片型式，根据图3-8，由正弦定理：
（3-11）
上式表明,和之间满足（3-11）式，不能同时任意选择。
例如：
:
0.3
0.5
0.7
（当
时）:
圆弧型叶片分单圆弧和多圆弧，一般多采用单圆弧。
在设计中，一般先求出
Z等，根据已知条件确定叶片圆弧半径的大小，和该圆弧的中心位置P，
。
3-9a后向圆弧叶片
3-9c径向叶片
1.后向叶片圆弧如图3-9a所示，已知
在和中，P0为公共边：
由余弦公式：
（3-12b）
叶片长度l：
2.前向叶轮圆弧叶片
（3-13a）
（3-13b）
3.径向叶片见图3-9c
.叶片流道的决定
（3-14a）
对于直叶片和圆弧叶片，其进口不能很准确地成型，所以在某些情况下会产生过高的
前缘叶片压力，从而导致了气流的分离。
最好在进口有一段无功叶片，或用近似的圆弧表
示。
这种无功近似圆弧如图3-10所示：
从1点引出的无功圆弧的半径r等于从该点引出的对数曲线的曲率半径。
图解时，连
接01两点，做角，过0点做的垂线，交于角的另一边为A点，以为
半径做圆弧，弧段为无功叶片，e点的以后用抛物线，或者曲线板延长，而且保证出口
角为即可。
流道画出以后，检查过流断面，过流断面变化曲线的斜率不能大于，
否则的话，扩散度过在，造成较大的边界层损失，甚至分离。
一般叶片较少时，用圆弧叶
片还是合理的。
3-10无功叶片及过流断面检查
用下标”
无功叶片就是环量不变的叶片，即保持常数（或保持常数）
0”表示进口，则：
（3-15）
上式为无功叶片的方程.
（1）情况，这时前盘为双曲线，即
（3-16a）
积分后：
（3-16b）
如果进口无预旋：
（
.叶片造型的解析法和图解法
（3-16d）
2）
（3-17a）
3-12叶片基元
（3-17b）
1.
减速叶片间流道
由于风机叶轮中的流动为逆压梯度，易造成边界层的脱流，而造成过大的边缘失。
如
果使相对流速w的减少呈线性关系，那么在叶轮中就不会造成过大的逆压梯度。
图3-12中的一个叶片基元，分解成（径向）和（周向）两个分量：
（3-18a）
这就可以利用w代替进行叶片绘形。
如果采用等减速流道，即
（3-18b）
可以看出对于等减速流道，w的分布曲线是一条抛物线，其中有几种情况可以得到解
析解。
a.等径向速度流道
当轴面流道的关系为br=常数时，=常数。
把（3-18a）式代入（3-18b）式：
为常数，积分而得到速度分布为：
此时w沿半径是线性分布的。
b.=常数的等角螺线叶片：
（3-20）
c.
常数，w也必为常数。
见图3-13所示。
同时：
（3-21）
只与几何尺寸，即有关。
d.等宽度叶道，b=常数
那么:
（3-21）
图3-13
2.等减速叶片的图解法。
在一般情况，由式（3-18b）得到：
积分后:
（3
-22）
积分常数为：
那么已知w和，就可以求出，进而利用：
可利用图解法绘型叶片。
例如：
令,
得到
若令=常数：
（3-23）
及已知时，可以求出和w，进而求出，即可进行叶片绘型。
即先
用数值方法计算出，然后图解绘图。
例如：
时
r
b
b
r
5.5
33
2.45
0.223
13.5
5.84
6.5
33.2
2.06
0.221
13.4
5.79
7.5
34.9
1.7
0.212
12.75
5.55
8.51.33
0.1868
39.3
9.50.98
46.3
绘型步骤如下：
把半径分成n分，求出各段中点的
求出各段中点的值，根据
出叶片形状如图3-14所示。
11.30
4.48
9.6
0.15854.15
w和值，并列入表内，就可以
，在图上量取和，从进口画起，就可以得
的
3-14
离心通风机的进气装置
3-15离心通风机的进气装置
3-16离心通风机的进气装置位置
图3-17离心通风机的进气形状
一.进气室
进气室一般用于大型离心通风机上。
倘若通风机进口之前需接弯管，气流要转弯，使
叶轮进口截面上的气流更不均匀，因此在进口可增设进气室。
进气室装设的好坏会影响性能：
1.进气室最好做成收敛形式的，要求底部与进气口对齐，图3-15所示。
2.进气室的面积与叶轮进口截面之比
一般为矩形，为最好。
3.进气口和出气口的相对位压，对于通风机性能也有影响。
时为最好，时
最差。
如图3-16所示。
二，进气口
进气口有不同的形式，如图3-17所示。
一般锥形经筒形的好，弧形比锥形的好，组合型的比非组合型的好。
例如锥弧型进气
口的涡流区最小。
此外还注意叶轮入口的间隙型式，套口间隙，比对口间隙形式好。
三，进口导流器
若需要扩大通风机的使用范围和提高调节性能，可在进气口或进气室流道装设进口导流器，
分为轴向、径向两种。
可采用平板形，弧形和机翼型。
导流叶片的数目为Z=8~12。
3-18离心通风机的进气导叶
导叶设计
在单极通风机中几乎不用导叶。
主要在压气机中使用，空气离开叶轮后有一个绝对速度
与圆周方向的夹角为，因此
根据环量不变和连续方程：
（3-25）
由此可以得出
常数
所以，空气在离开叶轮后按对数螺线流动，其对数螺线方程为：
（3-26）
采用对数螺线，或用近似的圆弧表示：
其曲线曲率半径：
以后部分可用式（3-26）计算。
流道宽度a+s为
（3-27）
式中，t--叶片节距，由于考虑叶片厚度引起流道变窄，可把用表示
（3-28）
通风机用的导叶多用直导叶，流道不允许有过大的扩散度，若最大的扩压角为，那么所
蜗壳的作用是将离开叶轮的气体集中，导流，并将气体的部分动能扩压转变为静压。
3-20离心通风机蜗壳
速为c，分量为和，为气流角，半径为r.
二，基本假设：
1`，蜗壳各不同截面上所流过流量
成正
（3-29）
2，由于气流进入蜗壳以后不再获得能量，气体的动量矩保持不变。
常
（3-30）
3-21离心通风机蜗壳内壁型线
根据上述假设，蜗壳为矩形截面，宽度B保持不变，那么在角度的截面上的流量为：
（3-31）
代入式（3-30）后：
（3-32）
上式表明蜗壳的内壁为一对数螺线，对于每一个，可计算，连成蜗壳内壁。
可以用近似作图法得到蜗壳内壁型线。
实际上，蜗壳的尺寸与蜗壳的张度A的大小有关
令按幂函数展开：
其中
（3-33）
那么
（3-34a）
系数m随通风机比转数而定，当比转数时，（3-34）式第三项是前
面两项的10%，当时仅是1%。
为了限制通风机的外形尺寸，经验表明，对低中比
转数的通风机，只取其第一项即可：
（3-34b）
则得
（3-35）
式（3-35）为阿基米德螺旋线方程。
在实际应用中，用等边基方法，或不等边基方法，
绘制一条近似于阿基米德螺旋线的蜗壳内壁型线，如图3-22所示。
（2-34）得到蜗壳出口张度A
（3-36）
一般取，具体作法如下：
先选定B，计算A[式（3-36）]，以等边基方法或不等边基方法画蜗壳内壁型线。
蜗壳宽度B的选取十分重要。
一般维持速度在一定值的前提下，
确定扩张当量面积的。
若速度过大，通风机出口动压增加，速度过小，
相应叶轮出口气流的扩压损失增加，这均使效率下降。
如果改变B，相应需改变A使不变。
当扩张面积不变情况，从磨损和
损失角度，B小A大好，因为B小，流体离开叶轮后突然扩大小，损失少。
而且A大，螺旋
平面通道大，对蜗壳内壁的撞击和磨损少。
一般经验公式为：
1.
（3-37a）
2.
（3-37b）
低比转数取下限，高比转速取上限。
为叶轮进口直径，系数：
五，蜗壳内壁型线实用计算
作一正方形。
为等边基方。
以基方的四角为圆心分别以
（3-37）
等边基方法作出近似螺旋线与对数螺线有一定误差，当比转速越高时，其误差越大。
可采用
不等边。
方法不同之处，做一个不等边基方：
不等边基方法对于高比转速通风机也可以得到很好的结果。
3-22等边基方法
图3-23不等边基方法
升级会员 