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离心式鼓风机设计毕业设计
目 录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1离心式鼓风机发展史 1
1.2离心式鼓风机的研究现状 1
1.3课题研究的环境背景 2
1.4课题研究的基本内容 3
2离心式鼓风机的基本原理 4
2.1离心式鼓风机原理及工作过程 4
2.2离心式鼓风机基本结构 5
2.2.1转子 5
2.2.2静子 5
2.3离心式鼓风机关键参数 6
2.4离心式鼓风机设计方法 7
3离心式鼓风机具体设计计算 8
3.1热力计算及结构参数设计 8
3.1.1气体的物理参数 8
3.1.2流量计算 8
3.1.3压力比的确定 8
3.2叶轮设计 9
3.2.1叶轮主要参数的设计计算 9
3.2.2叶轮的详细计算 10
3.3进气室设计 14
3.4扩压器设计 14
3.5蜗壳设计 17
3.6轴耗功率计算 18
3.7多变效率校核 19
3.8叶片数校核 20
II
4强度校核 21
4.1轮盘的强度校核 21
4.1.1轮盘分段 21
4.1.2附加厚度计算 23
4.1.3轮盘应力的计算过程 24
4.2叶片强度校核 26
5离心式鼓风机喘振和噪声分析 28
5.1理想是鼓风机喘振现象分析 28
5.1.1 喘振的定义 28
5.1.2 喘振产生的原因 29
5.1.3 喘振现象的表现 29
5.1.4 喘振的消除措施 29
5.2离心式鼓风机噪声分析 30
5.2.1 离心式鼓风机噪声的产生 30
5.2.2 鼓风机降噪的主要措施 31
6结论 35
致谢 38
参考文献 39
附录 40
1绪论
重庆大学本科学生毕业设计（论文）
1 绪论
1.1离心式鼓风机的发展史
勤劳的中国人民在很早以前就懂得了离心式风机的原理。
在东汉初年,南阳太守杜诗就设计并制造了一种水力鼓风机用于冶金铸造业。
它是用水转动水轮，通过一系列的曲轴、连杆、往复杆装置，把圆周运动转化为拉风箱的直线运动。
它包括动力系统、传动系统和工作系统，具有真正机器的主要特征。
不仅如此，把这种操作程序反过来，就是蒸汽机活塞的直线往复运动向圆周运动的转换。
我国冶金最初用的是冶金皮囊，战国时已有四囊。
汉代用“马排”、“牛排”以至杜诗的水排。
宋代已有类似于手风琴的木风扇。
这是一种有自动阀门的风箱。
特别是到了明末,已出现了活塞式鼓风机。
但是由于近期封建地主的长期统治和一百多年来帝国主义和官僚资本主义的残酷压榨，使我国人民的才能和智慧得不到发展，造成了我国的贫穷落后。
解放前，离心式鼓风机的制造工业和和其他工业一样非常落后，除了沿海大城市还能生产少量外，根本谈不上离心式鼓风机的生产[1]。
新中国成立以来，随着社会主义经济的发展，离心式鼓风机制造业也从无到有得到了迅速的发展，除了各大汽轮机厂外，还有许多鼓风机专业生产厂，如沈阳鼓风机集团，陕西鼓风机集团、重庆通用集团等可以生产各种规格的工业压缩机和鼓风机。
压缩机和鼓风机的理论研究和设计工作都取得了很大进展。
除了自行设计外，还从国外引进技术，推动了我国工业压缩机和鼓风机事业的发展。
目前我国从通风机、鼓风机到高压离心式压缩机、各种规格的轴流式压缩机都能生产，并为进一步的发展打下了坚实的基础。
所以，我们有理由相信在以后的日子，随着国力的增强，自主创新能力的提高，国产鼓风机的发展会越来越好。
1.2离心式鼓风机的研究现状
离心式鼓风机的发展得益于许多学科发展和科技进步的成果，随着当代科学技术的突飞猛进，离心式压缩机无论是在性能上还是在安全可靠性上都获得了很大的提高。
随着气动力学三元流动理论的发展，离心式鼓风机的气动设计方法、计算分析软件日臻成熟并推广应用，鼓风机理论得到深入研究，使当代的离心式压缩机具有先进的热力和气动性能；转子动力学的进步提高了压缩机的可靠性，机械制造业的现代化，保证了压缩机的先进设计性能和可靠性；轴端密封技术的不断进步，如干气密封的发展，有可能摒弃密封油系统；新型轴承的出现，特别是当前气体轴承、电磁轴承的发展，在不久的将来，很可能在支撑系统中摒弃滑油系统；故障诊断学的新成果为故障的诊断与排除提供了重要的手段；控制理论
37
和计算机技术的新发展，先进的压缩机性能控制、防喘控制和运行监控系统的采用，更大程度上提高了压缩机的运行安全可靠性等[2]。
在国外，随着“三元流动理论”在离心式压缩机和鼓风机设计上的应用，设计制造了曝气用的单级高速离心式鼓风机，由于它具有体积小、重量轻、效率高、节约能源、性能调节范围广泛，自动化水平高等特点，已取代了多级、低速离心式鼓风机，并得到广泛应用。
当前，国外一些著名的风机制造厂家，如美国的英格索兰、德国的德马克、瑞士的苏尔寿、日本的川崎重工等公司，在设计理论上，采用国际先进的三元流动设计理论，随着科技进步的飞速发展，并将在航天领域的磁力轴承技术，应用在离心式压缩机和鼓风机产品上，采用电子控制系统对磁力装置进行监控，提高了机组运行可靠性。
比较有名的有瑞士苏尔寿公司制造的
V112型双级离心式鼓风机，美国英格索兰公司的X—FL0混流式鼓风机，德国德马克公司的SEZ、KG两个系列的单级高速离心式鼓风机[3]。
在国内，2002年，鼓风机得到了发展，浙江杭州德尔风机，制造了不用电的风机，采用不锈钢材质，利用空气对流的原理达到通排风的效果，取名长林东无动力屋顶通风器（又名无动力鼓风机），属于新型环保节能风机[4]。
近期，重庆通用公司生产的单级高速离心式鼓风机，其主要性能指标达到了国际同期先进水平，是国内目前更安全，更环保的新型设备。
该产品的成功研发，打破了曝气风机长期为进口产品所垄断的格局，为尽快实现污水处理主要设备的国产化替代进口，降低用户的投资和运行成本提供了有力的支撑，为我国环保事业的发展做出了重要贡献。
1.3课题研究的环境背景
本次设计的离心式鼓风机为单级离心式曝气鼓风机，主要运用于污水处理厂曝气。
目前污水处理厂常用的鼓风机有罗茨鼓风机和离心鼓风机，鼓风机的能耗在污水处理中占很大的比例，是污水处理厂中的重要设备。
合理的选型设计及配置、使用，对污水处理厂的正常运行，节约成本有重要的意义。
下表为罗茨风机和离心式鼓风机的综合性能比较：
罗茨风机与离心式鼓风机比较
表1.1
比较内容 罗茨风机 离心式鼓风机
效率 效率低、能耗高 效率高，能耗低
噪声 本机噪音在90dB以上 本机噪音在85dB以下
风量调节
通过调节转速法和旁路放风阀法来调节风量风压，调节范围小
通过调节导叶片角度来调节风量风压，调节范围45%-100%
设备占地 设备占地大，所需鼓风机房面积大
设备占地、所需鼓风机房面积比前者小
设备重量大，需配备大型起吊设备，
安装 安装工程复杂，费用高
设备重量较大，需配备起吊设备，安装工程比前者简单
维护 维护工作量较大 维护工作量较小
从表中可知，罗茨鼓风机因为噪音较大，效率比离心风机要低，但是在小流量时相对离心鼓风机有价格上的优势。
所以在污水处理厂中罗茨风机一般适用于池深较浅，需要的风量和风压较小的情况。
目前多用于曝气沉砂池和滤池反冲洗的供气上使用。
而离心鼓风机在大气量时相比罗茨鼓风机不仅效率高，而且噪音
小，性能可靠，结构简单，体积小，节约能源，维护方便等气供氧中目前多采离心风机。
[4]。
所以在生化池曝
1.4课题研究的基本内容
1、查询最新研究资料，了解离心式鼓风机结构和工作原理及其在各方面的运用；
2、根据鼓风机设计参数：
进气压力1㎏f/㎡（A），温度20℃，相对湿度80%，进气流量100m3/min，排气压力0.7㎏f/㎡（G）进行热力计算，计算出电机功率；
3、设计出鼓风机气流通道结构参数，包括进气通道、二元流叶轮、扩压器、蜗壳；
4、熟悉使用YaoCCAD，绘出气流通道结构图及鼓风机总图；
5、对离心式鼓风机噪声和喘振问题的一些分析。
设计中的重点内容：
根据鼓风机的设计参数，运用效率法进行多种方案的热力计算，选择出最佳方案。
2离心式鼓风机基本理论
重庆大学本科学生毕业设计（论文）
2离心式鼓风机基本理论
2.1离心式鼓风机原理及工作过程
在国民经济的许多领域，特别是在采矿、石油、化工、制冷、动力和冶金等部门中广泛使用鼓风机来输送气体和提高气体的压力。
图1.1为单级离心式鼓风机
示意图[5]，离心式鼓风机的工作原理跟离心式压缩机的相似，它主要依靠旋转叶轮与气流间的相互作用力来提高气体压力，同时使气流产生加速度而获得动能，然后气流在扩压器中减速，将动能转化为压力能，进一步提高压力。
在压缩过程中气体流动是连续的。
它广泛用于各种工艺过程中输送空气和各种气体，并提高其压力。
离心式鼓风机是一种叶片式旋转机械，它利用叶片和气体的相互作用，提高气体的压力和动能，并利用相机的通流元件使气体减速，将动能转变为压力的提高。
它的工作过程是当电机转动带动风机叶轮旋转时，叶轮中叶片之间的气体也跟着旋转，并在离心力的作用下甩出这些气体，气体流速增大，使气体在流动中把动能转换为静压能，然后随着流体的增压，使静压能又转换为速度能，通过排气口排出气体，而在叶轮中间形成了一定的负压，由于入口呈负压，使外界气体在大气压的作用下立即补入，在叶轮连续旋转作用下不断排出和补入气体，从而达到连续鼓风的目的。
同等功率下，风压和风量一般呈反比。
同等功率下，风压高，风量就会相对低，而风量大，风压就会低些，这样才能充分利用电机的功效率。
图1.1单级离心式鼓风机示意图
2.2离心式鼓风机基本结构
离心式鼓风机零件很多，这些零件又根据他们的作用组成各种部件。
我们把离心式鼓风机中可以转动的零件统称为转子。
不能转动的零部件称为静子。
2.2.1转子
转子是离心式鼓风机的主要部件。
它是由主轴，叶轮和平衡盘等组成。
（1）叶轮
叶轮也称为工作轮。
它是鼓风机中最重要的一个部件。
气体在叶轮叶片的作用下，跟着叶轮作高速旋转。
而气体由于受到旋转离心力的作用，以及在叶轮里的扩压流动，使气体通过叶轮后的压力得到了提高。
此外，气体的速度能也同样是在叶轮里得到了提高。
因此，可以认为叶轮是使气体提高能量的唯一途径。
叶轮按照结构形式可以分为开式、半开式和闭式三种，在大多数情况下，后两种叶轮在鼓风机中得到了广泛的运用。
叶轮根据弯曲形式不同，分为前弯式、后弯式和径向式三种。
前弯式叶轮由于效率低，在鼓风机中不采用，仅在通风机中采用。
工业压缩机和鼓风机普遍采用后弯式，它又分为一般弯曲和强后弯式两种。
叶轮根据加工方法不同可以分为铆接型、焊接型和整体型，铆接型叶轮分为一般铆接和整体铆接。
（2）主轴
主轴上安装所有的旋转零件，其作用就是支持旋转零件及传递转矩。
主轴的轴线也就是确定各旋转零件的几何轴线。
主轴是阶梯轴，以便于零件的安装。
各阶段突肩起轴向定位作用，也可以用光轴，因为它又形状简单、加工方便的特点。
2.2.2静子
静子中所有零件均不能转动。
它是由机壳、扩压器、蜗室和密封等组成。
（1）机壳
机壳也称为气缸。
机壳是静子中最大的零件。
它通常是用铸铁或者铸钢浇铸出来的。
对于高压离心式压缩机，都采用圆筒行锻钢机壳，以承受高压。
机壳一般有水平中分面，以便于装配。
上下机壳用定位销定位，用螺栓连接。
下机壳装有导柱，便于装拆。
轴承箱与下机壳分开浇铸。
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