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| 【案例】離心風(fēng)機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)與方案 |
| （時(shí)間:2012-9-11 10:20:01） |
概述：風(fēng)機(jī)是各個(gè)工廠、企業(yè)普遍使用的設(shè)備之一，特別是風(fēng)機(jī)的應(yīng)用更為廣泛。鍋爐鼓風(fēng)、消煙除塵、通風(fēng)冷卻都離不開風(fēng)機(jī)，在電站、礦井、化工以及環(huán)保工程，風(fēng)機(jī)更是不可缺少的重要設(shè)備，正確掌握風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，對(duì)保證風(fēng)機(jī)的正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是很重要的。
離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方案的選擇
離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)通常給定的條件有：容積流量、全壓、工作介質(zhì)及其密度(或工作介質(zhì)溫度)，有時(shí)還有結(jié)構(gòu)上的要求和特殊要求等。對(duì)離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的要求大都是：滿足所需流量和壓力的工況點(diǎn)應(yīng)在最高效率點(diǎn)附近；最高效率值要盡量大一些，效率曲線平坦；壓力曲線的穩(wěn)定工作區(qū)間要寬；風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好；材料及附件選擇方便；有足夠的強(qiáng)度、剛度，工作安全可*；運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，噪聲低；調(diào)節(jié)性能好，工作適應(yīng)性強(qiáng)；風(fēng)機(jī)尺寸盡可能小，重量輕；操作和維護(hù)方便，拆裝運(yùn)輸簡(jiǎn)單易行。然而，同時(shí)滿足上述全部要求，一般是不可能的。在氣動(dòng)性能與結(jié)構(gòu)(強(qiáng)度、工藝)之間往往也有矛盾，通常要抓住主要矛盾協(xié)調(diào)解決。這就需要設(shè)計(jì)者選擇合理的設(shè)計(jì)方案，以解決主要矛盾。例如：
隨著風(fēng)機(jī)的用途不同，要求也不一樣，如公共建筑所用的風(fēng)機(jī)一般用來作通風(fēng)換氣用，一般最重要的要求就是低噪聲，多翼式離心風(fēng)機(jī)具有這一特點(diǎn)；而要求大流量的離心風(fēng)機(jī)通常為雙吸氣型式；對(duì)一些高壓離心風(fēng)機(jī)，比轉(zhuǎn)速低，其泄漏損失的相對(duì)比例一般較大。
離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)幾個(gè)方案：
(1)葉片型式的合理選擇：常見風(fēng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下，后向葉輪的壓力系數(shù)中Ψt較小，則葉輪直徑較大，而其效率較高；對(duì)前向葉輪則相反。
(2)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)方式的選擇：如傳動(dòng)方式為A、D、F三種，則風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同；而B、C、E三種均為變速，設(shè)計(jì)時(shí)可靈活選擇風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。一般對(duì)小型風(fēng)機(jī)廣泛采用與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)的傳動(dòng)A，，對(duì)大型風(fēng)機(jī)，有時(shí)皮帶傳動(dòng)不適，多以傳動(dòng)方式D、F傳動(dòng)。對(duì)高溫、多塵條件下，傳動(dòng)方式還要考慮電動(dòng)機(jī)、軸承的防護(hù)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(duì)高比轉(zhuǎn)數(shù)風(fēng)機(jī)，可采用縮短的蝸形，對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)風(fēng)機(jī)一般選用標(biāo)準(zhǔn)蝸形。有時(shí)為了縮小蝸殼尺寸，可選用蝸殼出口速度大于風(fēng)機(jī)進(jìn)口速度方案，此時(shí)采用出口擴(kuò)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(jì)時(shí)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(qiáng)后彎葉片(水泵型)、后彎圓弧葉片、后彎直葉片、后彎?rùn)C(jī)翼形葉片；徑向出口葉片、徑向直葉片；前彎葉片、強(qiáng)前彎葉片(多翼葉)。表1列出了離心風(fēng)機(jī)中這些葉片型式的葉片的出口角的大致范圍。
(5)葉片數(shù)的選擇：在離心風(fēng)機(jī)中，增加葉輪的葉片數(shù)則可提高葉輪的理論壓力，因?yàn)樗梢詼p少相對(duì)渦流的影響(即增加K值)。但是，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(jī)的實(shí)際壓力而且增加能耗。因此，對(duì)每一種葉輪，存在著一個(gè)最佳葉片數(shù)目。具體確定多少葉片數(shù)，有時(shí)需根據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)而定。根據(jù)我國目前應(yīng)用情況，在表2推薦了葉片數(shù)的選擇范圍。
(6)全壓系數(shù)Ψt的選定：設(shè)計(jì)離心風(fēng)機(jī)時(shí)，實(shí)際壓力總是預(yù)先給定的。這時(shí)需要選擇全壓系數(shù)Ψt，全壓系數(shù)的大致選擇范圍可參考表3。
(7)離心葉輪進(jìn)出口的主要幾何尺寸的確定：葉輪主要尺寸示于圖1。葉輪是風(fēng)機(jī)傳遞給氣體能量的唯一元件，故其設(shè)計(jì)對(duì)風(fēng)機(jī)影響甚大；能否正確確定葉輪的主要結(jié)構(gòu)，對(duì)風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)起著關(guān)鍵作用。它包含了離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)--葉片的設(shè)計(jì)。而葉片的設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是如何確定葉片出口角β2A。
關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)分析
在設(shè)計(jì)離心風(fēng)機(jī)時(shí)，關(guān)鍵就是掌握好葉輪葉片出口角β2A的確定。根據(jù)葉片出口角β2A的不同，可將葉片分成三種型式即后彎葉片(β2A<90℃)，徑向出口葉片(β2A=90℃)和前彎葉片(β2A＞90℃)。
三種葉片型式的葉輪，目前均在風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用。前彎葉片葉輪的特點(diǎn)是尺寸重量小，價(jià)格便宜，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(jī)中，特別是功率大的大型風(fēng)機(jī)多數(shù)用后彎葉片�，F(xiàn)代前彎葉片風(fēng)機(jī)效率，比老式產(chǎn)品已有顯著提高，故在小流量高壓力的場(chǎng)合或低壓大流量場(chǎng)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(jī)中，常用徑向出口直葉片。離心風(fēng)機(jī)葉輪設(shè)計(jì)時(shí)還必須考慮到比轉(zhuǎn)速與葉片型式存在一定的關(guān)系(例表4)，故在確定葉片出口角的同時(shí)，必須綜合考慮三種葉片型式對(duì)壓力、徑向尺寸和效率的影響，再綜合表1和表4之后確定。
正確確定了離心風(fēng)機(jī)葉輪葉片出口角β2A將為葉輪其它主要幾何尺寸的確定奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而對(duì)整臺(tái)離心風(fēng)機(jī)的性能起著關(guān)鍵的作用。
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