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1、重庆大学本科学生毕业设计（论文）离心式鼓风机设计学 生：*学 号：*指导教师：刘玉东 校外指导教师：张雪琴专 业：热能与动力工程重庆大学动力工程学院二 O 一一年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityDesign of Centrifugal BlowerUndergraduate:*Supervisor at school: A.P. Liu yudong Supervisor out of school :Zhang Xueqin Major:thermal and power engineeringCollege of Po
2、wer EngineeringChongqing UniversityJune 2011重庆大学本科学生毕业设计（论文） 中文摘 要摘 要在设计条件下，风压为 30kPa200KPa 或压力比 e=1.33 的风机叫鼓风机。鼓风机的用途非常广泛，根据其不同功效，鼓风机应用于生产、生活中多个环境中。它大量运用于冶金、化工、化肥、石化、食品、建材、石油、矿井、纺织、煤气站、气力输送、污水处理等各工业部门。其中，在污水处理中，运用最多的鼓风机有离心式鼓风机和罗茨鼓风机。本文设计的离心式鼓风机主要运用于污水处理，根据给定的的设计参数：进气压力 1f/(A)，温度 20，相对湿度 80%，进气流量 10
3、0m3/min，排气压力 0.7f/(G)以及污水处理厂的实际情况，进行热力计算及其结构设计。首先确定压力比，根据压力比来确定所设计的鼓风机的段数。当压力比1.511.18637由安全系数远远大于 1.5 可得，叶片的强度安全重庆大学本科学生毕业设计（论文） 4 强度校核7重庆大学本科学生毕业设计（论文） 5 离心式鼓风机喘振和噪声分析05 离心式鼓风机喘振和噪声分析5.1 离心式鼓风机喘振现象的分析 5.1.1 喘振的定义流体机械及其管道中介质的周期性振荡，是介质受到周期性吸入和排出的激励作用而发生的机械振动。例如，泵或压缩机运转中可能出现的喘振过程是：流量减小到最小值时出口压力会突然下降，
4、管道内压力反而高于出口压力，于是被输送介质倒流回机内，直到出口压力升高重新向管道输送介质为止；当管道中的压力恢复到原来的压力时，流量再次减少，管道中介质又产生倒流，如此周而复始。喘振的产生与流体机械和管道的特性有关，管道系统的容量越大，则喘振越强，频率越低。流体机械产品一般都附有压力-流量特性曲线，据此可确定喘振点、喘振边界线或喘振区。流体机械的喘振会破坏机器内部介质的流动规律性，产生机械噪声，引起工作部件的强烈振动，加速轴承和密封的损坏。一旦喘振引起管道、机器及其基础共振时，还会造成严重后果。为防止喘振，必须使流体机械在喘振区之外运转。在压缩机和鼓风机中，通常采用最小流量式、流量转速控制式或
5、流量压力差控制式防喘振调节系统。当多台机器串联或并联工作时，应有各自的防喘振调节装置。喘振，顾名思义就象人哮喘一样，风机出现周期性的出风与倒流，相对来讲轴流式风机更容易发生喘振，严重的喘振会导致风机叶片疲劳损坏。图 4-1 给出了离心式鼓风机流量与压缩比之间的关系曲线，图中表示出不同转数下的关系曲线和等效率线，左侧点划线为喘振边界线。从图中可以看出，13在某转数下离心式鼓风机的效率最高，则该转数的特性曲线则是设计转数特性曲线。图 4-1 离心式鼓风机的特性曲线重庆大学本科学生毕业设计（论文） 5 离心式鼓风机喘振和噪声分析1图 4-2 离心式鼓风机的特性曲线本次设计的离心式鼓风机叶轮的叶片为后
6、弯式叶片，工作特性与后弯叶片的离心式压缩机相似。图 4-2 给出了设计转数下离心式鼓风机特性曲线，横坐标为排气量，纵坐标为能量头。图中 D 点为设计点，离心式鼓风机在此工况点下运行时，效率最高，偏离此点效率均要降低。图中 S 点为喘振边界点。当鼓风机的流量减少至 S 点流量以下，离心式鼓风机的有效能量头不断下降，这时，鼓风机出口以外的空气倒流回叶轮。离心式鼓风机运行时这种气体来回撞击现象称为喘15振。 5.1.2 喘振产生的原因在鼓风机运转过程中，当流量不断减少到最小值Qmin (喘振工况)时，进入叶轮的气流发生分离，在分离区沿着叶轮旋转方向并以比叶轮旋转角速度小的速度移动。当旋转脱离扩散到整
7、个通道，会使鼓风机出口压力突然大幅下降，而管网中压力并未马上减低，于是管网中的气体压力就大于鼓风机出口处的压力，管网中的气体倒流向鼓风机，直到管网中的压力下降至低于鼓风机出口压力才停止。接着，鼓风机开始向管网供气，将倒流的气体压出去，使机内流量减少，压力再次突然下降，管网中的气体重新倒流至风机内，如此周而复始，在整个系统中产生周期性的低频高振幅的压力脉动及气流振荡现象，并发出很大的声响，机器产生剧烈振动，以致无法工作，这就产生了喘振。 5.1.3喘振现象的表现鼓风机抽出的风量时大时小，产生的风压时高时低，系统内气体的压力和流量也会发生很大的波动。鼓风机机体产生强烈的振动，风机房地面、墙壁以及房
8、内空气都有明显的抖动。鼓风机发出剧烈声音，使噪声剧增。风量、风压、电流、振动、噪声均发生周期性的明显变化。 5.1.4 喘振的消除措施重庆大学本科学生毕业设计（论文） 5 离心式鼓风机喘振和噪声分析2在生产过程中，当观察到发生喘振现象时，就不要再增加管网阻力，以免加剧喘振，应立即查找原因，采取相应的措施，及时消除隐患。1）采用可以调节的进口导叶和可调节的扩压器出口宽度，来增加正常工作负荷的范围。通过对进口导叶和扩压器出口宽度的调节来消除喘振现象的发生。2）采用出风管放气。在出风管上设一旁通管，一旦风量降低至 Qmin，旁通管上的阀门自动打开放气，此时进口的流量增加，工作点可由喘振区移至稳定工作
9、区，从而消除了进气流量小、冲角过大引起失速和发生喘振的可能性。3）降低生物池的污泥浓度。鼓风机的负荷越大，发生喘振的几率就越大。在满足工艺基本要求的情况下，尽量降低生物池的污泥浓度，减少耗氧量，可以使鼓风机的工作负荷降低，离开喘振区域。4）定期维护保养。检查鼓风机的油温、油压，主电机的温升，鼓风机的16振动、电流、电压等，使鼓风机运行在最佳工况，避免喘振的发生。离心式鼓风机是污水处理厂的重要机械设备之一，喘振是离心鼓风机固有的特性，具有较大的危害。在实际生产中，只要对喘振现象产生的征兆加以快速准确的预测与判断，并及时处理，就可以有效避免喘振现象的发生。5.2 离心式鼓风机噪声分析鼓风机在机械制
10、造部门运用很高，其种类繁多。但是不管何种鼓风机，在运行时都会产生很高的噪声，大部分鼓风机都超过了我国工业噪声的卫生标准 85-90dB（A） ，严重影响了周围的环境。 5.2.1 离心式鼓风机噪声的产生鼓风机是依靠电动机带动，使叶轮或转子在机壳内高速旋转而进行运行的。在运行中，噪声的产生可分为空气动力性噪声，机械性噪声和电磁性噪声三种。1）空气动力性噪声因气体振动而辐射的噪声称为空气动力性噪声，这种噪声分为涡流噪声和旋转噪声。旋转噪声是空气在蜗壳中，随叶轮转动时形成周向不均匀气流延蜗壳内壁转动，与蜗舌相互作用便产生了噪声。空气在叶片间随叶轮转动而逐渐向外，在叶片出口处由于各点与蜗壳距离不相等，
11、沿周向气流的速度和压力都不均匀，对蜗壳的压力有咏动现象，这时开始产生噪声。这种压力脉动的气流作用到蜗舌上，反射的气流又反过来影响叶片上气流的流动。这个脉动力作用在叶片上，使叶片振动便又成为一种噪声源。这几种噪声都是由于叶轮的转动引起的，所以称为旋转噪声。旋转噪声，每当叶片通过蜗舌产生一个脉动，所以它的频率为重庆大学本科学生毕业设计（论文） 5 离心式鼓风机喘振和噪声分析360nzf （5.1）其中：频率 Hzf叶轮转速nmin/r叶片数z这是旋转噪声的基频，又称叶片通过频率，还有它的谐频。空气涡流是在绕流时叶片表面形成素流边界层。边界层中紊流的压力脉动作用到叶片，引起叶片面上压力脉动造成涡流噪
12、声。当叶片绕流到后缘，在蜗壳中流动扩压严重时紊流边界层必须分离，并剥落出许多旋涡。这种旋涡的剥落和耗散、以及紊乱来流引起绕流冲角的脉动，使叶片表面及蜗壳内壁上的作用力产生脉动。这些脉动现象都产生噪声称为蜗流噪声。涡流引起的脉动力有随机性、发生于叶片全长上，所以产生的噪声频率范围很宽。绕流旋涡剥落产生噪声的频率为Hz DVshf17（5.2）其中：strouhal（斯特劳哈尔）数，在 0.140.22 之间sh气流与叶片的相对速度，m/sV叶片宽度在垂直于速度方向上的投影，mD上述噪声均受其气流速度影响，气流速度愈大，形成能噪声强度也愈高。2）机械噪声机械噪声乃鼓风机运转不平衡而引起振动，传动装
13、置相互间摩擦而引起。机械噪声是叶轮平衡得不好，旋转时产生重心偏摆而引起振动蜗壳内部受气流脉动和轴承精度差以及安装不良等原因，由振动而产生噪声。由于蜗壳都是由厚度不大的铁板制成，面积又大，成为优良的声辐射表面。绝大多数鼓风机是由电动机带动，所以电机噪声也是机组的一个重要噪声源。有的电动机质量不高，空载时噪声便超过，所以降低电机噪声也是一项重要措施。3）电磁噪声鼓风机上的电动机，在运行时引起的磁场伸缩和电磁振动等会产生噪声。上述噪声中。以空气动力性噪声强度最高，影响也最大。这种高强度的空气动力性噪声不仅从鼓风机进、排气口直接辐射出来，而且造成鼓风机机壳和进、排气管壁振动，使机壳和管壁也辐射噪声。重
14、庆大学本科学生毕业设计（论文） 5 离心式鼓风机喘振和噪声分析45.2.2 鼓风机降噪的主要措施在噪声中，空气动力性噪声强度最高，因此这是我们要重点研究和减弱的环节。故在设计中，我们主要研究叶片及叶轮相关尺寸对于减弱噪声的影响。1）叶片数的影响。从理论上讲，增大风机的叶片数，使蜗壳内周向脉动减弱。但是，增加叶片数将会减小叶片间总的空气流通截面，增大叶片摩擦阻力。实验证明增加叶片数的结果虽略能降低噪声，但是增加多了便降低了风机的流量和全压以至效率。故在设计时，我们应在不影响风机流量和效率的同时适当提18高叶片数。2）叶片型线的影响。在叶轮中气流由轴向流动转变为径向流动，除引起附面层分离外，在叶片
15、间由于叶片作用表面与非作用表面的压力差及空气的惯性，还会引起轴向与径向两种涡流。这两种涡流既损失能量又产生噪声。解决的办法在控制叶片内径与外径的比值及叶片的型线，主要是各段弯曲半径。叶片的厚度与形状对叶片尾迹涡流的发生很有关系。因为叶片要承受空气的压力总要有一定厚度。对于等厚度的叶片，当气流自二叶片间径向流出时， 由于叶片端点处的空隙，气流到此产生旋涡。这旋涡还在蜗壳内跟着旋转，干扰蜗壳内周向气流的流向，这就是尾迹涡流。叶片附面层的存在加大了尾迹区，便增加了尾迹损失，也增大了尾迹涡流噪声。所以较大的叶轮应尽量设计翼形叶片，改进空气流向，19避免或减小尾迹涡流。3）叶片安装角的影响。叶片的入口角与出口角是以使进入及流出叶片间时空气流向改变得尽量少为原则，所以，它与叶轮的直径及转速有关，同时和叶片冲角及弯曲半径有关。因此，径向直叶片及单圆弧弯曲叶片都是不理想的。叶片安装角增大时，叶片出口角就增大了，于是在同样转速下理论上压力是升高了而同时又使气
