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1、第一章 离心式通风机通风机是一种驱动空气或其他气体流动的机械。一般用做输送气体或使气体流动更新环境空气，用于通风换气、降温、降尘，是工业部门的重要设备。目前国内的通风机，基本上都有系列产品供使用部门选用。例如，锅炉用通风机是锅炉机组配套辅机，它对锅炉机组的安全经济运行有着极为重要的作用；在船上往往用作货舱、机炉舱内通风之用；在空调装置中，离心式通风机是一种重要的设备，它把大量的空气流经蒸发器后变成冷风经管路送至各有关空间。一般对它的要求是机组本身的噪声要小，所以在建筑物中通风设备往往装在一个单独的小空间内，使它的噪声不致外传。另外它的排出口端与管路联接时，其间装一帆布接头或石棉做的接头（防火）
2、，其目的是使风机部分噪声与管路隔断，否则噪声会由管路传到各有关空间。1.1 离心式通风机的分类及主要零件1.1.1 离心式通风机的分类 按离心式风机所产生压力不同可以分为：1) 通风机：压力在15000Pa（=1500公斤米（毫米水柱）以下；由于风压较低，一般认为气体通过它时输送的是不可压缩的流体，即气体的密度视为常数。2) 鼓风机：压力在15000Pa至0.3MPa之间，因压力变化较大，所以要考虑气体的压缩性。但温度变化不大，故一般不装冷却设备。3) 压缩机：压力在0.3MPa以上。因压力变化大、温升也高，故需考虑气体的压缩性，又要装冷却设备。 按通风机所产生的压力可分为：1) 低压通风机：
3、压力低于1000Pa，一般用于锅炉舱或其它舱室通风用；2) 中压通风机：压力在100300毫米水柱范围内，一般用于锅炉送风或引风设备；3) 高压通风机：压力在3001500毫米水柱范围内。 按通风机的装置可分为：1) 送气式：排出管路与房间相连接，通风机将新鲜空气输入房间；2) 抽气式：吸入管路与房间相连接，通风机吸入房间中的污浊空气并将其排至大气中。 1.1.2 离心式风机的主要部件1.1.2.1 叶轮型式 在离心泵中，叶轮仅做成后弯式叶片的型式。而在离心式风机中，三种叶片型式的叶轮都被采用。现简述如下： 图1-1A所示为常用离心式风机的叶片形状，图1-1B为其进出口速度三角形。 (a) 为
4、直线形径向叶片的叶轮，在叶轮进出口处其叶片的安放角均为90，即。其结构最简单，可适用于二个方向旋转。但在进口处绝对速度与圆周速度之间的夹角不等于，故气流进入叶轮时有较大的冲击损失，使通风机的效率下降并产生较大的噪声。此种叶型适用于低压通风机。 图1-1 离心式风机的叶片形状和速度三角形 (b) 为曲线形径向叶片的叶轮，在额定工况时，。因叶片进口方向与进口相对速度一致，故进气时冲击损失可减小。此种叶型水力效率高、噪声低，通常适用于低压和中压通风机。(c) 为直线形后弯叶片的叶轮，在额定工况时，而，故与叶片进口方向相符，可以避免或减小冲击损失。由图1-1B知，该叶轮的较上述两种叶轮为小，因此当转速
5、和风压为定值时，其叶轮外径必然较大。在两长叶片之间有一短叶片，使叶轮出口附近叶片节局不大，以避免一部分涡流损失。该叶轮制造简便、价格低廉，通常由于低压风机。(d) 为曲线形后弯叶片的叶轮，在额定工况下，而。此种叶片形状与离心泵叶片相似，它适用于中压和高压通风机、鼓风机和压气机中。这种叶轮的优点是损失小、效率高，在运转时噪声亦较小，但在同样的风压下，其叶轮尺寸较前几种为大。 有些后弯叶片的叶轮，它的叶片做成机翼型，这样可以提高叶轮的强度和允许的圆周速度，而效率又比前两种后弯叶片为高，但加工较困难。在输送容易磨损叶片的气体时，不宜采用中空机翼，因为中空机翼磨漏后有一部份尘埃进入空腔而使叶轮产生振动
6、。 (e) 为曲线形前弯叶片的叶轮，在额定工况时，而较(c)、(d)两种叶轮为大，因此当转速和风压为定值时，其叶轮尺寸可减小。此种叶轮用于风量大而风压低的通风机。 (f) 为曲线形前弯多叶片叶轮，由于，故在同一风压和转速下，其叶轮直径较小。但因叶片较短，且作向前弯曲，因此欲使空气在叶轮通道内有良好的引导，必须增加其叶片数（多达80片）。又因叶片短而宽，空气离开叶轮后之速度又很大，故损失大，效率低，该叶轮一般多用于风量大而风压低的场合。 综上所述，可对各种叶片的优缺点和用途加以判别，径向叶片制造简单、造价低、效率适中。前弯叶片的外形尺寸可减小，从而造价低、占地小、重量轻，但它所产生的静压小，过载
7、能力差，效率低，适用于低风压大流量通风机上。后弯式叶片能产生较高的静压，效率高，适用于高压通风机上，但外形尺寸大。 离心式通风机的风压（进口无预旋）： (1-1)从出口速度三角形，得： (1-2) (1-3)将式(1-3）代入式(1-1）中，则 (1-4)实际上有部分风压损耗在叶轮和蜗壳中，因此通风机的实际风压 (1-5)式中：介质密度； 水力效率； 压力系数。由上式可知，风压的大小与介质密度、压力系数和叶轮圆周速度平方成正比。通风机叶轮的最大允许圆周速度根据材料强度列于表11中，该表同时又列出风机叶片的进出口角。表11 叶轮圆周速度和叶片进出口安装角通 风 机 型 式圆 周 速 度u（米秒）
8、进口安装角（度）出口安装角（度）低 压 通 风 机3040951051525中 压 通 风 机40501251303035高 压 通 风 机50901401454045 通风机的压力系数可取为： 前弯式叶片 ； 径向式叶片 后弯式叶片 1.1.2.2 进气箱和进气口 为了使气流均匀地进入叶轮又能减少损失，一般在通风机吸入口装有进气箱和进气口。现逐一介绍之。 1) 进气箱若吸气管在通风机进口前有弯管，则装置进气箱为宜。进气箱常用于双吸风机上，其轴承可装在吸气管外，从而大大改善了风机的检修、安装和操作，尤其对锅炉引风机来说更为有利。单吸通风机也有装进气箱的，如图1-2b所示。此时可以将悬臂式风机改
9、变成两端支承的风机，使转子运转更加稳定，以利于提高风机的转速和加大叶轮宽度等。图1-2 单吸风机装置为了减少损失提高风机的经济性，我们对进气箱和进气口的相对位置具有下列要求： (1) 进气箱的后端尽量靠近进气口，这样阻力可减至最小； (2) 进气口做成圆锥形可改善吸气条件。 进气箱尺寸的大小，可由下列比值来确定，其中为进气箱截面；为叶轮进口面积。通常，其值过大或过小都会影响风机的性能。进气箱进口截面一般呈矩形。其长、宽之比，即应控制在范围内。 另外，进气箱的方位角（图1-3）也影响风机的性能。试验证明，在一般的情况下，方位角为最好，时最差。在实际使用中，由于装置上的要求，进气箱的方位角不一定都
10、是按布置的。图1-3 进气箱的方位角 2) 进气口图1-4 进气口的型式 一般通风机不论是否有进气箱均装有进气口，进气口的型式一般有圆柱形、圆锥形、流线形、组合形和裂口形等五种（图1-4）图3-5 进气口的型式对叶轮中涡流的影响1- 当进气口为流线形时的涡流区边界；2- 当进气口为圆锥形时的涡流区边界。 进气口的好坏，主要视气流均匀地充满叶轮进口处的程度，它直接影响到通风机风压和效率。例如采用流线型进气口（图1-5），气流充满它的整个进口截面；而当采用圆锥形进气口时，叶轮进口处气流转弯情况变坏，如图1-5中虚线所示。由于涡流区增加，叶片流道截面的有效宽度减小，使叶轮进出口相对速度增大，从而引起
11、风压和效率的改变。 如图1-6所示，进风口与叶轮之间的间隙型式有径向间隙和轴向间隙两种。选得合理的径向间隙能使气体的泄漏不会破坏主流的流动状态，而轴向间隙因气体的漏泄与主流垂直而影响了主流的流动状态，所以选用径向间隙比较妥当，尤其对后弯叶轮来说更显突出。不论那一种形式的间隙，都希望越小越好。根据大量的试验指出，径向间隙与叶轮直径之比，即 ，能使风机的效率提高34%。图1-6 进风口与叶轮之间的间隙型式 1.1.2.3 蜗壳 风机蜗壳的功用和工作原理和离心泵中的一样；主要是将叶轮中流出的液体汇集起来导至泵的排出口，并使一部分动能转化为压能；蜗壳由一个截面逐渐扩大的螺旋形流道和一个扩压管组成。风机
12、的蜗壳截面除了圆形、梯形以外最常用的是矩形截面。这种蜗壳的主要特点是结构简单、加工方便，设计合理的话效率不比前几种差。图1-7所示为蜗壳外形轮廓线图。经过任意蜗壳截面的流量为 图1-7 蜗壳外形轮廓线图式中蜗壳系数，它的物理意义是单位质量的流体，对瞬时转动中心O的动量矩。 所以 (1-6）式中： B蜗壳的宽度（假定A为螺旋线开始点处的高度，通道面积FAB）； 叶轮的外半径或蜗壳的起始圆周半径； 计算截面的圆周半径；从上式看出，每取一个角就能得到相应的值，于是就可以得到蜗壳的外形轮廓线。 直接采用上式计算蜗壳外形轮廓线，结果会使后弯式风机外形尺寸偏大，而前弯风机的外形尺寸偏小，这样就会降低风机的
13、经济性，为了弥补其缺，必须对式(1-6）给予修正，即 (1-7）式中：蜗壳的修正系数，其值与风机的型式有关，后弯式风机；前弯式风机。实际计算时，我们先假定的大小，求出值后再计算蜗壳的外形轮廓线。初步计算时，值也可按下表选取。表12 风机比转速与之关系前 弯 式 风 机后 弯 式 风 机比转速1520204040比转速20305065650700.800.800.900.901.00.700.900.901.101.101.201.2 离心式通风机的无因次特性和空气动力学略图与泵一样，若已知某一类型中的某一风机的特性，我们根据相似定律很容易获得这一类型中其它各种风机的特性。但相似定律本身不能用来直接比较不同类型的机械，也不能指出那一种机械比较好，这是因为在相似定律中包含了尺寸、转速及气体重度等等这样一些有因次的影响。这里和下面所说的风机“类型”是指几何相似，但尺寸大小各不相同的机械。其次，对于风机的通用特性曲线（与泵类似）是在不同转速下的性能用一族性能曲线来描述，有没有可能用一根性能曲线而不用一族性能曲线来描述通用特性曲线呢？能不能用一根特性曲线来概括所有属于同一类型但输送不同重度气体的特性曲线呢？这些问题都可以用无因次特性曲线得到
