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1、焦作大学毕业设计 正文目录1. 引言(1)2. 离心式通风机的结构及原理(3)2.1离心式风机的基本组成(3)2.2离心式风机的原理(3)2.3离心式风机的主要结构参数(4)2.4离心式风机的传动方式(5)3.离心式通风机的设计(5)3.1通风机设计的要求(5)3.2设计步骤(6)3.2.1叶轮尺寸的决定(6)3.2.2离心通风机的进气装置(13)3.2.3蜗壳设计(14)3.2.4参数计算(20)3.3离心风机设计时几个重要方案的选择(24)4.结论(25)附录(25)摘要离心式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。离心式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
2、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。本文在了解离心通风机的基本组成，工作原理以及设计的一般方法的基础上，设计了一种离心通风机。关键字：离心式通风机 工作原理 设计方法ABSTRACT The design of Centrifugal fan includes the calculation of aerodynamic and the structure etc. The aerodynamic design of Centrifugal fan has two kinds of methods: one is the likeness designs,
3、 the other is theoretical designs. Based on above, this article designed a Centrifugal fan based on above.Key words: Centrifugal fan; working principle; design method1引言通风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。通风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船
4、的充气和推进等。通风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。 通风机已有悠久的历史。中国在公元前许多年就已制造出简单的木制砻谷风车，它的作用原理与现代离心通风机基本相同。1862年，英国的圭贝尔发明离心通风机，其叶轮、机壳为同心圆型，机壳用砖制，木制叶轮采用后向直叶片，效率仅为40左右，主要用于矿山通风。1880年，人们设计出用于矿井排送风的蜗形机壳，和后向弯曲叶片的离心通风机，结构已比较完善了。1892年法国研制成横流通风机；1898年，爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心通风机，并为各国所广泛采用；1
5、9世纪，轴流通风机已应用于矿井通风和冶金工业的鼓风，但其压力仅为100300帕，效率仅为1525，直到二十世纪40年代以后才得到较快的发展。1935年，德国首先采用轴流等压通风机为锅炉通风和引风；1948年,丹麦制成运行中动叶可调的轴流通风机；旋轴流通风机、子午加速轴流通风机、斜流通风机和横流通风机也都获得了发展。按气体流动的方向，通风机可分为离心式、轴流式、斜流式和横流式等类型。 离心通风机工作时，动力机(主要是电动机)驱动叶轮在蜗形机壳内旋转，空气经吸气口从叶轮中心处吸入。由于叶片对气体的动力作用，气体压力和速度得以提高，并在离心力作用下沿着叶道甩向机壳，从排气口排出。因气体在叶轮内的流动
6、主要是在径向平面内，故又称径流通风机。离心通风机主要由叶轮和机壳组成，小型通风机的叶轮直接装在电动机上中、大型通风机通过联轴器或皮带轮与电动机联接。离心通风机一般为单侧进气，用单级叶轮；流量大的可双侧进气，用两个背靠背的叶轮，又称为双吸式离心通风机。叶轮是通风机的主要部件，它的几何形状、尺寸、叶片数目和制造精度对性能有很大影响。叶轮经静平衡或动平衡校正才能保证通风机平稳地转动。按叶片出口方向的不同，叶轮分为前向、径向和后向三种型式。前向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转方向倾斜；径向叶轮的叶片顶部是向径向的，又分直叶片式和曲线型叶片；后向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转的反向倾斜。前向叶轮产生的压力最大，在流量
7、和转数一定时，所需叶轮直径最小，但效率一般较低；后向叶轮相反，所产生的压力最小，所需叶轮直径最大，而效率一般较高；径向叶轮介于两者之间。叶片的型线以直叶片最简单，机翼型叶片最复杂。为了使叶片表面有合适的速度分布，一般采用曲线型叶片，如等厚度圆弧叶片。叶轮通常都有盖盘，以增加叶轮的强度和减少叶片与机壳间的气体泄漏。叶片与盖盘的联接采用焊接或铆接。焊接叶轮的重量较轻，流道光滑。低、中压小型离心通风机的叶轮也有采用铝合金铸造的。轴流式通风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。轴流通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式三种，小型的
8、叶轮直径只有100毫米左右，大型的可达20米以上。小型低压轴流通风机由叶轮、机壳和集流器等部件组成，通常安装在建筑物的墙壁或天花板上；大型高压轴流通风机由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩散筒和传动部件组成。叶片均匀布置在轮毂上，数目一般为224。叶片越多，风压越高；叶片安装角一般为1045，安装角越大，风量和风压越大。轴流式通风机的主要零件大都用钢板焊接或铆接而成。 斜流通风机又称混流通风机，在这类通风机中，气体以与轴线成某一角度的方向进入叶轮，在叶道中获得能量，并沿倾斜方向流出。通风机的叶轮和机壳的形状为圆锥形。这种通风机兼有离心式和轴流式的特点，流量范围和效率均介于两者之间。 横流通风机是具
9、有前向多翼叶轮的小型高压离心通风机。气体从转子外缘的一侧进入叶轮，然后穿过叶轮内部从另一侧排出，气体在叶轮内两次受到叶片的力的作用。在相同性能的条件下，它的尺寸小、转速低。与其他类型低速通风机相比，横流通风机具有较高的效率。它的轴向宽度可任意选择，而不影响气体的流动状态，气体在整个转子宽度上仍保持流动均匀。它的出口截面窄而长，适宜于安装在各种扁平形的设备中用来冷却或通风。通风机的性能参数主要有流量、压力、功率，效率和转速。另外，噪声和振动的大小也是通风机的主要技术指标。流量也称风量，以单位时间内流经通风机的气体体积表示；压力也称风压，是指气体在通风机内压力升高值，有静压、动压和全压之分；功率是
10、指通风机的输入功率，即轴功率。通风机有效功率与轴功率之比称为效率。通风机全压效率可达90。通风机未来的发展将进一步提高通风机的气动效率、装置效率和使用效率，以降低电能消耗；用动叶可调的轴流通风机代替大型离心通风机；降低通风机噪声；提高排烟、排尘通风机叶轮和机壳的耐磨性；实现变转速调节和自动化调节。2. 离心式通风机的结构及原理2.1离心风机的基本组成主要由叶轮、机壳、进口集流器、导流片、联轴器、轴、电动机等部件组成。旋转的叶轮和蜗壳式的外壳。旋转叶轮的功能是使空气获得能量； 蜗壳的功能是收集空气，并将空气的动压有效地转化为静压。2.2离心风机的原理叶轮旋转产生的离心力使空气获得动能, 然后经蜗
11、壳和蜗壳出口扩散段将部分动能转化为静压。这样,风机出口的空气就是具有一定静压的风流。1-进气室；2-进气口；3-叶轮；4-蜗壳；5-主轴；6-出气口；7-扩散器2.3离心风机的主要结构参数如图所示，离心风机的主要结构参数如下。叶轮外径, 常用D表示；叶轮宽度, 常用b表示；叶轮出口角,一般用表示。叶轮按叶片出口角的不同可分为三种: 前向式叶片弯曲方向与旋转方向相同, 90(90 160)； 后向式叶片弯曲方向与旋转方向相反, 90(20 70)；径向式叶片出口沿径向安装,= 90。2.4离心风机的传动方式如图所示。3. 离心式通风机的设计3.1 通风机设计的要求离心通风机在设计中根据给定的条件
12、:容积流量，通风机全压 ，工作介质及 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： （1） 为保证最高的效率，应选择一个适当的
13、值来设计。 （2） 选择最大的 值和低的圆周速度，以保证最低的噪音。 （3） 选择最大的值，以保证最小的磨损。 （4） 大时选择最大的 值。3.2 设计步骤3. 2.1 叶轮尺寸的决定叶轮的主要参数: :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；一 最佳进口宽度 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 ，而进风口面积为 ，令 为叶轮进口速度的变化系数，故有： 由此得出： 考虑到轮毂直径引起面积减少，则有： 其中 在加速20%时，即, 加速20%的叶轮图 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 。为此选择在一定的流量和转速条件下合适的，以使为最小。 首先讨论叶片厚度的影响。由于叶片有一定厚度 ；以及折边的存在，这样使进入风机的流速从增加至，即： 叶片厚度和进出口的阻塞系数计算 用 和 分别表示进出口的阻塞系数： 式中为节距， 为切向叶片厚度 同理 那么进出口的径向速度为： 当气流进入叶轮为径向流动时，,那么： 为了使最小，应选用适当的。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 求极小值，得出的优化值为： 出口直径不用上述类似的优化方法，只要选用合适 的即可:
