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1、第五章 轴流通风机的设计计算1 概述目前轴流通风机的设计方法主要有两种，一种利用单独翼形空气动力试验所得到数据进行设计，称为孤立叶形设计方法；另一种利用叶栅理论和叶栅吹风试验成果来进行设计，称为叶栅设计法。对于轴流通风机，由于叶栅稠密度不大1，由于叶栅叶型间相互影响以及叶栅的扩压性质，使得叶栅的空气动力特性与孤立叶型有较大的区别。F.Weinig提出的“干涉系数K法”：K(5-1)图5-1利用图5-1查出的干扰系数K来修正孤立叶型的试验数据。此法未获得广泛应用，但是当叶型的弯度和厚度不大时，此法还是可以的。在高压通风机中，叶片较多，与相差较多，所以利用叶栅吹风试验得到的实验曲线进行设计，称为叶
2、栅设计法。一般1时采用叶栅法，1时采用孤立叶型法，或导叶按叶栅设计，叶轮按孤立叶栅设计。孤立叶型法设计步骤：（1） 一般选=(0.80.9) 为设计的工况点相对应的攻角为（8左右）；（2） 风机沿半径取59个断面，确定速度三角形，各断面的攻角以轮毂到轮缘减少；（3） 根据以及（式）计算出（4） 叶栅的安装角，其中，为翼型弦线与周向夹角，为与周向夹角，为攻角。（5） 选择叶片数Z，求出t，进一步求出b（6） 由于各断面基本相同，但是不同，所以不同。在叶栅法时，吹风试验曲线是用“理论升力系数” 绘制的。所谓叶型的理论升力系数是指0时，该叶栅具有的速度三角形与时相同。（5-2）（5-3）（5-3）式
3、使用更为方便。2孤立叶型试验数据一 RAF-6E，美国发表的叶型。图5-2 RAF-6E叶型二 CLARK Y叶型NACA 早期叶型 图5-3 CLARK Y叶型三 LS叶型，英国LS螺旋桨翼型图5-4 LS螺旋桨翼型四 哥廷根叶栅德国发展的翼型共有： 622， 623，624，625，682型号等（ PP291-294）图5-5 哥廷根翼型五 圆弧板叶型由于翼型试验次料为： (l翼展，b弦长)冲角要检验：减少：对第四种翼型：3 主要参数的选取 在进行叶轮设计时，必须合理选取叶轮的结构参数，如轮毂比，Z，外径一 轮毂比（轮毂直径， 为外径）是一个重要参数，它对风机的压力，流量效率都有影响。（5
4、-4）这样与成正比，与成反比。当风机压力或压力系数较高时，应取较大的，但是过大，叶片过短，流速损失大，风机性能恶化。如图5-6所示，当较大时，可以选较小一些；这样大。对于风压高流量小的可取较高的，风压低流量大的风机取较小。太小，叶片过长，并在底部产生分离。0.250.75为常用。例如，单独叶轮时，0.30.45，其他方案0.50.7，也可以低于0.5。图5-6由大量试验，与的关系如图5-7：图5-72叶轮外径图5-8确定叶轮外径（5-5a）根据图5-8，求出下的，然后可以计算出（5-6）（5-5b）=1.20时（5-7）此外3叶片数Z0.30.40.50.6.07Z2-64-86-128-16
5、10-204 孤立叶型设计方法之一首先把给定参数转换成标准进口状态的参数。其设计步骤如下：1 根据压力系数或比转速，进行方案选择：32.5 单独叶轮级=0.150.25或=20.832.5 叶轮加后导叶0.25或=14.50.8叶轮加前导叶2 选电机及转速轴功率：3 计算比转速4 确定外圆直径和轮毂比按图3-5或公式选轮毂比一般：=0.250.75单独叶轮时，0.30.45，其他方案0.50.7，也可以低于0.5。总之大，小5 计算轮缘速度和压力系数： m/s6计算轴向速度7计算各截面的扭速（1） 等环量设计： 式中：全压效率，参照已有的风机选取，或自行估算： （2） 变环量设计：计算几何平均
6、断面的扭速 确定变环量的指数018计算栅前和栅后的平均速度和气流角和9选择叶片数，根据选叶片数10选择翼型，根据翼型的试验气动力特性曲线选取和选用从叶尖到叶根逐步增加，如相对厚度不变，可取额定工况点的（）为叶根的。即叶根处：0，8，然后依直线规律到叶尖减少。对各断面依此进行以下计算：（1） 利用叶栅气动力基本方程计算弦长b。例如：（2） 计算叶型安放角：（3） 叶栅绘型例题：设计轴流通风机叶轮，给定如下设计参数：单独叶轮级：计算表格和初步结果如下：压力系数选取叶型： D选取0.71.131.411.6451.85 选取0.82计算，轮毂轮缘：变小和：根据选用叶型确定Z（选取）轮毂轮缘：减少，减
7、少图 5-95 孤立叶型设计方法之二设计参数：流量：，全压：和转速：（），设计步骤如下：1流量系数： 比转速：2压力系数：3直径系数：4转速系数：直径系数，转速系数和压力系数流量系数的关系：若已知优化的，即可以求出优化的、，这样优化的直径和转速为：计算步骤：1 求转速系数：图5-10根据图5-10求出相应和 2 计算和然后估计效率345选Z6计算各毂面的转速，由断面方程6 平板叶栅吹风试验数据一 平面叶栅吹风试验（根据试验求，）如图5-11图5-11测量叶栅前后气流速度的大小方向，以及压力，计算出理论升力系数和阻力系数。理论升力系数：（5-27）（5-8）又、是叶栅进口的滞止压力（总压） 进口
8、的净压（5-9）实际升力系数：因为 （5-10）这样就可以得出不同攻角情况下的、曲线如图5-12也可以用气流折转角代替升力系数。在计算时用作为设计工况或称额定工况点。二 叶栅额定特征线人们经过一定数量叶栅吹风试验数据的分析研究后。当， 条件下，气流折转角主要是与和有关。即：这样可以将已有的叶栅试验曲线的数据，画成曲线如图5-12。图5-12霍威尔提出经验公式计算叶栅的相对栅距和额定升力系数：当时：及茨威费尔经验公式：三，平面叶栅吹风试验的翼型造型（一） 原始叶栅对称叶型用的最多例如： 叶型（）和叶型（）（二） 翼叶造型的几何角（1）（）（5-11）（2）（5-11）通风机叶栅气流滞后角：（5-
9、13）（5-14）收敛型叶栅（透平叶栅）（5-15）（3）（5-16） （三） 叶型中心线绘型1圆弧中心线由两段圆弧组成：，这些叶栅都是在设计工作点上工作的。图5-13（5-17）（5-18）和为叶型前后缘方向角。一般取，如果用一个圆弧（5-19）图5-14（2）抛物线中心线（5-20）（略去一项）（5-21）（5-22），中心线长度双圆弧（5-23）单圆弧（5-24）抛物线（5-25）图5-157 叶栅设计方法之一1选择风机转速，计算比转速：并选择级的方案2确定，并验算（同叶型设计方法之一）3选择 （同叶型设计方法之一）4计算5计算6计算，7求出（利用叶栅试验特征曲线）或按公式计算8选择，9
10、计算10选用（）11计算计算滞后角12叶栅绘型8 叶栅设计方法之二对于低负荷风机：计算系数考虑孤立叶型与叶栅的区别：（5-26）式中：无限叶片数时，圆弧叶片之圆心角有限叶片数时的圆心角圆弧叶栅保角变换特性值：其中：利用图5-16得出，计算出以上用于圆弧叶栅。当采用机翼型叶栅，修正由图5-17求出图5-16图5-179 导叶的计算一前导叶前导叶是进口导流器，可采用机翼型或圆弧板型，产生负预旋，是加速叶栅，压力不断下降。为了提高经济性，常使进口导叶可调方式，或带有调节机构的可转功叶片。（）出口角：（）为决定，确定前导叶的出口环量：转轮的环量变化：一般，前导叶的数目略少于动叶：叶片厚度：式中：为叶片
11、的高度。图5-18前导叶图5-19后导叶二后导叶后导叶即出口导流器，是一种扩压元件，其作用时把流出叶轮的偏转气流旋回轴向，同时将偏转气流的动能（）转变为静压能。因此，相对于无后导叶的单叶轴流通风机而言，装有后导叶的风机，静压效率显著提高。并使风机最高全压效率工作点和最高静压效率工作点彼此接近。对于管网阻力大的场合的风机，一般使用后导叶。后导叶可以采用机翼型，或等厚圆弧板叶型，试验表明，后者也有良好的空气动力性能。后导叶的设计计算也可以用孤立翼型法或叶栅法。（一）孤立叶型法采用公式：（5-27）式中，为导叶直径，为导叶叶片数。后导叶叶片数一般为也叶轮的倍，为了防止振动，两个叶片数互为质数。导叶的安装角为：（5-28）（二）叶栅法：其步骤如下：1求出导叶进出口气流角：和
