風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法

作者：石家莊風(fēng)機(jī)　　　　　日期：2014-9-19　　　　　瀏覽：2053　　　　　

本文擬通過降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法來降低風(fēng)機(jī)進(jìn)出口噪聲.為了保證風(fēng)機(jī)全壓能滿足無(wú)葉風(fēng)扇的性能需求,同時(shí)達(dá)到降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的,本章將設(shè)計(jì)一款無(wú)葉風(fēng)扇用低速兩級(jí)風(fēng)機(jī),以代替?zhèn)鹘y(tǒng)風(fēng)扇中的髙速單級(jí)風(fēng)機(jī).

 

 

透平機(jī)械葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)與流體相互作用,將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成流體能量。透平壓縮機(jī)就是透平機(jī)械的一種,它是用來提髙氣體壓力,并輸送氣體的機(jī)械,有時(shí)也通稱為風(fēng)機(jī)。透平壓縮機(jī)若按氣體流動(dòng)方向分類,可分為以下三種【67]:

軸流壓縮機(jī):氣體在壓縮機(jī)內(nèi)的流動(dòng)方向大致平行于壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)軸;

離心壓縮機(jī):氣體的流向大致與旋轉(zhuǎn)軸相垂直;

潘流壓縮機(jī):氣體流動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)軸成某一夾角。

透平壓縮機(jī)若按氣體壓力提髙的程度分類,可以分為風(fēng)扇、通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)四種。

風(fēng)扇:這種風(fēng)機(jī)無(wú)外殼,也稱自由風(fēng)機(jī),其提髙的壓力很小,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,其出口全壓值低于100 Pa (全壓)。日常所見的家用風(fēng)扇就屬于這類風(fēng)機(jī)。

通風(fēng)機(jī):在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,其出口全壓值不大于15000 Pa (表壓)的風(fēng)機(jī)。

鼓風(fēng)機(jī):在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,其出口全壓值介于15000 Pa-250000 Pa (表壓)的風(fēng)機(jī)。

壓縮機(jī):升壓大于250000 Pa,或壓氣比大于3.5的風(fēng)機(jī)。壓縮機(jī)的壓縮比是壓縮機(jī)出口與進(jìn)口氣體壓力之比。

 

 

本文要設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)屬于混流式,全壓不超過1000 Pa,比傳統(tǒng)風(fēng)扇全壓要大,相當(dāng)于全壓較低的通風(fēng)機(jī);由于風(fēng)壓較低,內(nèi)部流動(dòng)馬赫數(shù)很低,認(rèn)為氣體不可壓縮且枯性系數(shù)為常數(shù)。另外由于目前還沒有成熟的微型風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法,所以本文在無(wú)葉風(fēng)扇用微型風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)中參考了大型泵和風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法[68]。

在風(fēng)機(jī)(系)設(shè)計(jì)方法中,相似換算法簡(jiǎn)單可靠,應(yīng)用廣泛。其做法是選一臺(tái)與要設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)(泵)相似的風(fēng)機(jī)(系),對(duì)過流部分的全部尺寸放大或縮小。

 

以系的相似換算為例,具體步驟如下:

1)擇模型泵,模型系的要求是:

a)模型系的ns與設(shè)計(jì)系的1?相等或相近;

b)模型系的效率高,特性曲線符合要求;

C)模型泵的技術(shù)資料要齊全;

    通常,在相似設(shè)計(jì)中認(rèn)為模型泵和實(shí)型系的效率相等,實(shí)際上由于大泵和小泵流道的相對(duì)粗糙度、相對(duì)間隙和葉片相對(duì)厚度等不同,大果的水力效率、容積效率較小栗髙。鑒于本文相似風(fēng)機(jī)尺寸相差較小,所以不考慮尺寸效應(yīng)的修正。

 

把模型系過流部分的各種尺寸乘以尺寸系數(shù);I,則得到設(shè)計(jì)泵過流部分相應(yīng)的尺寸,設(shè)計(jì)泵的葉片角應(yīng)該等于模型泵的相應(yīng)角度,3.1.2導(dǎo)葉設(shè)計(jì)方法流出葉輪的液體,絕對(duì)速度值很大,且具有很大的旋轉(zhuǎn)分量,因此通常在葉輪后面加導(dǎo)葉,把速度能轉(zhuǎn)換為壓力能,同時(shí)消除旋轉(zhuǎn)分量169】【70]。導(dǎo)葉形式通常分為徑向?qū)~、流道式導(dǎo)葉、軸向?qū)~和空間導(dǎo)葉.本文設(shè)計(jì)的兩種風(fēng)機(jī)分別采用了空間導(dǎo)葉和軸向?qū)~。

 

 

空間導(dǎo)葉又叫導(dǎo)流殼,其結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)葉輪機(jī)械性能影響很大【71],其設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下原則:

1)葉片間流道斷面的濕周應(yīng)盡量小,因而最好是圓形或方形;

2)流道形狀變化平滑;

3)各部位的角度應(yīng)符合流動(dòng)規(guī)律;

4)各種速度變化應(yīng)均勻;

5)控制喉部速度為一定的值;

6)控制流道的擴(kuò)散角為一定的值。

空間導(dǎo)葉適應(yīng)的比轉(zhuǎn)速比較廣,因此軸面投影形狀差別很大,在確定軸面投影圖時(shí),最好選1?接近、性能良好的現(xiàn)有產(chǎn)品的圖形為參考。在確定軸面圖時(shí),主要參考下列數(shù)據(jù):

1)導(dǎo)葉內(nèi)流線進(jìn)口直徑大致等于或稍大于葉輪后蓋板出口直徑;

2)導(dǎo)葉外流線進(jìn)口直徑稍大于葉輪出口輪緣直徑;

3)導(dǎo)葉軸向長(zhǎng)度L,一般為L(zhǎng)=(0.5-0.7)D2;

4)導(dǎo)葉葉片數(shù)一般不要與葉輪葉片數(shù)互成倍數(shù)關(guān)系;

    考慮到無(wú)葉風(fēng)扇基座進(jìn)口阻力,要設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)全壓要稍大于無(wú)葉風(fēng)扇壓阻(481 Pa),因此兩級(jí)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)定為流量0.0265 mVs時(shí),全壓在500 Pa以上。為滿足無(wú)葉風(fēng)扇性能需求,新風(fēng)機(jī)中單級(jí)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)全壓應(yīng)達(dá)到250Pa,因此單級(jí)風(fēng)機(jī)參數(shù)設(shè)定為Q=0.0265 m3/s,P=250 Pa。單級(jí)風(fēng)機(jī)利用相似設(shè)計(jì)得到,本文選用傳統(tǒng)無(wú)葉風(fēng)扇用混流風(fēng)機(jī)為模型風(fēng)機(jī),其風(fēng)機(jī)葉片為非均勻布置,結(jié)構(gòu)如圖3.4,性能曲線如圖3.5,模型風(fēng)機(jī)最高效率點(diǎn)在流量為0.0265 m3/s處,此時(shí)全壓為491 Pa,效率為70.8%。鑒于控制模塊調(diào)節(jié)功能的限制,電機(jī)轉(zhuǎn)速只能為500的整數(shù),所以風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)為n=4500r/min.因?yàn)閮杉?jí)風(fēng)機(jī)中間過渡區(qū)域的損失和二級(jí)風(fēng)機(jī)入口預(yù)旋作用,必將導(dǎo)致兩級(jí)風(fēng)機(jī)的全壓小于單級(jí)石家莊風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)全壓的兩倍,所以適當(dāng)增大轉(zhuǎn)速也是合理的。最終確定單級(jí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)為:n=4500r/min, Q=0.0265 m^/s.兩級(jí)風(fēng)機(jī)后置導(dǎo)葉采用軸流式,導(dǎo)葉采用等斷面,即導(dǎo)葉輪毅與輪緣面為柱面?；炝黠L(fēng)機(jī)不同于離心風(fēng)機(jī),其出口邊各點(diǎn)半後不同,因此為達(dá)到相同全壓,半後小處出口液流角大。對(duì)應(yīng)葉輪不同出口角,本文把導(dǎo)葉分成5條流線,根據(jù)速度三角形得到5條流線的進(jìn)口液流角。為了降低二級(jí)風(fēng)機(jī)進(jìn)口預(yù)旋,一級(jí)導(dǎo)葉出口角釆用90。,表3.2為一級(jí)導(dǎo)葉型線結(jié)構(gòu)參數(shù)表.研究表明,增多葉片數(shù),縮短導(dǎo)葉長(zhǎng)度取得了好的效果,本文設(shè)定一級(jí)導(dǎo)葉髙度H=33 mm,導(dǎo)葉數(shù)為22。由2.5節(jié)可知,進(jìn)口存在較大旋轉(zhuǎn)速度時(shí),無(wú)葉風(fēng)扇性能將大幅下降,因此鳳機(jī)二級(jí)葉輪出口要加后置導(dǎo)葉,減小無(wú)葉風(fēng)扇入口的旋轉(zhuǎn)分量,但導(dǎo)葉出口若按90°設(shè)計(jì)將增大整體的高度,又知旋轉(zhuǎn)分量小于2.9m/s時(shí),無(wú)葉風(fēng)扇性能基本不變,因此二級(jí)導(dǎo)葉出口角設(shè)置為60°,高度H=10mm,導(dǎo)葉數(shù)為22。