風機設計方法

作者：石家莊風機　　　　　日期：2014-9-19　　　　　瀏覽：2270　　　　　

本文擬通過降低風機轉速的方法來降低風機進出口噪聲.為了保證風機全壓能滿足無葉風扇的性能需求,同時達到降低風機轉速的目的,本章將設計一款無葉風扇用低速兩級風機,以代替傳統風扇中的髙速單級風機.

 

 

透平機械葉輪旋轉時與流體相互作用,將機械能轉變成流體能量。透平壓縮機就是透平機械的一種,它是用來提髙氣體壓力,并輸送氣體的機械,有時也通稱為風機。透平壓縮機若按氣體流動方向分類,可分為以下三種【67]:

軸流壓縮機:氣體在壓縮機內的流動方向大致平行于壓縮機旋轉軸;

離心壓縮機:氣體的流向大致與旋轉軸相垂直;

潘流壓縮機:氣體流動方向與旋轉軸成某一夾角。

透平壓縮機若按氣體壓力提髙的程度分類,可以分為風扇、通風機、鼓風機與壓縮機四種。

風扇:這種風機無外殼,也稱自由風機,其提髙的壓力很小,在標準狀況下,其出口全壓值低于100 Pa (全壓)。日常所見的家用風扇就屬于這類風機。

通風機:在標準狀況下,其出口全壓值不大于15000 Pa (表壓)的風機。

鼓風機:在標準狀況下,其出口全壓值介于15000 Pa-250000 Pa (表壓)的風機。

壓縮機:升壓大于250000 Pa,或壓氣比大于3.5的風機。壓縮機的壓縮比是壓縮機出口與進口氣體壓力之比。

 

 

本文要設計的風機屬于混流式,全壓不超過1000 Pa,比傳統風扇全壓要大,相當于全壓較低的通風機;由于風壓較低,內部流動馬赫數很低,認為氣體不可壓縮且枯性系數為常數。另外由于目前還沒有成熟的微型風機的設計方法,所以本文在無葉風扇用微型風機的設計中參考了大型泵和風機的設計方法[68]。

在風機(系)設計方法中,相似換算法簡單可靠,應用廣泛。其做法是選一臺與要設計風機(泵)相似的風機(系),對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與設計系的1?相等或相近;

b)模型系的效率高,特性曲線符合要求;

C)模型泵的技術資料要齊全;

    通常,在相似設計中認為模型泵和實型系的效率相等,實際上由于大泵和小泵流道的相對粗糙度、相對間隙和葉片相對厚度等不同,大果的水力效率、容積效率較小栗髙。鑒于本文相似風機尺寸相差較小,所以不考慮尺寸效應的修正。

 

把模型系過流部分的各種尺寸乘以尺寸系數;I,則得到設計泵過流部分相應的尺寸,設計泵的葉片角應該等于模型泵的相應角度,3.1.2導葉設計方法流出葉輪的液體,絕對速度值很大,且具有很大的旋轉分量,因此通常在葉輪后面加導葉,把速度能轉換為壓力能,同時消除旋轉分量169】【70]。導葉形式通常分為徑向導葉、流道式導葉、軸向導葉和空間導葉.本文設計的兩種風機分別采用了空間導葉和軸向導葉。

 

 

空間導葉又叫導流殼,其結構參數對葉輪機械性能影響很大【71],其設計應考慮以下原則:

1)葉片間流道斷面的濕周應盡量小,因而最好是圓形或方形;

2)流道形狀變化平滑;

3)各部位的角度應符合流動規律;

4)各種速度變化應均勻;

5)控制喉部速度為一定的值;

6)控制流道的擴散角為一定的值。

空間導葉適應的比轉速比較廣,因此軸面投影形狀差別很大,在確定軸面投影圖時,最好選1?接近、性能良好的現有產品的圖形為參考。在確定軸面圖時,主要參考下列數據:

1)導葉內流線進口直徑大致等于或稍大于葉輪后蓋板出口直徑;

2)導葉外流線進口直徑稍大于葉輪出口輪緣直徑;

3)導葉軸向長度L,一般為L=(0.5-0.7)D2;

4)導葉葉片數一般不要與葉輪葉片數互成倍數關系;

    考慮到無葉風扇基座進口阻力,要設計的風機全壓要稍大于無葉風扇壓阻(481 Pa),因此兩級風機設計指標定為流量0.0265 mVs時,全壓在500 Pa以上。為滿足無葉風扇性能需求,新風機中單級風機設計全壓應達到250Pa,因此單級風機參數設定為Q=0.0265 m3/s,P=250 Pa。單級風機利用相似設計得到,本文選用傳統無葉風扇用混流風機為模型風機,其風機葉片為非均勻布置,結構如圖3.4,性能曲線如圖3.5,模型風機最高效率點在流量為0.0265 m3/s處,此時全壓為491 Pa,效率為70.8%。鑒于控制模塊調節功能的限制,電機轉速只能為500的整數,所以風機轉速設為n=4500r/min.因為兩級風機中間過渡區域的損失和二級風機入口預旋作用,必將導致兩級風機的全壓小于單級石家莊風機風機全壓的兩倍,所以適當增大轉速也是合理的。最終確定單級風機運行參數為:n=4500r/min, Q=0.0265 m^/s.兩級風機后置導葉采用軸流式,導葉采用等斷面,即導葉輪毅與輪緣面為柱面。混流風機不同于離心風機,其出口邊各點半後不同,因此為達到相同全壓,半後小處出口液流角大。對應葉輪不同出口角,本文把導葉分成5條流線,根據速度三角形得到5條流線的進口液流角。為了降低二級風機進口預旋,一級導葉出口角釆用90。,表3.2為一級導葉型線結構參數表.研究表明,增多葉片數,縮短導葉長度取得了好的效果,本文設定一級導葉髙度H=33 mm,導葉數為22。由2.5節可知,進口存在較大旋轉速度時,無葉風扇性能將大幅下降,因此鳳機二級葉輪出口要加后置導葉,減小無葉風扇入口的旋轉分量,但導葉出口若按90°設計將增大整體的高度,又知旋轉分量小于2.9m/s時,無葉風扇性能基本不變,因此二級導葉出口角設置為60°,高度H=10mm,導葉數為22。