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32.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42.3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。①叶轮外径,常用D表示；②叶轮宽度,常用b表示；③叶轮出口角,一般用β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,β90°(90°～160°)；后向式──叶片弯曲方向与旋转方向相反,β90°(20°～70°)；径向式──叶片出口沿径向安装,β=90°。52.4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: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（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；7Z: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：8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：9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:即：也可以根据，求出三．进口叶片角1.径向进口时的优化值同一样，根据为最小值时，优化计算进口叶片角。当气流为径向进口时，,且均布，那么从进口速度三角形（令进口无冲击=）代入值后得出值，最后得出：10(3-5)求极值，即(3-6a)这就是只考虑径向进口时的优化值。把（3-6a）式代入(3-4a)至(3-4d)式：(3-6b)进而当时：(3-6c)或者：(3-6d)2.当叶轮进口转弯处气流分布不均匀时的优化值。图3-4，叶片进口处速度分布不均匀，在前盘处速度大小为和，比该面上的平均值要大，设那么此外：当时：11(3-7a)进而采用近似公式:其中为叶轮前盘叶片进口处的曲率半径。计算出来的角比小一些。如下表所示：:0.20.41.02.03.04.0:0.9520.880.740.580.4720.424:那么(3-7b)式中为的平均值。图3-4叶片进口处和分布不均匀图3-5进口速度三角3.当气流进入叶片时有预旋，即：12由图3-5进口速度三角形可以得出：求极值后：(2-8a)可以看出当气流偏向叶轮旋转方向时（正预旋），将增大，同时得到：4.叶轮的型式不同时有所区别一般推荐叶片进口角稍有一个较小的冲角。后向叶轮中叶道的摩擦等损失较小，此时的选择使叶轮进口冲击损失为最小。冲角一般后向叶轮：对于前向叶轮，由于叶道内的分离损失较大，过小的进口安装角导片弯曲度过大，分离损失增加。较大的安装角虽然使进口冲击损失加大，但是流道内的损失降低，两者比较，效率反而增高。一般前向叶轮：13当时，甚至。3.2.2离心通风机的进气装置离心通风机的进气装置位置离心通风机的进气形状一.进气室进气室一般用于大型离心通风机上。倘若通风机进口之前需接弯管，气流要转弯，使叶轮进口截面上的气流更不均匀，因此在进口可增设进气室。进气室装设的好坏会影响性能：1.进气室最好做成收敛形式的，要求底部与进气口对齐。2.进气室的面积与叶轮进口截面之比一般为矩形，为最好。3．进气口和出气口的相对位压，对于通风机性能也有影响。时为最好，时最差。14二，进气口进气口有不同的形式。一般锥形经筒形的好，弧形比锥形的好，组合型的比非组合型的好。例如锥弧型进气口的涡流区最小。此外还注意叶轮入口的间隙型式，套口间隙，比对口间隙形式好。三，进口导流器若需要扩大通风机的使用范围和提高调节性能，可在进气口或进气室流道装设进口导流器，分为轴向、径向两种。可采用平板形，弧形和机翼型。导流叶片的数目为Z=8~12。离心通风机的进气导叶3.2.3蜗壳设计离心通风机蜗壳一，概述蜗壳的作用是将离开叶轮的气体集中，导流，并将气体的部分动能扩压转变为静压。目前离心通风机普遍采用矩形蜗壳，优点是工艺简单适于焊接，离心通风机蜗壳宽度B比其叶轮宽度大得多，则气流流出叶轮后的流道突然扩大，流速骤然变化。如图所示，为叶轮出口后的气流速度，为其气流角（分量为和），蜗壳内一点的流速为c，分量为和，15为气流角，半径为r.二，基本假设：1`，蜗壳各不同截面上所流过流量与该截面和蜗壳起始截面之间所形成的夹角成正比：(3-29)2，由于气流进入蜗壳以后不再获得能量，气体的动量矩保持不变。常数(3-30)三，蜗壳内壁型线：离心通风机蜗壳内壁型线根据上述假设，蜗壳为矩形截面，宽度B保持不变，那么在角度的截面上的流量为：(3-31)代入式(3-30)后：16(3-32)上式表明蜗壳的内壁为一对数螺线，对于每一个，可计算，连成蜗壳内壁。可以用近似作图法得到蜗壳内壁型线。实际上，蜗壳的尺寸与蜗壳的张度A的大小有关令按幂函数展开：(3-33)其中那么(3-34a)系数m随通风机比转数而定，当比转数时，(3-34)式第三项是前面两项的10%，当时仅是1%。为了限制通风机的外形尺寸，经验表明，对低中比转数的通风机，只取其第一项即可：(3-34b)则得(3-35)式(3-35)为阿基米德螺旋线方程。在实际应用中，用等边基方法，或不等边基方法，绘制一条近似于阿基米德螺旋线的蜗壳内壁型线，如图3-22所示。由式(2-34)得到蜗壳出口张度A(3-36)一般取，具体作法如下：先选定B，计算A[式(3-36)]，以等边基方法或不等边基方法画蜗壳内壁型线。四，蜗壳高度B蜗壳宽度B的选取十分重要。,一般维持速度在一定值的前提下，确定扩17张当量面积的。若速度过大，通风机出口动压增加，速度过小，相应叶轮出口气流的扩压损失增加，这均使效率下降。如果改变B，相应需改变A使不变。当扩张面积不变情况，从磨损和损失角度，B小A大好，因为B小，流体离开叶轮后突然扩大小，损失少。而且A大，螺旋平面通道大，对蜗壳内壁的撞击和磨损少。一般经验公式为：1.或2.低比转数取下限，高比转速取上限。3.为叶轮进口直径，系数：五，蜗壳内壁型线实用计算以叶轮中心为中心，以边长作一正方形。为等边基方。以基方的四角为圆心分别以为半径作圆弧ab,bc,cd,de，而形成蜗壳内壁型线。其中(3-37)等边基方法作出近似螺旋线与对数螺线有一定误差，当比转速越高时，其误差越大。可采用不等边。方法不同之处，做一个不等边基方：18不等边基方法对于高比转速通风机也可以得到很好的结果。图3-22等边基方法图3-23不等边基方法六，蜗壳出口长度C，及扩压器蜗壳出口面积。一般(3-38)或往往蜗壳出口后设一扩压器，如图3-24出口扩压器角度为佳。为了减少总长度，可适当加大。19图3-24出口扩压器七.蜗舌蜗壳中在出口附近常有蜗舌，其作用防止部分气体在蜗壳内循环流动，蜗舌附近的流动较为复杂，对通风机的影响很大。蜗舌分三种：平舌，浅舌，深舌。当QQ正常，蜗壳内气流变小，使一些风量不进入出口而重新流向蜗壳。当QQ正常时，流动偏向出口在舌部出现涡流及低压，使通风机性能变坏。下降，功率N加大，一般蜗舌头部的半径取蜗舌与叶轮的间隙t一般取(后向叶轮)(前向叶轮)t过小在大流量时会升高一些，但下降，噪音加大。t过大，噪音会低一些，但及下降。20蜗壳出口蜗舌3.2.4参数计算1.根据给定的设计参数Q，，求其比转速，即设计时转速n可能未给，先初定，然后确定通风机的类型及叶片型式：ns=2.7~12前向叶片离心式ns=3.6~16后向叶片离心式ns16~17双吸入式并联离心式ns=18~36轴流式2.初步选择叶片出口角：一般后向叶轮叶片出口角范围为，最好。机翼型叶片时效率较高。与成线性关系。或：213.用所选的，查图3-26或计算，给出，计算：一般：=0.6~0.8强后向叶片=0.8~1.2后向叶片=1.2~1.4径向叶片=1.4~2.4前向叶片4.确定出口半径D2这样可进一步判断是否合理。一般同步转速,p为极对数。5.确定进口的直径D1（例如时为式（3-6c））：为此先算22上式只适用于0.3后向叶轮，0.3的前向叶轮：6.确定进口直径：7.确定叶片数Z：8.确定b2和b1：后向叶轮时：式中：对于后向叶轮：对于前向叶轮：ns=4.5~11.7=0.25~0.35b1=1.2~1.5=0.35~0.5b1=1.5~2.00.5b1=2.0~2.5取直平前盘b2=b1。锥形前盘时，给定一定的，取值不要太大。9.进口叶片角23气流角取为冲角:10.验算全压如果偏离太大，修正和Z值。11.叶片绘型12.决定蜗壳尺寸（1）计算蜗壳宽度B一般经验公式为：或低比转数取下限，高比转速取上限。为叶轮进口直径，（2）计算蜗壳出口A：一般取（3）用等基方法或不等基方法计算蜗壳内壁线，24（4）决定蜗舌尺寸蜗舌头部半径间隙：（后向叶片）（前向叶片）13.计算功率其中k为安全系数,方法k=1.15.3.3离心风机设计时几个重要方案的选择：(1)叶片型式的合理选择：常见风机在一定转速下，后向叶轮的压力系数中Ψt较小，则叶轮直径较大，而其效率较高；对前向叶轮则相反。(2)风机传动方式的选择：如传动方式为A、D、F三种，则风机转速与电动机转速相同；而B、C、E三种均为变速，设计时可灵活选择风机转速。一般对小型风机广泛采用与电动机直联的传动A，，对大型风机，有时皮带传动不适，多以传动方式D、F传动。对高温、多尘条件下，传动方式还要考虑电动机、轴承的防护和冷却问题。(3)蜗壳外形尺寸的选择：蜗壳外形尺寸应尽可能小。对高比转数风机，可采用缩短的蜗形，对低比转数风机一般选用标准蜗形。有时为了缩小蜗壳尺寸，可选用蜗壳出口速度大于风机进口速度方案，此时采用出口扩压器以提高其静压值。(4)叶片出口角的选定：叶片出口角是设计时首先要选定的主要几何参数之一。为了便于应用，我们把叶片分类为：强后弯叶片(水泵型)、后弯圆弧叶片、后弯直叶片、后弯机翼形叶片；径向出口叶片、径向直叶片；前弯叶片、强前弯叶片(多翼叶)。(5)叶片数的选择：在离心风机中，增加叶轮的叶片数则可提高叶轮的理论压力，因为它可以减少相对涡流的影响(即增加K值)。但是，叶片数目的增加，将增加叶轮通道的摩擦损失，这种损失将降低风机的实际压力而且增加能耗。因此，对每一种叶轮，存在着一个最佳