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1、離心風(fēng)機(jī)的工作原理,離心風(fēng)機(jī)的工作原理,（離心式風(fēng)機(jī)的分類 1 、 風(fēng)機(jī)按風(fēng)壓（相對(duì)壓力）H的大小，可分為： 2 、 高壓離心風(fēng)機(jī)P=294014700N/m2 （H=3001500毫米水柱） 3 、中壓離心風(fēng)機(jī) P=9802940N/m2 （H=100300毫米水柱） 4 、 低壓離心風(fēng)機(jī)P< 980N/m2 （H<100毫米汞柱）； 5、 高壓軸流風(fēng)機(jī)P=4904900N/m2 （H=50500毫米水柱） 6 、 低壓軸流風(fēng)機(jī)P<490N/m2,,,離心風(fēng)機(jī)的工作過(guò)程 離心風(fēng)機(jī)主要由葉輪、進(jìn)風(fēng)口及蝸殼等組成（圖142）。葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉道（葉片構(gòu)成的流道）內(nèi)的空氣，受離心力作用而向外運(yùn)動(dòng)，在

2、葉輪中央產(chǎn)生真空度，因而從進(jìn)風(fēng)口軸向吸入空氣（速度為c0）。吸入的空氣在葉輪入口處折轉(zhuǎn)90后，進(jìn)入葉道（速度為c1），在葉片作用下獲得動(dòng)能和壓能。從葉道甩出的氣流進(jìn)入蝸殼，經(jīng)集中、導(dǎo)流后，從出風(fēng)口排出,圖14-2 離心通風(fēng)機(jī)內(nèi)氣體流動(dòng)方向 1.出風(fēng)口 2.蝸殼 3.葉輪 4.擴(kuò)壓管 5.進(jìn)風(fēng)口 6.進(jìn)氣室,葉輪的工作原理,（一）速度三角形 空氣在葉道上任一點(diǎn)處，有絕對(duì)速度c，它是氣流與葉輪的相對(duì)速度與牽連速度的向量和（圖143a）。絕對(duì)速度c與牽連速度的夾角以表示。相對(duì)速度與牽連速度的反方向的夾角以表示。通常只畫(huà)出葉片入口及出口的速度三角形，并以1點(diǎn)表示葉輪入口；2點(diǎn)表示葉輪出口（圖143b、

3、c）。,圖3 速度分析及速度三角形 .氣流在葉道內(nèi)的速度分析 b.進(jìn)口氣流速度三角形 c. 出口氣流速度三角形,（二）基本方程歐拉方程,便于計(jì)算，作假設(shè)如下： 1、氣體為理想氣體，流動(dòng)沒(méi)有能量損失，風(fēng)機(jī)功全部轉(zhuǎn)化為氣流能量。 2、葉輪葉片數(shù)無(wú)限多、無(wú)限薄。所以氣體在葉道內(nèi)的流線與葉片形狀一致，氣流相對(duì)速度2的出口角2與葉片出口安裝角2A一致。 3、氣流是穩(wěn)定流，其流動(dòng)不隨時(shí)間而變化。 當(dāng)風(fēng)機(jī)流量為Q（m3/s）、壓力為PT N/m2 時(shí)（PT 葉片數(shù)無(wú)限多理論壓力），氣流則得到的能量為 N=Q PT （Nm/s） 如風(fēng)機(jī)軸上阻力矩為 M（Nm）、角速度為（1/s），）則驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的功為

4、 N=M （Nm/s） 根據(jù)假設(shè)1，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的功全部轉(zhuǎn)換為氣流的能量，則,.,根據(jù)動(dòng)量矩定律，單位時(shí)間內(nèi)，葉輪中氣流對(duì)風(fēng)機(jī)的動(dòng)量矩的變化，等于外力對(duì)此軸線的力矩和。 由圖1可知，葉道內(nèi)氣體abcd經(jīng)時(shí)間t后，移動(dòng)到efgh。根據(jù)假設(shè)3，氣流為穩(wěn)定流，截面abgh內(nèi)氣體動(dòng)量矩不變。因而在t時(shí)間內(nèi)，氣體動(dòng)量矩的變化為面積abfe與dcgh動(dòng)量矩之差，而面積abfe與dcgh內(nèi)體質(zhì)量相等，并等于每秒鐘流過(guò)葉輪氣體質(zhì)量乘以時(shí)間t，即 m=Qt 葉輪入口及出口處的動(dòng)量矩M1及M2分別為,.,單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量矩的變化為力矩M 或 所以 上式為離心通過(guò)風(fēng)機(jī)的基本方程，又叫歐拉方程。因略去了

5、全部損失，所以PT稱為無(wú)窮多葉片時(shí)的理論全壓。 在上式中，C1u是葉輪進(jìn)口處氣流絕對(duì)速度C1在圓周方向的速度分量。由于葉輪入口處具有切線速度u1 ，按速度場(chǎng)作用規(guī)律，氣流在進(jìn)入葉輪時(shí)應(yīng)該存在切向分速。但是空氣的粘性很小，在沒(méi)有導(dǎo)流器時(shí)，可以認(rèn)為氣流是徑向進(jìn)入葉輪的，即在葉輪入口處，1=90，C1=C1r，C1u=0。代入歐拉方程，可得： PT=u2C2u,圖14-4 軸向渦流的產(chǎn)生原因及其c2u的影響,,,,,,（三）軸向渦流,實(shí)際上風(fēng)機(jī)的葉片數(shù)是有限的，相鄰兩葉片所形成的葉道占有一定的空間。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉道空間隨葉片一起轉(zhuǎn)動(dòng)；而葉道內(nèi)的氣體，由于自身粘性小，又有慣性，它就有保持其

6、本身方向不變的趨勢(shì)。由圖144可見(jiàn)，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉道內(nèi)的氣體與葉道空間具有相對(duì)回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向與葉輪放置方向相反，這就是軸向渦流。軸向渦流使氣流出口角2與葉片安裝角2A不等且2<2A ，所以，在葉片數(shù)有限時(shí)，有： C2u=u2C2rctg2

7、是風(fēng)機(jī)軸上的輸入功率。若風(fēng)機(jī)的全壓效率為則： 3、電機(jī)功率Nm K電機(jī)容量?jī)?chǔ)備系數(shù)，其值可按表142選取。 式中 m風(fēng)機(jī)傳動(dòng)效率,電動(dòng)機(jī)容量?jī)?chǔ)備系數(shù),風(fēng)機(jī)軸功率N（kW） 5 電機(jī)容量?jī)?chǔ)備系數(shù) K 1.2 1.15,四、離心風(fēng)機(jī)的性能曲線,風(fēng)機(jī)的基本性能參數(shù)為流量Q、風(fēng)壓P、軸功率N及效率。這些性能參數(shù)均受風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，風(fēng)壓、功率及效率與流量之關(guān)系曲線，稱為離心通風(fēng)機(jī)的性能曲線。 （一） 理論性能曲線 在繪制理論性能曲線時(shí)，不考慮能量損失。 當(dāng)葉片無(wú)限多時(shí)，風(fēng)機(jī)的理論壓力為PT。由圖143c可知： C2u=u2C2rctg2 代入 PT=u2C2u

8、式得： 因?yàn)? Q=D2b2C2r 所以,式中 D2葉輪外徑 b2葉輪外徑處葉片寬度在葉片無(wú)限多時(shí)，氣流出口角2 等于葉片安裝角2A 。一臺(tái)風(fēng)機(jī)若轉(zhuǎn)速不變，則u2、D2、b2、2A均為常數(shù)，則有： PT=ABQ圖14-5 風(fēng)機(jī)的理論性能曲線（PT-Q）圖14-6 風(fēng)機(jī)的理論性能曲線（N-Q）因A、B為常數(shù)，所以PT與Q 成線性關(guān)系。對(duì)前向葉片，2A90，ctgB2<0，B為負(fù),,值，故PT因Q的增加而增加（圖）；徑向葉片2A=90，ctgB2=0，B=0；后向葉片，2A0，B為正值，故PT因Q的增加而減少。圖14-7 有限葉片數(shù)對(duì)理論性能曲線(P-Q線)的影響n=常數(shù)；90因假

9、定無(wú)能量損失，所以風(fēng)機(jī)軸功率N與壓力和流量之乘積成正比因而可得三種葉片的功率消耗與流量的關(guān)系曲線 （圖）。由圖可見(jiàn)，前向葉片在流量增大時(shí)，功耗劇增，而后向葉片在流量增加時(shí)，功耗增長(zhǎng)較緩。 在葉片數(shù)有限時(shí)，風(fēng)機(jī)理論壓力將減少。對(duì)一定的葉輪，可近似地認(rèn)為環(huán)流系數(shù)為常數(shù)，則風(fēng)機(jī)的理論性能曲線 （PTQ）將變?yōu)榱硪粭l直線（PTQ）。圖147是后向葉片的理論性能曲線（PQ線）的變化示意圖。,,圖14-7 有限葉片數(shù)對(duì)理論性能曲線(P-Q線)的影響 n=常數(shù)；90,（一） 圖 實(shí)際性能曲線(P-Q)后向葉片，n=常數(shù)實(shí)際性能曲線 實(shí)際上風(fēng)機(jī)有能量損失，如果只考慮流動(dòng)損失，則在給定轉(zhuǎn)速下的實(shí)際性能曲線（P

10、Q）如圖148所示。由于未考慮泄漏損失及輪阻損失，它與實(shí)際情況有一定出入。圖離心通風(fēng)機(jī)的性能曲線a.前向葉片風(fēng)機(jī) b.后向葉片風(fēng)機(jī) 目前還不能用計(jì)算的方法繪制實(shí)際性能曲線。所以離心風(fēng)機(jī)的性能曲線者是根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的。由風(fēng)機(jī)試驗(yàn)可測(cè)出各工況點(diǎn)的流量Q、全壓P及軸功率N并算得效率 。以流量Q為橫坐標(biāo)所得 PQ、NQ、Q等關(guān)系曲線即為風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能曲線（圖149）。,圖14-8 實(shí)際性能曲線(P-Q)后向葉片，n=常數(shù),圖14-9 離心通風(fēng)機(jī)的性能曲線 a.前向葉片風(fēng)機(jī) b.后向葉片風(fēng)機(jī),五、葉片形狀,風(fēng)機(jī)葉片形狀可分為直葉片和曲葉片；按葉片出口安裝角可分為前向（2A90），徑向（2A=90）及后

11、向（2A<90）葉片三類，對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)葉輪稱為前向、徑向和后向葉輪。常用的葉輪形式如圖1410所示。,圖14-10 常用葉輪形式 a.前向葉片 b.多葉式前向葉片 c.徑向曲葉片 d.徑向直葉片 e.后向曲葉片 f.后向直葉片,（一）葉片形狀對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響 葉片形狀影響出口安裝角2A的大小，因而也影響在葉輪出口處氣流絕對(duì)速度C2 的大?。▓D1411）。C2不同，則風(fēng)機(jī)性能也有較大差異。,圖11 葉片出口角2A對(duì)葉輪出口速度C2的影響 (D2、 n、u2相等) a.前向葉片(2A90) b.徑向葉片(2A=90) c.后向葉片(2A90) 1、由式PT=u2C2u可知，C2u愈大，則風(fēng)機(jī)的壓力愈

12、高。由圖1411可見(jiàn)，在葉輪直徑相同、轉(zhuǎn)速相同、流量相等時(shí)，前向葉輪風(fēng)機(jī)壓力最高，徑向次之，而后向最低。,圖14-11 葉片出口角2A對(duì)葉輪出口速度C2的影響 (D2、 n、u2相等) a.前向葉片(2A90) b.徑向葉片(2A=90) c.后向葉片(2A90),2、隨流量的增加，前向葉輪風(fēng)機(jī)功耗劇增，有超載的可能，稱為過(guò)載風(fēng) 機(jī)，后向葉輪則有功率不易過(guò)載的優(yōu)點(diǎn)。3、因C2大，前向葉輪出口處氣流動(dòng)壓大，但風(fēng)機(jī)出風(fēng)口處氣流動(dòng)壓較小，所以葉輪出口動(dòng)壓中的一部分將在蝸殼中通過(guò)擴(kuò)壓轉(zhuǎn)化為靜壓，擴(kuò)壓損失大，而后向葉輪擴(kuò)壓損失小。另外前向葉輪葉道短、斷面變化大，其葉道內(nèi)的流動(dòng)損失也大于后向葉輪，故后向葉

13、輪效率高，前向葉輪效率低，徑向葉輪則在兩者之間。 4、前向葉輪噪聲較大。 5、從工藝觀點(diǎn)看，直葉片制作簡(jiǎn)單，但徑向直葉片沖擊損失大、效率低。（一） 各種葉輪的應(yīng)用 1、后向葉片風(fēng)機(jī)效率高、噪聲小、流量增大時(shí)動(dòng)力機(jī)不易超載，因而在各種大、中型風(fēng)機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。它的缺點(diǎn)是在相同的風(fēng)量、風(fēng)壓時(shí)，需要較大的葉輪直徑或轉(zhuǎn)速，另外葉片容易積塵，不適于作排塵風(fēng)機(jī)。,,2、前向葉片風(fēng)機(jī)效率較低、噪聲大，但在相同風(fēng)壓、風(fēng)量時(shí)，風(fēng)機(jī)尺寸小，轉(zhuǎn)速低。因而它用于高壓通風(fēng)機(jī)（P=78509810Pa）以及要求風(fēng)機(jī)尺寸小的場(chǎng)合。在移動(dòng)式農(nóng)業(yè)機(jī)械中由于要求風(fēng)機(jī)的尺寸較小，因此常采用前向葉片的中、高壓風(fēng)機(jī)。 3、多

14、葉式離心通風(fēng)機(jī)都用前向葉片，它的特點(diǎn)是輪徑比（D1/D2）大、葉片數(shù)多，葉片相對(duì)寬度較大，因而用較小的尺寸可得較大的壓力和流量，且噪聲較低，但效率也低。農(nóng)業(yè)機(jī)械中的一些小型風(fēng)機(jī)如小型植保機(jī)械上，常采用多葉式風(fēng)機(jī)。 4、徑向直葉片風(fēng)機(jī)的壓頭損失大，效率低，但形狀簡(jiǎn)單、制作方便。當(dāng)風(fēng)機(jī)效率不作為主要考核指標(biāo)時(shí)，它常被用作低壓風(fēng)機(jī)。另外，后向直葉片風(fēng)機(jī)效率較徑向直葉片風(fēng)機(jī)高，制造也比較簡(jiǎn)單，適用于動(dòng)壓低、靜壓與動(dòng)壓比值較高的場(chǎng)合，一般用于中、低壓風(fēng)機(jī)，應(yīng)用較多。,離心葉輪的進(jìn)口角直接影響風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，出口角會(huì)影響風(fēng)機(jī)的壓力，從現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)資料看出口角在40度左右效率較高，如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和直徑?jīng)]定的話可盡量

15、把出口角定在40度附近。設(shè)計(jì)時(shí)有兩個(gè)參數(shù)選取比較重要，一個(gè)是葉葉片的進(jìn)口、出口處直徑比d1/d2，另一個(gè)是c2r/u2，都會(huì)影響風(fēng)機(jī)的性能好壞，設(shè)計(jì)時(shí)可以參照一下現(xiàn)有性能優(yōu)秀的葉輪。 是的，c1r/u1也重要的，定了d1/d2和c2r/u2，進(jìn)出口氣流角度是可以計(jì)算了，進(jìn)口角當(dāng)然是盡量減少氣流的沖擊損失為佳 一般進(jìn)口角設(shè)計(jì)1等于A1即沖角為0是最佳的 但有時(shí)為了保證風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，把進(jìn)口安裝角增加2--3度,風(fēng)機(jī)葉輪的設(shè)計(jì)通常很復(fù)雜，一般老說(shuō)他們?cè)谠O(shè)計(jì)中的時(shí)候根據(jù)主要參數(shù)，通過(guò)模板來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 先做可調(diào)安裝角的葉輪進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，再把葉片的各項(xiàng)參數(shù)定下來(lái)。 空氣動(dòng)力學(xué)的大多教程和材料里面沒(méi)有

16、講風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì).翼形的設(shè)計(jì)是有的,但是飛機(jī)用的翼形和風(fēng)機(jī)的翼形區(qū)別很大.用計(jì)算流體力學(xué)來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題近年比較流行,但是坐的也不多.畢竟在高度湍流的流動(dòng)狀態(tài)下,和彎曲復(fù)雜的流動(dòng)區(qū)域里,算出來(lái)的結(jié)果也是很難保證可靠.再者就是內(nèi)部空間復(fù)雜要?jiǎng)澐志W(wǎng)只能用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,對(duì)機(jī)器的要求又提高了.gambit里面帶的Turbo的工具用起來(lái) 方便具體那樣劃分網(wǎng)格 對(duì)模型的近似度如何,尚難確定。,,二、基本參數(shù)的測(cè)定方法 繪制風(fēng)機(jī)的空氣特性曲線的基本參數(shù)為流量、壓力、功耗及效率等。其測(cè)定及計(jì)算方法如下。 （一）流量 1、用集流器測(cè)流量 集流器有圓弧形和錐形兩種型式（圖14-28）。器壁上有孔，可用來(lái)測(cè)定靜壓，如果沒(méi)有損

17、失，則在j-j截面上（圖14-27a）動(dòng)壓與靜壓相等；如 考慮損失，則可引入一流量系數(shù) ，因而可算得風(fēng)筒內(nèi)氣流速度V 流量Q,,,式中 F風(fēng)筒在j-j截面處的面積 Psj在j-j截面處測(cè)得的靜壓(N/m2)，通常在j-j截面的風(fēng)筒上，按四等分開(kāi)四孔，分別測(cè)出靜壓，然后取平均值即Psj 流量系數(shù)，對(duì)圓弧形集流器，=0.99；錐形集流器=0.98 2、用皮托管測(cè)定流量 皮托管結(jié)構(gòu)如圖14-29所示。用皮托管可測(cè)定管內(nèi)某一點(diǎn)的動(dòng)壓力Pd (圖14-30），因而可算出該點(diǎn)的氣流速度。 為了測(cè)出平均流速，可將管道斷面分為面積相等的若干個(gè)小塊，分別測(cè)出每一小面積的中心的動(dòng)壓力Pdi，算出其速度

18、Vi 及平均速度Vp，再求得流量Q。 （m/s）,,,,,式中 F管道面積（m2 ） D圓形管道直徑（m） 矩形管道一般可分為16個(gè)或更多的小矩形面積（圖14-31a），圓形管道一般可分為五個(gè)等面積圓環(huán)，依管道直徑的大小在每一圓環(huán)測(cè)定2點(diǎn)或4點(diǎn)（圖14-31b）。各測(cè)定點(diǎn)直徑分別為D1=0.316D，D2=0.548D，D3=0.707D，D4=0.837D，D5=0.949D,圖14-29 皮托管,,（二）壓力 在風(fēng)筒壁上開(kāi)孔接上壓力計(jì)，可測(cè)定此斷面的靜壓（圖14-27），也可用皮托管接入壓力計(jì)測(cè)定某一斷面的動(dòng)壓或靜壓，常用V形管壓力計(jì)或微壓計(jì)。測(cè)定結(jié)果須經(jīng)

19、換算才能得到風(fēng)機(jī)全壓P、靜壓Ps 及動(dòng)壓Pd 。換算方式在各種試驗(yàn)裝置上不同。 1、動(dòng)壓Pd 風(fēng)機(jī)動(dòng)壓Pd為風(fēng)機(jī)出口斷面CC的動(dòng)壓，如已知流量為Q，則 （ 1）進(jìn)氣試驗(yàn)裝置 因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)管內(nèi)的動(dòng)壓是由靜壓的降低轉(zhuǎn)換而來(lái)的，所以風(fēng)機(jī)靜壓為出口斷面CC的靜壓PSC和風(fēng)機(jī)進(jìn)口斷面BB的全壓Pb 之差，而Pb為II 斷面的全壓減去由II 斷面到BB斷面的壓力損失P1-b 。因?yàn)闆](méi)有出風(fēng)管道，所以Psc =0，則： PS =PSC Pb (Ps1 Pd1 P1-b ),,,式中，Ps1 為真空度，Ps1 =Psl；又P1-b 包括進(jìn)氣整流柵損失及管道摩擦損失，可取Pb =0.15Pd1，因?yàn)镻d1 =

20、2 Psj ，所以風(fēng)機(jī)靜壓力為 Ps=Ps10.852Psj 將測(cè)得的Ps1 及Psj代入，即可算出風(fēng)機(jī)靜壓Ps。 （2）排氣試驗(yàn)裝置 風(fēng)機(jī)靜壓等于斷面的全壓（PsPd）加上斷面CC斷面到斷面的壓力損失，再減去CC斷面的動(dòng)壓d ，即： PS = PS+Pd2 +Pc-2d 在圖1427 b的試驗(yàn)裝置中，Pc-2 =0.15Pd2，所以： PS=PS2+1.15Pd2Pd,,將測(cè)得的結(jié)果代入，可算得風(fēng)機(jī)靜壓力。如風(fēng)機(jī)出口斷面與風(fēng)筒斷面積相等，則： PS=PS2+0.15Pd2 3、風(fēng)機(jī)全壓P P=PS+Pd 4、壓力系數(shù) （三）功率 用扭矩測(cè)功法或電力測(cè)功法可測(cè)出風(fēng)機(jī)的軸功率N。將此軸功率減去風(fēng)機(jī)軸承摩擦功耗，則是風(fēng)機(jī)的水力功率Nn。水力功率是指風(fēng)機(jī)葉輪對(duì)氣體作用所消耗的功率。,