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如何選擇離心風機設計方案?

2020-09-10

離心風機設計時通常給定的條件有:容積流量、全壓、工作介質(zhì)及其密度(或工作介質(zhì)溫度),有時還有結(jié)構(gòu)上的要求和特殊要求等。
對離心風機設計的要求大都是:滿足所需流量和壓力的工況點應在率點附近;率值要盡量大一些,效率曲線平坦;壓力曲線的穩(wěn)定工作區(qū)間要寬;風機結(jié)構(gòu)簡單,工藝性好;材料及附件選擇方便;有足夠的強度、剛度,工作安全可*;運轉(zhuǎn)穩(wěn)定,噪聲低;調(diào)節(jié)性能好,工作適應性強;風機尺寸盡可能小,重量輕;操作和維護方便,拆裝運輸簡單易行。
然而,同時滿足上述全部要求,一般是不可能的。在氣動性能與結(jié)構(gòu)(強度、工藝)之間往往也有矛盾,通常要抓住主要矛盾協(xié)調(diào)解決。這就需要設計者選擇合理的設計方案,以解決主要矛盾。例如:隨著風機的用途不同,要求也不一樣,如公共建筑所用的風機一般用來作通風換氣用,一般重要的要求就是低噪聲,多翼式離心風機具有這一特點;而要求大流量的離心風機通常為雙吸氣型式;對一些高壓離心風機,比轉(zhuǎn)速低,其泄漏損失的相對比例一般較大。
離心風機設計時幾個重要方案的選擇:
(1)葉片型式的合理選擇:常見風機在一定轉(zhuǎn)速下,后向葉輪的壓力系數(shù)中Ψt較小,則葉輪直徑較大,而其效率較高;對前向葉輪則相反。
(2)風機傳動方式的選擇:如傳動方式為A、D、F三種,則風機轉(zhuǎn)速與電動機轉(zhuǎn)速相同;而B、C、E三種均為變速,設計時可靈活選擇風機轉(zhuǎn)速。一般對小型風機廣泛采用與電動機直聯(lián)的傳動A,,對大型風機,有時皮帶傳動不適,多以傳動方式D、F傳動。
對高溫、多塵條件下,傳動方式還要考慮電動機、軸承的防護和冷卻問題。
(3)蝸殼外形尺寸的選擇:蝸殼外形尺寸應盡可能小。對高比轉(zhuǎn)數(shù)風機,可采用縮短的蝸形, 對低比轉(zhuǎn)數(shù)風機一般選用標準蝸形。有時為了縮小蝸殼尺寸,可選用蝸殼出口速度大于風機進口速度方案,此時采用出口擴壓器以提高其靜壓值。
(4)葉片出口角的選定:葉片出口角是設計時首先要選定的主要幾何參數(shù)之一。為了便于應用,我們把葉片分類為:強后彎葉片(水泵型)、后彎圓弧葉片、后彎直葉片、后彎機翼形葉片;徑向出口葉片、徑向直葉片;前彎葉片、強前彎葉片(多翼葉)。表1列出了離心風機中這些葉片型式的葉片的出口角的大致范圍。
(5)葉片數(shù)的選擇:在離心風機中,增加葉輪的葉片數(shù)則可提高葉輪的理論壓力,因為它可以減少相對渦流的影響(即增加K值)。但是,葉片數(shù)目的增加,將增加葉輪通道的摩擦損失,這種損失將降低風機的實際壓力而且增加能耗。因此,對每一種葉輪,存在著一個佳葉片數(shù)目。具體確定多少葉片數(shù),有時需根據(jù)設計者的經(jīng)驗而定。根據(jù)我國目前應用情況,在表2推薦了葉片數(shù)的選擇范圍。
(6)全壓系數(shù)Ψt的選定:設計離心風機時,實際壓力總是預先給定的。這時需要選擇全壓系數(shù)Ψt,全壓系數(shù)的大致選擇范圍可參考表3。
(7)離心葉輪進出口的主要幾何尺寸的確定:葉輪主要尺寸示于圖1。葉輪是風機傳遞給氣體能量的元件,故其設計對風機影響甚大;能否正確確定葉輪的主要結(jié)構(gòu),對風機的性能參數(shù)起著關鍵作用。它包含了離心風機設計的關鍵技術--葉片的設計。而葉片的設計關鍵的環(huán)節(jié)就是如何確定葉片出口角β2A。
關鍵技術的設計分析
在設計離心風機時,關鍵就是掌握好葉輪葉片出口角β2A的確定。
根據(jù)葉片出口角β2A的不同,可將葉片分成三種型式即后彎葉片(β2A<90℃),徑向出口葉片(β2A=90℃)和前彎葉片(β2A>90℃)。
三種葉片型式的葉輪,目前均在風機設計中應用。前彎葉片葉輪的特點是尺寸重量小,價格便宜,而后彎葉片葉輪可提率,節(jié)約能源,故在現(xiàn)代生產(chǎn)的風機中,特別是功率大的大型風機多數(shù)用后彎葉片。
現(xiàn)代前彎葉片風機效率,比老式產(chǎn)品已有顯著提高,故在小流量高壓力的場合或低壓大流量場合中仍廣為采用。
徑向出口葉片在我國已不常用,在某些要求耐磨和耐腐蝕的風機中,常用徑向出口直葉片。
離心風機葉輪設計時還必須考慮到比轉(zhuǎn)速與葉片型式存在一定的關系(例表4),故在確定葉片出口角的同時,必須綜合考慮三種葉片型式對壓力、徑向尺寸和效率的影響,再綜合表1和表4之后確定。
正確確定了離心風機葉輪葉片出口角β2A將為葉輪其它主要幾何尺寸的確定奠定了堅實的基礎,從而對整臺離心風機的性能起著關鍵的作用。

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