风机设计方法

作者：石家庄风机　　　　　日期：2014-9-19　　　　　浏览：2082　　　　　

本文拟通过降低风机转速的方法来降低风机进出口噪声.为了保证风机全压能满足无叶风扇的性能需求,同时达到降低风机转速的目的,本章将设计一款无叶风扇用低速两级风机,以代替传统风扇中的髙速单级风机.

 

 

透平机械叶轮旋转时与流体相互作用,将机械能转变成流体能量。透平压缩机就是透平机械的一种,它是用来提髙气体压力,并输送气体的机械,有时也通称为风机。透平压缩机若按气体流动方向分类,可分为以下三种【67]:

轴流压缩机:气体在压缩机内的流动方向大致平行于压缩机旋转轴;

离心压缩机:气体的流向大致与旋转轴相垂直;

潘流压缩机:气体流动方向与旋转轴成某一夹角。

透平压缩机若按气体压力提髙的程度分类,可以分为风扇、通风机、鼓风机与压缩机四种。

风扇:这种风机无外壳,也称自由风机,其提髙的压力很小,在标准状况下,其出口全压值低于100 Pa (全压)。日常所见的家用风扇就属于这类风机。

通风机:在标准状况下,其出口全压值不大于15000 Pa (表压)的风机。

鼓风机:在标准状况下,其出口全压值介于15000 Pa-250000 Pa (表压)的风机。

压缩机:升压大于250000 Pa,或压气比大于3.5的风机。压缩机的压缩比是压缩机出口与进口气体压力之比。

 

 

本文要设计的风机属于混流式,全压不超过1000 Pa,比传统风扇全压要大,相当于全压较低的通风机;由于风压较低,内部流动马赫数很低,认为气体不可压缩且枯性系数为常数。另外由于目前还没有成熟的微型风机的设计方法,所以本文在无叶风扇用微型风机的设计中参考了大型泵和风机的设计方法[68]。

在风机(系)设计方法中,相似换算法简单可靠,应用广泛。其做法是选一台与要设计风机(泵)相似的风机(系),对过流部分的全部尺寸放大或缩小。

 

以系的相似换算为例,具体步骤如下:

1)择模型泵,模型系的要求是:

a)模型系的ns与设计系的1?相等或相近;

b)模型系的效率高,特性曲线符合要求;

C)模型泵的技术资料要齐全;

    通常,在相似设计中认为模型泵和实型系的效率相等,实际上由于大泵和小泵流道的相对粗糙度、相对间隙和叶片相对厚度等不同,大果的水力效率、容积效率较小栗髙。鉴于本文相似风机尺寸相差较小,所以不考虑尺寸效应的修正。

 

把模型系过流部分的各种尺寸乘以尺寸系数;I,则得到设计泵过流部分相应的尺寸,设计泵的叶片角应该等于模型泵的相应角度,3.1.2导叶设计方法流出叶轮的液体,绝对速度值很大,且具有很大的旋转分量,因此通常在叶轮后面加导叶,把速度能转换为压力能,同时消除旋转分量169】【70]。导叶形式通常分为径向导叶、流道式导叶、轴向导叶和空间导叶.本文设计的两种风机分别采用了空间导叶和轴向导叶。

 

 

空间导叶又叫导流壳,其结构参数对叶轮机械性能影响很大【71],其设计应考虑以下原则:

1)叶片间流道断面的湿周应尽量小,因而最好是圆形或方形;

2)流道形状变化平滑;

3)各部位的角度应符合流动规律;

4)各种速度变化应均匀;

5)控制喉部速度为一定的值;

6)控制流道的扩散角为一定的值。

空间导叶适应的比转速比较广,因此轴面投影形状差别很大,在确定轴面投影图时,最好选1?接近、性能良好的现有产品的图形为参考。在确定轴面图时,主要参考下列数据:

1)导叶内流线进口直径大致等于或稍大于叶轮后盖板出口直径;

2)导叶外流线进口直径稍大于叶轮出口轮缘直径;

3)导叶轴向长度L,一般为L=(0.5-0.7)D2;

4)导叶叶片数一般不要与叶轮叶片数互成倍数关系;

    考虑到无叶风扇基座进口阻力,要设计的风机全压要稍大于无叶风扇压阻(481 Pa),因此两级风机设计指标定为流量0.0265 mVs时,全压在500 Pa以上。为满足无叶风扇性能需求,新风机中单级风机设计全压应达到250Pa,因此单级风机参数设定为Q=0.0265 m3/s,P=250 Pa。单级风机利用相似设计得到,本文选用传统无叶风扇用混流风机为模型风机,其风机叶片为非均勻布置,结构如图3.4,性能曲线如图3.5,模型风机最高效率点在流量为0.0265 m3/s处,此时全压为491 Pa,效率为70.8%。鉴于控制模块调节功能的限制,电机转速只能为500的整数,所以风机转速设为n=4500r/min.因为两级风机中间过渡区域的损失和二级风机入口预旋作用,必将导致两级风机的全压小于单级石家庄风机风机全压的两倍,所以适当增大转速也是合理的。最终确定单级风机运行参数为:n=4500r/min, Q=0.0265 m^/s.两级风机后置导叶采用轴流式,导叶采用等断面,即导叶轮毅与轮缘面为柱面。混流风机不同于离心风机,其出口边各点半後不同,因此为达到相同全压,半後小处出口液流角大。对应叶轮不同出口角,本文把导叶分成5条流线,根据速度三角形得到5条流线的进口液流角。为了降低二级风机进口预旋,一级导叶出口角釆用90。,表3.2为一级导叶型线结构参数表.研究表明,增多叶片数,缩短导叶长度取得了好的效果,本文设定一级导叶髙度H=33 mm,导叶数为22。由2.5节可知,进口存在较大旋转速度时,无叶风扇性能将大幅下降,因此凤机二级叶轮出口要加后置导叶,减小无叶风扇入口的旋转分量,但导叶出口若按90°设计将增大整体的高度,又知旋转分量小于2.9m/s时,无叶风扇性能基本不变,因此二级导叶出口角设置为60°,高度H=10mm,导叶数为22。