1、吉林大学生物与农业工程学院食品科学与工程课程设计说明书45090407一、引言 (1)二、离心式通风机的结构及原理 (1)2.1、离心风机的基本组成 (1)2.2、离心风机的原理 (2)2.3、离心风机的主要结构参数(2)2.4、离心风机的传动方式(3)三、通风机设计的要求(4)四、设计步骤 (5)4.1 基本设计参数的确定 (5)4.2 风机结构设计 (5)4.2.1、叶轮气动设计(5)4.2.2、确定蜗壳出口截面张开度 A(13)4.2.3、集流器设计(14)全套图纸，加 153893706设计说明书一、 引言本小组设计项目为粉脆系统，成员为牛飞飞，李中原，殷明三位同学。其中本人主要负责系
2、统中所使用通风机的设计。通风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。通风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。通风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。 按叶片出口方向的不同，叶轮分为前向、径向和后向三种型式。前向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转方向倾斜；径向叶轮的叶片顶部是向径向的，又分直叶片式和曲线型叶片；后向叶轮的叶
3、片顶部向叶轮旋转的反向倾斜。前向叶轮产生的压力最大，在流量和转数一定时，所需叶轮直径最小，但效率一般较低；后向叶轮相反，所产生的压力最小，所需叶轮直径最大，而效率一般较高；径向叶轮介于两者之间。叶片的型线以直叶片最简单，机翼型叶片最复杂。为了使叶片表面有合适的速度分布，一般采用曲线型叶片，如等厚度圆弧叶片。叶轮通常都有盖盘，以增加叶轮的强度和减少叶片与机壳间的气体泄漏。叶片与盖盘的联接采用焊接或铆接。焊接叶轮的重量较轻，流道光滑。低、中压小型离心通风机的叶轮也有采用铝合金铸造的。轴流式通风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向
4、排出。轴流通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式三种，小型的叶轮直径只有 100 毫米左右，大型的可达 20 米以上。小型低压轴流通风机由叶轮、机壳和集流器等部件组成，通常安装在建筑物的墙壁或天花板上；大型高压轴流通风机由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩散筒和传动部件组成。叶片均匀布置在轮毂上，数目一般为 224。叶片越多，风压越高；叶片安装角一般为 1045，安装角越大，风量和风压越大。轴流式通风机的主要零件大都用钢板焊接或铆接而成。 斜流通风机又称混流通风机，在这类通风机中，气体以与轴线成某一角度的方向进入叶轮，在叶道中获得能量，并沿倾斜方向流出。通风机的叶轮和机壳的形状为圆锥形。这种通风机兼
5、有离心式和轴流式的特点，流量范围和效率均介于两者之间。横流通风机是具有前向多翼叶轮的小型高压离心通风机。气体从转子外缘的一侧进入叶轮，然后穿过叶轮内部从另一侧排出，气体在叶轮内两次受到叶片的力的作用。在相同性能的条件下，它的尺寸小、转速低。与其他类型低速通风机相比，横流通风机具有较高的效率。它的轴向宽度可任意选择，而不影响气体的流动状态，气体在整个转子宽度上仍保持流动均匀。它的出口截面窄而长，适宜于安装在各种扁平形的设备中用来冷却或通风。通风机的性能参数主要有流量、压力、功率，效率和转速。另外，噪声和振动的大小也是通风机的主要技术指标。流量也称风量，以单位时间内流经通风机的气体体积表示；压力也
6、称风压，是指气体在通风机内压力升高值，有静压、动压和全压之分；功率是指通风机的输入功率，即轴功率。通风机有效功率与轴功率之比称为效率。通风机全压效率可达 90。二、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-
7、主轴；6-出气口；7-扩散器2-2.3、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。叶轮外径, 常用 D 表示；叶轮宽度, 常用 b 表示；叶轮出口角,一般用 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, 90(90 160)；后向式叶片弯曲方向与旋转方向相反, 90(20 70)；径向式叶片出口沿径向安装,= 90。2.4、离心风机的传动方式如图所示。三、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 ，叶片数 Z
8、，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）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）选
9、择最大的 值。四、设计步骤4.1 基本设计参数的确定由于本次课程设计内容为粉脆系统设计，系统中所使用风机的基本设计参数可结合整个系统对应工作量所需风量及风压确定。由系统工作总量结合相关资料，可确定出风机总流量及工作全压，本系统中风机流量选择为 2536m/h，全压 PtF=3765Pa，标准进气状态，介质为空气，密度 =1.2/m,等熵指数 k=1.4。4.2 风机结构设计4.2.1、叶轮气动设计（1） ，确定比转速 ns与通风机类型通风机设计流量（m/s）025360.74VQ由于 PtF=3765Pa2500Pa，需考虑气体可压缩性影响，压缩性系数 = =0.987=-1pKk1-(+)k
10、p1.4-(+.132503254767)6初取转速 n=2900r/min，比转速为ns= = =28.33/20345.vptFQ3/40.985. 5查阅资料，根据比转速范围，选择离心式通风机。（2） ，选择叶片出口角 与全压系数2At由于风机全压较高，选择前弯叶片离心式通风机。查阅资料得：前弯叶片出口角 =110150，初选叶片 =126，计算全压系数 2A2At=0.0039 +0.3t=2（0.0039126+0.3）=1.6t（3）叶轮周向速度 u2和出口直径 D2（m/s）23765=.1.tFtpu（m）22606.2=0.419uDn取 ，则.4m（m/s）2.=60746
11、0u22351.1.tFtp参考参考推荐范围： ， ；所选 ，=.68t:2=0135A:=1.7t适合。2=16A（4）确定叶轮进口直径 和叶片进口直径0D1D前向叶轮应充分考虑各项损失，按以下公式计算： 2i 0630 2+=3.25(1-d)rimpvi Qn根据损失系数取值表，轴向自由进气，选择进气装置损失系数 ，拐i=0弯处损失系数 ，叶道损失系数 。0.2r0.4imp对于前向叶轮，叶轮进口速度的变化系数 （叶道入口前子午速度与叶轮入口轴向速度之比）应取较大值，选取 ；采用锥弧形集流器，叶轮入.65口截面气流充满系数 ；取容积效率 ；叶轮入口为无阻碍结构0=1=093v形式，故轮毂
12、比 。代入上式，得d（m）2630.2+.65.74D=3.5 .250490确定 。取 ，且 ， 。.m1=D.max=.16inD=0.184（5）确定 b1与进口叶片角 A（m/s）11290.=3.7606nDu自由进气 ，取叶道入口截面气流充满系数d10.9（m）2001(-)12=.84564.65.9b进入叶道前的子午速度（m/s）01m1.741.6.90280.3vQcDb选择冲角 ，估算进口叶片角i取1115.6=artn+=arctn+9=.37Aiu 1=8A（6）确定叶片数 z估算叶片数： 21sisin26=8.5=8.5=3.70.-4AD由于一般前弯叶片叶轮叶片
13、数 ，则确定叶片数 。z:z16（7）确定叶片出口宽度 2b1122=cmbDk取 ， ，则0.64.9（m）取28501=.6b2=0.6b（8）验算全压 tFp，有限叶片数理论全压 ： 1 th叶片无穷多时，根据欧拉方程式计算通风机理论全压222(1cot)mth Apu其中 （m/s）220.749.356vmQcbD则 （Pa）29.351.60.74(1cot126)8.4074thp按 B.Eck 公式计算滑移系数 2 212 0.7. 1.6.5.59091 0.6-()-() 4ADz考虑有限叶片数影响，理论全压为（Pa）0.87458.53.7ththp泄漏量 与容积效率 2
14、 fQ:v集流器与前盘间隙 ，间隙边沿系数 ，估算泄漏量：.2rm0.1/ 1/212 .7()0746.()0.5693 3tfrDu:（m/s）考虑泄漏量后的理论流量（m/s）.74.5690.1thvfQ:则容积效率 与初设值 相近。.2.vvthQ 0.93v叶道入口及出口速度 3（m/s）th1m10.761= =15.76.2845.9cDb 叶片厚度 ，计算阻塞系数：m1110.25sinsin38=-=-=.90.6ADz 220.25sinsin161-=-=.9.4ADz叶道入口后速度（m/s）1m5.7=.809c（m/s）1.2.5sini3A叶道出口前速度（m/s）t
15、h220.761=1.5.49.mQcDb（m/s）2215.28sinsi6A叶道出口后速度（m/s）2m2=0.91.5=1.0c （m/s）2u-cot6.74-.cot26=8.0A （m/s ）22.789c（m/s）22=+1.0+5.=mu估算流动损失： 4估算风机的总流动损失，即 +hfrsimpvp查阅资料选择各项阻力系数，计算各项流动损失，取 =0.15,.2,=0.15rimpv（Pa）2176=9.8rc（Pa）2 21.=0.8.5=97.8impi（Pa）2v6.4c额定工况下，冲击损失 =0sp则总流动损失为 29.8+7.2.=09.8hf验算全压： 5实际全压
16、 （Pa）th=-=453.-.43.tFfpp计算结果合适。tF0-38.9-761%10%=2.96tt通风机流动效率 。tFht43.=.257p（9）计算风机功率取 ，伦阻损失：=0.85（KW）32332-610=8560.74.10=.37dfpuD:内部功率：（KW）.9.=+.+.51010250tFhidfvQN取摩擦效率 ，则风机轴功率 （KW）9%m3.=.9ismN取安全系数 K=1.15，所需电动机功率 （KW）1.5.4.13sK(10)确定叶轮前盘型线令气流子午速度 由叶道入口 m/s 线性变化至叶道出口mc18.mcm/s；忽略叶片厚度影响，可以近似认为 线性变
17、换至叶道出21.9mc mc口 ，由下式确定叶轮宽度，即thmQbDc取 ，将 之间均分为十等份，计算结果列于下表：0.912R:R 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20mc15.7614.8714.83 14.3613.9013.4312.96 12.50 12.03 11.57 11.10b 0.08450.07910.07480.07130.06840.06610.06420.06260.06150.06060.0600由上表 b 与 R 的关系，可绘出叶轮子午截面前盘型线。（11）叶片型线确定前向叶轮气流平均相对速
18、度 由叶道入口至出口的变化规律为先减速、后增速，推荐拐点处折算半径 。取 ，则平均90.50.7:90.6R相对速度 拐点处半径121().6(.2.1)1RR即 时， ， 。0.6mc90A根据减速初始段快速减速的原则，绘出截面上平均相对速度 及子午速度 变化曲线（其中 按线性减速）mcm叶轮叶道 与 沿半径方向分布曲线mc根据上图，按下面步骤绘制叶片型线。将 分成 10 等份，得到 11 个点；由上图读出每个分点 出对应的 1 R iR与 值。mc根据公式 计算各分点处叶片角 2carsinimi iiA取径向步长 ,计算叶片中心角增量 ，进而计算出 3 0.1Ri:各分点的中心角 i1
19、119( )tantani iii iRR :将上述计算结果列于下表，根据 ，取点后光滑连接各点，得到 4 叶片曲线。 Rmc:0.100.110.120.130.140.150.160.170.180.190.2018.1117.4716.8216.1815.5314.8914.2513.6012.9612.3111.9229.4024.8921.1618.3516.2114.7113.9614.0515.0417.1620.8738.0244.3253.3461.3869.1776.8790.00107.47120.95134.11145.016.334.442.981.981.220.4
20、5-0.53-1.49-2.42-3.51_6.3310.7713.7515.7416.9617.4016.8715.3912.979.47-4.2.2、确定蜗壳出口截面张开度 A（1）计算蜗壳宽度 B 2(.3.)(1.32.)0.6.780.132Bb m:取 B=0.114m(2)计算蜗壳出口截面张开度 A（m）20.74.15.9nuQAc则基变长度 a 为 （m ）0.12.34A按等基圆绘制蜗壳型线，叶轮外径 ，蜗壳型线半径分别为2.R（m）23.50.35aR（m）7ba（m）2124c（m）0515dR由此即可绘制蜗壳内壁线。由于蜗壳材料一般为锻造用薄钢板，取蜗壳厚度 ，以蜗壳
21、0.6m内壁线为基础即可绘制蜗壳外壁线。（3）确定蜗舌尺寸对于前向叶轮，估算蜗舌间隙 t2(0.7.15)(0.7.15)0.4.280.6t D:由于通风机压力较高，取 4tm估算蜗舌顶端圆弧角 r2(0.3.6)(0.3.6)0.4.120.4rDm:取 154.2.3、集流器设计采用锥弧形集流器。主体为锥形，取当量收缩角 ，喉部为圆弧形。60集流器的入口端必须与轮盖入口紧密配合，取间隙为 2mm。集流器喉部直径取176mm,略小于叶轮入口直径 200mm,为了保持叶轮入口流动状况良好，集流器末端的型线与轮盖入口段的型线一致。集流器喉部圆弧半径取 31，与轮盖入口相差不大。集流器扩压段不宜过长，取 90mm.
