离心风机1研究课件.ppt

离心式通风机,第一部分离心式通风机的性能参数,第一节 离心式通风机的性能参数,一、风量 通风机每单位时间内所排送的空气体积，称为风量Q，又称送风量或流量，其单位为米3/秒或米3/时，工程上常用单位是米3/时。,风机所产生的风量与风机叶轮直径、转速、叶片形式等有关，其三者之间的相互关系要用下式表示：,米3/秒 或：,米3/时,式中： Q通风机的风量； D2通风机叶轮的外径，米； V2叶轮外周的圆周速度，米/秒,流量系数，与风机型号有关。,风机的风量一般用实验方法测得。风量的大小与通风机的尺寸和转速成正比。 在管道系统中，风量可以通过闸门或改变通风机的转速来调节。,第一节离心式通风机的性能参数,二、风压 通风机的出口气流全压与进口气流全压之差称为风机的风压H，其单位为毫米水柱。风机所产生的风压与风机的叶轮直径、转速、空气密度及叶片形式有关，其关系可用下式表示：,H=Hv22 或：,H=0.000334HD22n2,式中： H通风机全压，毫米水柱； 空气的密度，千克秒2/米4；当大气压强在760毫米汞柱，气温为20，=1.2千克/米2； v2叶轮外周的圆周速度，米/秒； H全压系数，根据实验确定，一般如下：,后向式：H=0.40.6；径向式：H=0.60.8；前向式：H=0.81.1； D2风机叶轮的外径，米； n风机的转速，转/分。,第一节离心式通风机的性能参数,二、风压,风机的风压与转速的平方成正比，适当提高转速就能增大风压。在管道系统中，风压也可用调节闸门来改变。通风机铭牌上的风压是用空气测定的，其“标准条件”为压力pa=101.3kPa，温度20C，此时空气密度0=1.2kg/m3。如果操作条件与“标准条件”不同，则操作条件下的风压pt可用下式换算, 选择风机时以 为准,第一节离心式通风机的性能参数,三、功率 单位时间内所消耗的能量称为功率N，功率的单位用千瓦来表示。通风机的有效功率（Ny千瓦）即：,式中： Q通风机输送的风量，米3/秒； H通风机产生的风压，毫米水柱； 102千瓦与千克米/秒之间的换算关系系数，1千瓦=102千克米/秒。,第一节离心式通风机的性能参数,轴功率N与有交效功率NY之间的关系如下：,式中： 通风机效率，%。 N轴功率，千瓦 当通风机的转速一定时，它的轴功率随着风量的改变而改变，一般离心式通风机的轴功率随着风量的增加而增加。,三、功率,第一节离心式通风机的性能参数,四、效率 通风机的有效功率与轴功率之比为通风机的效率，即：,通风机的有效功率反映了通风机工作的经济性。 后向叶片风机的效率一般在0.80.9之间，前向叶片风机的效率在0.60.65之间。 同一台风机在一定的转速下，当风量和风压改变时，其效率也随之改变，但其中必有一个最高效率点，最高效率时的风量和风压称为最佳工况。 通风机在管道系统中工作时，它的风量与风压应尽可能等于或接近最佳式况时的风量和风压，应注意使其实际运转效率不低于最高效率的90 %。,第一节离心式通风机的性能参数,五、通风机的性能曲线 通风机的性能曲线一般有HQ曲线，NQ曲线，Q曲线三种，这三种曲线常画在同一图上，统称为风机的特性曲线。根据特性曲线，已知Q米3/时，H毫米水柱，N千瓦，（%）中的任何一值即可求得其它各值。,第一节离心式通风机的性能参数,有的风机样本中风机中不列出特性曲线，而只列出选择风机的数字表格，性能表中每一种转速按流量、风压等分为八个性能点。,表中所列出各性能点的最高效率，均在风机最高效率的0.8-0.9范围内。,五、通风机的性能曲线,第一节离心式通风机的性能参数,六、转速 通风机的转速n可用转速表直接测量，其数值用每分钟多少转（转/分）来表示。小型风机的转速一般较高，往往与电动机直接相连。大型风机的转速较低,当改变风机转速时，风机的特性参数；特性曲线也随之改变，亦即，风机在每一转速下都有其相应的特性曲线。在转速变化小于20%时，也可近似认为叶轮出口的速度三角形、效率等基本不变。,第一节离心式通风机的性能参数,当转速改变时，风机的特性参数Q，H，N的变化可按下式计算：,以上可见，如果通风机的转速由n改变为n时，风机的风量变化与,的一次方成正比，功率变化与,所以在增加风机转速时，必须重新计算所需功率，注意原来配备的电机是否会过载。,的三次方成正比。,必须指出: 通风机的几个性能参数不是固定不变的，它们之间都有一定的内在联系。当通风机在管网中工作时，这些参数又受到网路特性的影响，所以要选择好，使用好一台通风机，不但要熟悉通风机的性能，还要了解网路特性以及它们之间的关系。,六、转速,第一节离心式通风机的性能参数,七、流体物性对特性曲线的影响,（1）流体密度的影响,对于通风机，风压和轴功率都和密度有关，因为，所以,第一节离心式通风机的性能参数,2.叶轮尺寸对离心泵特性曲线的影响,叶轮外径的影响,第二节 离心风机的工作原理,（离心式风机的分类1 、 风机按风压（相对压力）H的大小，可分为： 2 、 高压离心风机P=294014700N/m2 （H=3001500毫米水柱） 3 、中压离心风机 P=9802940N/m2 （H=100300毫米水柱） 4 、 低压离心风机P 980N/m2 （H100毫米汞柱）； 5、 高压轴流风机P=4904900N/m2 （H=50500毫米水柱） 6 、 低压轴流风机P490N/m2,离心风机的称号,我国风机行业近年来对离心风机的习惯称号。全称包括名称、型号、机号、传动方式、旋转方向和出气口位置等六部分由一组数字表示其组成。现以排尘离心风机47211No.8C右90为例，说明如下： C 4 72 1 1 No.8 C 右 90 C 、风机用途为排尘（一般可省略不写） 4 、风机在最高效率点时的全压系数乘10后的化整数 -72 、风机在最高效率点时的比转数（ns） -1 、 进口为单吸入 1 、设计顺序，1表示第一次 No.8 、风机机号，即叶轮直径D2=800mm C 、风机传动方式（共有AF六种） 右、 旋转方向（从原动机侧看） 90 、出风口位置与水平线夹角,第二节 离心风机的工作原理,一、离心风机的工作过程 离心风机主要由叶轮、进风口及蜗壳等组成（图142）。叶轮转动时，叶道（叶片构成的流道）内的空气，受离心力作用而向外运动，在叶轮中央产生真空度，因而从进风口轴向吸入空气（速度为c0）。吸入的空气在叶轮入口处折转90后，进入叶道（速度为c1），在叶片作用下获得动能和压能。从叶道甩出的气流进入蜗壳，经集中、导流后，从出风口排出,图14-2 离心通风机内气体流动方向1.出风口 2.蜗壳 3.叶轮 4.扩压管 5.进风口 6.进气室,叶轮的工作原理,（一）速度三角形 空气在叶道上任一点处，有绝对速度c，它是气流与叶轮的相对速度与牵连速度的向量和（图143a）。绝对速度c与牵连速度的夹角以表示。相对速度与牵连速度的反方向的夹角以表示。通常只画出叶片入口及出口的速度三角形，并以1点表示叶轮入口；2点表示叶轮出口（图143b、c）。,图3 速度分析及速度三角形.气流在叶道内的速度分析 b.进口气流速度三角形c. 出口气流速度三角形,（二）基本方程欧拉方程,为便于计算，作假设如下： 1、气体为理想气体，流动中没有任何能量损失，故驱动风机的功全部转化为气流的能量。 2、叶轮叶片数无限多、叶片无限薄。所以气体在叶道内的流线与叶片形状一致，气流相对速度2的出口角2与叶片出口安装角2A一致。 3、气流是稳定流，其流动不随时间而变化。当风机流量为Q（m3/s）、压力为PT N/m2 时（PT 叶片数无限多时的理论压力），气流则得到的能量为 N=Q PT （Nm/s）如风机轴上阻力矩为 M（Nm）、角速度为（1/s），）则驱动风机的功为 N=M （Nm/s） 根据假设1，驱动风机的功全部转换为气流的能量，则,.,根据动量矩定律，单位时间内，叶轮中气流对风机的动量矩的变化，等于外力对此轴线的力矩和。由图1可知，叶道内气体abcd经时间t后，移动到efgh。根据假设3，气流为稳定流，截面abgh内气体动量矩不变。因而在t时间内，气体动量矩的变化为面积abfe与dcgh动量矩之差，而面积abfe与dcgh内体质量相等，并等于每秒钟流过叶轮气体质量乘以时间t，即 m=Qt叶轮入口及出口处的动量矩M1及M2分别为,.,单位时间内动量矩的变化为力矩M 或所以 上式为离心通过风机的基本方程，又叫欧拉方程。因略去了全部损失，所以PT称为无穷多叶片时的理论全压。在上式中，C1u是叶轮进口处气流绝对速度C1在圆周方向的速度分量。由于叶轮入口处具有切线速度u1 ，按速度场作用规律，气流在进入叶轮时应该存在切向分速。但是空气的粘性很小，在没有导流器时，可以认为气流是径向进入叶轮的，即在叶轮入口处，1=90，C1=C1r，C1u=0。代入欧拉方程，可得： PT=u2C2u,图14-4 轴向涡流的产生原因及其c2u的影响,（三）轴向涡流,实际上风机的叶片数是有限的，相邻两叶片所形成的叶道占有一定的空间。当叶轮旋转时，叶道空间随叶片一起转动；而叶道内的气体，由于自身粘性小，又有惯性，它就有保持其本身方向不变的趋势。由图144可见，当叶轮旋转时，叶道内的气体与叶道空间具有相对回转，转向与叶轮放置方向相反，这就是轴向涡流。轴向涡流使气流出口角2与叶片安装角2A不等且22A ，所以，在叶片数有限时，有： C2u=u2C2rctg2C2u 即 PTPT 或 PT=PT 式中 称为环流系数或压力减少系数。可见，当叶片数有限时，因C2uC2u，故理论压力相应减少。,三、离心风机的功耗及效率,1、有效功率Ne 有效功是指气流通过风机时从叶轮取得的能量。单位容积流量通过风机后增加的能量为全压P（N/m2），若流量为Q，则风机的有效功率即输出功率为 2、轴功率N 轴功率就是风机轴上的输入功率。若风机的全压效率为则： 3、电机功率Nm K电机容量储备系数，其值可按表142选取。 式中 m风机传动效率,表142 电动机容量储备系数,风机轴功率N（kW） 5 电机容量储备系数 K 1.2 1.15,四、离心风机的性能曲线,风机的基本性能参数为流量Q、风压P、轴功率N及效率。这些性能参数均受风机转速的影响。当风机转速一定时，风压、功率及效率与流量之关系曲线，称为离心通风机的性能曲线。（一） 理论性能曲线 在绘制理论性能曲线时，不考虑能量损失。当叶片无限多时，风机的理论压力为PT。由图143c可知： C2u=u2C2rctg2代入 PT=u2C2u式得： 因为 Q=D2b2C2r所以,式中 D2叶轮外径 b2叶轮外径处叶片宽度在叶片无限多时，气流出口角2 等于叶片安装角2A 。一台风机若转速不变，则u2、D2、b2、2A均为常数，则有： PT=ABQ图14-5 风机的理论性能曲线（PT-Q）图14-6 风机的理论性能曲线（N-Q）因A、B为常数，所以PT与Q 成线性关系。对前向叶片，2A90，ctgB20，B为负,值，故PT因Q的增加而增加（图）；径向叶片2A=90，ctgB2=0，B=0；后向叶片，2A0，B为正值，故PT因Q的增加而减少。图14-7 有限叶片数对理论性能曲线(P-Q线)的影响n=常数；90因假定无能量损失，所以风机轴功率N与压力和流量之乘积成正比因而可得三种叶片的功率消耗与流量的关系曲线 （图）。由图可见，前向叶片在流量增大时，功耗剧增，而后向叶片在流量增加时，功耗增长较缓。 在叶片数有限时，风机理论压力将减少。对一定的叶轮，可近似地认为环流系数为常数，则风机的理论性能曲线 （PTQ）将变为另一条直线（PTQ）。图147是后向叶片的理论性能曲线（PQ线）的变化示意图。,图14-7 有限叶片数对理论性能曲线(P-Q线)的影响n=常数；90,（一） 图 实际性能曲线(P-Q)后向叶片，n=常数实际性能曲线 实际上风机有能量损失，如果只考虑流动损失，则在给定转速下的实际性能曲线（PQ）如图148所示。由于未考虑泄漏损失及轮阻损失，它与实际情况有一定出入。图离心通风机的性能曲线a.前向叶片风机 b.后向叶片风机 目前还不能用计算的方法绘制实际性能曲线。所以离心风机的性能曲线者是根据试验数据绘制的。由风机试验可测出各工况点的流量Q、全压P及轴功率N并算得效率 。以流量Q为横坐标所得 PQ、NQ、Q等关系曲线即为风机的实际性能曲线（图149）。,图14-8 实际性能曲线(P-Q)后向叶片，n=常数,图14-9 离心通风机的性能曲线a.前向叶片风机 b.后向叶片风机,五、叶片形状,风机叶片形状可分为直叶片和曲叶片；按叶片出口安装角可分为前向（2A90），径向（2A=90）及后向（2A90）叶片三类，对应的风机叶轮称为前向、径向和后向叶轮。常用的叶轮形式如图1410所示。,图14-10 常用叶轮形式a.前向叶片 b.多叶式前向叶片 c.径向曲叶片 d.径向直叶片 e.后向曲叶片 f.后向直叶片,（一）叶片形状对风机性能的影响 叶片形状影响出口安装角2A的大小，因而也影响在叶轮出口处气流绝对速度C2 的大小（图1411）。C2不同，则风机性能也有较大差异。,图11 叶片出口角2A对叶轮出口速度C2的影响(D2、 n、u2相等)a.前向叶片(2A90) b.径向叶片(2A=90) c.后向叶片(2A90)1、由式PT=u2C2u可知，C2u愈大，则风机的压力愈高。由图1411可见，在叶轮直径相同、转速相同、流量相等时，前向叶轮风机压力最高，径向次之，而后向最低。,图14-11 叶片出口角2A对叶轮出口速度C2的影响(D2、 n、u2相等)a.前向叶片(2A90) b.径向叶片(2A=90) c.后向叶片(2A90),2、随流量的增加，前向叶轮风机功耗剧增，有超载的可能，称为过载风 机，后向叶轮则有功率不易过载的优点。3、因C2大，前向叶轮出口处气流动压大，但风机出风口处气流动压较小，所以叶轮出口动压中的一部分将在蜗壳中通过扩压转化为静压，扩压损失大，而后向叶轮扩压损失小。另外前向叶轮叶道短、断面变化大，其叶道内的流动损失也大于后向叶轮，故后向叶轮效率高，前向叶轮效率低，径向叶轮则在两者之间。 4、前向叶轮噪声较大。 5、从工艺观点看，直叶片制作简单，但径向直叶片冲击损失大、效率低。 （一） 各种叶轮的应用 1、后向叶片风机效率高、噪声小、流量增大时动力机不易超载，因而在各种大、中型风机中得到广泛应用。它的缺点是在相同的风量、风压时，需要较大的叶轮直径或转速，另外叶片容易积尘，不适于作排尘风机。在农业机械上它用烘干、输送等固定作业或用作中、低压风机。,2、前向叶片风机效率较低、噪声大，但在相同风压、风量时，风机尺寸小，转速低。因而它用于高压通风机（P=78509810Pa）以及要求风机尺寸小的场合。在移动式农业机械中由于要求风机的尺寸较小，因此常采用前向叶片的中、高压风机。 3、多叶式离心通风机都用前向叶片，它的特点是轮径比（D1/D2）大、叶片数多，叶片相对宽度较大，因而用较小的尺寸可得较大的压力和流量，且噪声较低，但效率也低。农业机械中的一些小型风机如小型植保机械上，常采用多叶式风机。 4、径向直叶片风机的压头损失大，效率低，但形状简单、制作方便。当风机效率不作为主要考核指标时，它常被用作低压风机。另外，后向直叶片风机效率较径向直叶片风机高，制造也比较简单，适用于动压低、静压与动压比值较高的场合，一般用于中、低压风机，应用较多。,离心叶轮的进口角直接影响风机的风量，出口角会影响风机的压力，从现有的风机资料看出口角在40度左右效率较高，如风机转速和直径没定的话可尽量把出口角定在40度附近。设计时有两个参数选取比较重要，一个是叶叶片的进口、出口处直径比d1/d2，另一个是c2r/u2，都会影响风机的性能好坏，设计时可以参照一下现有性能优秀的叶轮。是的，c1r/u1也重要的，定了d1/d2和c2r/u2，进出口气流角度是可以计算了，进口角当然是尽量减少气流的冲击损失为佳一般进口角设计1等于A1即冲角为0是最佳的但有时为了保证风机的风量，把进口安装角增加2-3度,风机叶轮的设计通常很复杂，一般老说他们在设计中的时候根据主要参数，通过模板来进行设计。先做可调安装角的叶轮进行试验，试验合格后，再把叶片的各项参数定下来。空气动力学的大多教程和材料里面没有讲风机设计.翼形的设计是有的,但是飞机用的翼形和风机的翼形区别很大.用计算流体力学来处理这个问题近年比较流行,但是坐的也不多.毕竟在高度湍流的流动状态下,和弯曲复杂的流动区域里,算出来的结果也是很难保证可靠.再者就是内部空间复杂要划分网只能用非结构网格,对机器的要求又提高了.gambit里面带的Turbo的工具用起来 方便具体那样划分网格 对模型的近似度如何,尚难确定。,二、基本参数的测定方法绘制风机的空气特性曲线的基本参数为流量、压力、功耗及效率等。其测定及计算方法如下。（一）流量1、用集流器测流量 集流器有圆弧形和锥形两种型式（图14-28）。器壁上有孔，可用来测定静压，如果没有损失，则在j-j截面上（图14-27a）动压与静压相等；如考虑损失，则可引入一流量系数 ，因而可算得风筒内气流速度V流量Q,式中 F风筒在j-j截面处的面积 Psj在j-j截面处测得的静压(N/m2)，通常在j-j截面的风筒上，按四等分开四孔，分别测出静压，然后取平均值即Psj 流量系数，对圆弧形集流器，=0.99；锥形集流器=0.982、用皮托管测定流量 皮托管结构如图14-29所示。用皮托管可测定管内某一点的动压力Pd (图14-30），因而可算出该点的气流速度。 为了测出平均流速，可将管道断面分为面积相等的若干个小块，分别测出每一小面积的中心的动压力Pdi，算出其速度Vi 及平均速度Vp，再求得流量Q。 （m/s）,式中 F管道面积（m2 ） D圆形管道直径（m） 矩形管道一般可分为16个或更多的小矩形面积（图14-31a），圆形管道一般可分为五个等面积圆环，依管道直径的大小在每一圆环测定2点或4点（图14-31b）。各测定点直径分别为D1=0.316D，D2=0.548D，D3=0.707D，D4=0.837D，D5=0.949D,图14-29 皮托管,（二）压力 在风筒壁上开孔接上压力计，可测定此断面的静压（图14-27），也可用皮托管接入压力计测定某一断面的动压或静压，常用V形管压力计或微压计。测定结果须经换算才能得到风机全压P、静压Ps 及动压Pd 。换算方式在各种试验装置上不同。 1、动压Pd 风机动压Pd为风机出口断面CC的动压，如已知流量为Q，则 （ 1）进气试验装置 因为进风管内的动压是由静压的降低转换而来的，所以风机静压为出口断面CC的静压PSC和风机进口断面BB的全压Pb 之差，而Pb为II 断面的全压减去由II 断面到BB断面的压力损失P1-b 。因为没有出风管道，所以Psc =0，则： PS =PSC Pb (Ps1 Pd1 P1-b ),式中，Ps1 为真空度，Ps1 =Psl；又P1-b 包括进气整流栅损失及管道摩擦损失，可取Pb =0.15Pd1，因为Pd1 =2 Psj ，所以风机静压力为 Ps=Ps10.852Psj将测得的Ps1 及Psj代入，即可算出风机静压Ps。（2）排气试验装置 风机静压等于断面的全压（PsPd）加上断面CC断面到断面的压力损失，再减去CC断面的动压d ，即： PS = PS+Pd2 +Pc-2d 在图1427 b的试验装置中，Pc-2 =0.15Pd2，所以： PS=PS2+1.15Pd2Pd,将测得的结果代入，可算得风机静压力。如风机出口断面与风筒断面积相等，则： PS=PS2+0.15Pd2 3、风机全压P P=PS+Pd 4、压力系数（三）功率 用扭矩测功法或电力测功法可测出风机的轴功率N。将此轴功率减去风机轴承摩擦功耗，则是风机的水力功率Nn。水力功率是指风机叶轮对气体作用所消耗的功率。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,