机械毕业设计（论文）-外转子离心风机的设计.doc

本科毕业设计说明书南京林业大学本科毕业设计题 目：DGF3.55A外转子离心风机的设计学 院： 南 方 学 院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： N090301109 学生姓名： 指导教师： 蒋 雪 松 职 称： 讲 师 二0一三年五月南 京 林 业 大 学2013届本科毕业设计(论文)材料目录 学院班级学号学生姓名成绩指导教师姓名导师团成员姓名机电院N0903011N000301109姜培华蒋雪松毕业设计(论文)题目DGF3.55A外转子离心风机的设计序材料名称份数备注1毕业设计(论文)正文12毕业设计(论文)任务书13毕业设计图纸194开题报告(含综述或参考文献翻译)15中期检查表16指导教师评阅意见表17同行教师评阅意见表18答辩记录表1毕业设计（论文）电子文档1档案编号备 注摘要当今时代能源紧缺，然而风机又是耗能大户。所以，提高风机的运行效率己成为风机行业不可推卸的责任，也是风机技术发展的必然趋势。由此，本文提出离心式风机个性化设计。所谓离心式风机个性化设计就是针对一个特定用户提出的气动性能参数及使用条件，设计者应设计出一种专用的离心式风机，除了满足用户的使用条件外，还应保证用户需求的性能参数(即正常运行工况)处于风机气动性能曲线的最高效率点，至少应处于高效区域内，以达到最佳节能目的34。外转子离心风机属于风量适中、风压偏高类型，同时外转子离心风机体积小、占用空间小、噪声低、运转平稳、经久耐用。主要适用于吊顶空调、立柜式空调以及净化、通风等场合1。关键字：外转子；离心式；离心式风机AbstractIn modern times, the energy shortage, but the fan is a large energy consumption.Therefore, improving the efficiency of the fans unshirkable responsibility has become a fan industry, is also a air blower technology development inevitable trend.Hence, the personalized design of centrifugal fan is presented.So-called personalized centrifugal fan is designed for a particular users aerodynamic performance parameters and conditions of use, the designer should design a special centrifugal fan, in addition to meet the users use condition, also should guarantee the performance parameters of user requirements (i.e., normal operating conditions) is in the highest efficiency point of the fan aerodynamic performance curve, at least in high efficient area, in order to achieve the best energy-saving purpose34.Outer rotor centrifugal fan belongs to moderate volume, high wind pressure type, and at the same time the outer rotor centrifugal fan is small size, small footprint, low noise, smooth operation, durable. It is mainly suitable for ceiling air conditioning, cabinet air conditioning and cleaning, ventilation, etc1.Key word: Outer rotor；Centrifugal；Centrifugal fan.目录第一章 绪论1 1.1 引言1 1.2 国内外离心风机的研究现状2 1.3 离心风机概述及DGF3.55A外转子离心风机的特点5 1.3.1 离心风机的基本概述5 1.3.2 DGF3.55A外转子离心风机的特点6 1.3.3 外转子电机的概念6 1.4 本文研究的目的和意义7第二章 离心风机的基本原理8 2.1 离心风机的基本结构8 2.1.1 离心风机的基本结构8 2.1.2 离心风机的工作原理9 2.2 离心风机的基本理论特性10 2.2.1 离心风机的特性参数10 2.2.2 离心通风机的基本方程式12 2.2.3 离心通风机的理论特性曲线12 2.2.4 离心风机的损失和效率14第三章 相似设计理论15 3.1 相似理论15 3.1.1 概述15 3.1.2 相似原理15 3.2 通风机的无因此特性曲线16 3.3 通风机的相似设计步骤17 3.4 校核理论18第四章 DGF3.55A外转子离心风机的总体设计19 4.1 相似设计数据分析和计算19 4.1.1 概述19 4.1.2 风机尺寸换算和结构设计20 4.1.3 设计风机空气动力略图22 4.1.4 风机各部分材料的选择23 4.1.5 外转子电机的选择25 4.2 校核计算25 4.2.1 叶轮的强度计算25 4.2.2 铆钉的强度计算26 4.2.3 轴承的寿命26 4.2.4 风机平衡校核27 4.3 离心风机设计时几个重要方案的选择27第五章 性能分析28第六章 DGF3.55A外转子离心风机整体及零件Pro/E图29致谢30参考文献31附录338第一章 绪论1.1引言离心通风机是一种依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，即一种从动的流体机械。离心式通风机广泛用于工厂、矿井、隧道、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。离心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1。叶轮经静平衡或动平衡校正才能保证通风机平稳地转动。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，其又分直叶片式和曲线型叶片；后向叶轮的叶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。图1-1 通风机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33。离心式风机实质是一种变流量恒压装置。当转速一定时，离心式风机的压力-流量理论曲线应是一条直线。由于内部损失，实际特性曲线是弯曲的。离心式风机中所产生的压力受到进气温度或密度变化的较大影响。对一个给定的进气量，最高进气温度(空气密度最低)时产生的压力最低。对于一条给定的压力与流量特性曲线，就有一条功率与流量特性曲线。离心式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7。风机已有悠久的历史。中国在公元前许多年就已制造出简单的木制砻谷风车，它的工作原理与现代离心式风机基本相同。图1-2 通风机1862年，英国的圭贝尔发明离心式风机，其叶轮、机壳为同心圆型，机壳用砖制，木制叶轮采用后向直叶片，效率仅为40%左右，主要用于矿山通风。1880年，人们设计出用于矿井排送风的蜗形机壳，以及后向弯曲叶片的离心式风机，其结构已算是比较完善了。1892年法国研制成横流风机。1898年，爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心式风机，并为各国广泛采用。19世纪，轴流风机已应用于矿井通风和冶金工业的鼓风，但其压力仅为100300帕，效率仅为1525%，直到二十世纪40年代以后才得到较快的发展。1935年，德国首先采用轴流风机为锅炉通风和引风。1948年，丹麦制成运行中动叶可调的轴流风机；旋轴流风机、子午加速轴流风机、斜流风机以及横流风机。2002年，中国的防爆离心式风机，在化工、石油、机械等领域广泛采用4。随着离心式风机的应用范围越来越广，各种不足和问题也都开始逐一被发现并改进。但是单一的发现问题后再改进已经无法满足市场快速发展的需求。离心式风机的发展必须以满足市场需求为前提，加以创新，研发出新式的离心式风机，如此才能推动市场的发展。离心式风机是一台构造复杂的设备，主要有进风口、风阀、叶轮、电机、出风口等组成。在不同的状态下，离心式风机的用途也不相同。因此，不同的部分运行状况不同时，离心式风机的效果会受到影响6。1.2 国内外离心风机的研究现状离心风机是工业生产不可或缺的通用机械之一，并且对日常生活也起着至关重要的作用，且离心风机行业规模约占整个风机行业的一半左右。我国的离心式风机设计起步较早，从20世纪50年代开始，起初主要是消化吸收国外的先进风机设计制造技术，生产一般离心风机；20世纪60、70年代，我国开始独立进行风机设计，设计生产的风机共11个系列，包括109种规格，其中很大一部分作为节能高效产品得到国家大力扶持、推广；20世纪80、90年代，我国离心风机工业发生了巨大变化，不断地积累风机生产的经验，不断地消化国外技术，使风机行业不断发展壮大，一批风机生产企业得到巨大发展，为能源、化工、纺织以及环保等重要行业的生产提供离心风机。如今已经基本上能够设计生产与重大装备相匹配的风机。从2000年开始，我国不断加快工业化进程，给离心风机行业的快速发展创造了机会，2000年2007年该行业收入总额以年增长率20%左右持续增长，离心风机销售市场规模在2007年达到大约230亿元3。图1-3 风机部件虽然我国的离心风机行业获得了巨大的发展，但与国外的先进企业技术相比，仍然存在着较大的差距，主要表现在以下几个方面：1）我们国内的绝大多数风机企业只生产中、小型风机，设计生产大型设备用风机的能力较弱，无法与国外公司竞争。2）中、小型离心风机产品普遍存在的不足是外观质量不好，产品表面处理工艺与国外有较大差距，很难进入国际市场。3）设计的离心式通风机，由于过分提高风机运行效率，使产品不容易加工制造，增加生产成本。4）部分离心风机基本系列不全，技术水平比较落后，效率较低，噪声较高。5）制造工艺上存在较大差距，国外已经使用了钎焊、开槽焊等先进工艺制造叶轮，而在国内还没有采用这些工艺。在叶轮焊接方面，国外采用焊接质量更好的数控自动焊接工艺，而国内还是普遍使用手工弧焊的落后工艺。随着工业技术的不断进步，为满足相关行业对配套离心风机的需求，国内外离心风机技术将朝以下几个方面发展：1）大型化。其容量还会进一步的增大。随着能源、化工和矿工等行业生成设备的不断增大，与其相配套的风机的容量也必须增大。2）高效化。进一步完善三元流动理论，将三元流动理论应用到离心风机的叶轮设计中，提高离心风机的性能。通过增大离心风机的节能范围，可以提高离心风机在其负荷不断变化的情况下的效率。 图1-4 离心通风机3）高速小型化。采用三元流动叶轮的各类风机，不仅提高了效率，而且也增加了风机全压，所以相同条件下，叶轮直径可以减少10%30%，使风机体积减小和重量减轻。在提高转速的同时也可以极大地减小风机尺寸。保证高速旋转的一批技术成果的不断涌现，极大地促进了风机高速小型化的发展。4）低噪声化。工业生产的日常生活中广泛使用的风机产生的噪声严重影响着人们的日常生活。风机大容量化及高速化将会加重噪声问题，降低噪声即成为风机设计中需要重点研究的问题。5）节能化。离心风机的节能潜力很大，开发节能型离心风机产品，并从各个方面考虑降低离心风机的能耗，更有助于降低国家能源的消耗8。国内离心风机厂家主要产品有大型工业鼓风机、通风机、煤气鼓风机、焦炉鼓风机、多级高压离心鼓风机、单级高速离心鼓风机等五十多个系列，四百多种规格的节能离心风机产品，广泛应用于钢铁冶炼、火力发电、新型干法水泥、石油化工、污水处理、余热回收、煤气回收及核电等领域。未来随着我国工业化进程的推进，工业行业正大力开展节能降耗工程，进行产业升级和整合重组，所以工业基础设备需要大量更新，离心风机作为工业的重要配套设备，将更多的应用于电力、水泥、石油、化工、煤炭、矿山和环保等领域，在新的经济发展形势下，将继续保持较快的增长速度。同时国内离心风机企业在如烧结主抽离心风机、污水处理离心风机、焦化循环离心风机等产品研制与开发制造上发展缓慢，与国外竞争显得势单力薄，市场开拓缓慢5。1.3 离心风机概述及DGF3.55A外转子离心风机的特点1.3.1 离心风机的概述风机在工作中，气流由风机轴向进入叶片空间，然后在叶轮的驱动下一方面随叶轮旋转；另一方面在惯性力的作用下提高能量，沿半径方向离开叶轮，靠产生的离心力来做功的风机称为离心式风机。 图1-5 带传动离心式通风机离心式风机是根据动能转换为势能的原理，利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速、改变流向，使动能转换成势能（压力）。在单级离心式风机中，气体从轴向进入叶轮，气体流经叶轮时改变成径向，然后进入扩压器。在扩压器中，气体改变了流动方向造成减速，这种减速作用将动能转换成压力能。压力增高主要发生在叶轮中，其次发生在扩压过程中。在多级离心式风机中，用回流器使气流进入下个叶轮，产生更高的压力。通风机广泛地应用于各个工业部门，是各企业普遍使用的设备，锅炉通风、轻烟除尘、通风冷却都离不开通风机。在电站、矿井以及环保工程通风机更是不可缺少的重要设备，在采暖通风以及特殊用途，如高温通风、防暴通风、强腐蚀条件下通风，由于其用途不同，要求其必须具有相应的结构特点和性能，并且要求高效率、低噪音、大型化和调节自动化，这一切都要求我们对通风机有较高的认识和设计能力，我们以学习的态度来完成本次设计27。通风机的种类繁多，按作用原理可分为容积式、透平式、喷射式。其中容积式有分为往复式（用曲轴连杆机构使活塞在气缸内做往复运动，以减小气体所占的容积，从而使压力上升）、回转式（主要是罗茨式风机）、透平式又分成离心式（气体进入旋转叶片通道，在离心力作用下，气体被压缩并抛向叶轮外）、轴流式（气体轴向进入旋转叶片通道，由于叶片与气体相互作用，气体被压缩并轴向排出）、混流式（气体与主轴成某一角度的方向进入旋转叶道）、横流式（气体横贯旋转叶道而受到叶片作用而升高压力）2。1.3.2 DGF3.55A外转子离心风机的特点 图1-6 外转子离心风机外转子离心风机属于风量适中、风压偏高类型，且风机体积小、占用空间小、噪声低、运转平稳、经久耐用。主要适用于吊顶空调、立柜式空调以及净化、通风等场合。DGF3.55A系列外转子离心风机主要特点：1）效率高于普通外转子风机；2）驱动电机与风机连为一体，无传动损耗，运行成本较其它传动型式经济；3）噪声低于普通外转子风机；4）彻底克服普通外转子风机在大流量时，极易产生振喘的弊病；5）性能曲线较普通外转子风机平坦，风机可用工况范围宽35。1.3.3 外转子电机的概念当电机带动外转子(即外磁钢)总成旋转时,通过磁场的作用磁力线穿过隔离套带动内转子(即内磁钢)总成和叶轮同步旋转,介质完全封闭在静止的隔离套内,从而达到无泄漏抽送介质的目的,解决了机械传动泵的轴封泄漏,是全密封、无泄漏、无污染的新型电机。1.端盖 2.转子 3.定子 4. 机轴 5.轴承图1-6 外转子电机结构图外转子电机的结构特点及装配工艺如下：该电机转子部分采用铝壳整体铸造，把转子叠压片通过铸铝模与外壳浇铸成一体，既保证了转子的强度，其铝外壳又有利于电机的散热；在电机的装配过程中，先把电机机轴通过转子底部的轴套孔压入转子内部，为了保证机轴与转子内腔的同心度和垂直度专门制造了压轴的胎具，确保其同心度在0.05mm以内；然后再把端盖压入嵌线定子，为保证端盖压入后它的上下两个轴承箱与定子外圆的同心度和垂直度，也是制造了专用的压装胎具；在电机的装配过程中，特别是轴承的安装，为了不使轴承的内外圈受偏心力造成轴承损坏，分别制作了轴承压装套。端盖压入嵌线定子后，通过其上下轴承箱内的轴承与转子内的机轴配装在一起，这样电机就装好了10。1.4 本文研究的目的当今时代能源紧缺，而风机是耗能大户。故提高风机的运行效率己成为风机行业不可推卸的责任，也是风机技术发展的必然趋势。由此，提出离心式风机个性化设计。所谓离心式风机个性化设计就是针对一个特定用户提出的气动性能参数及使用条件，设计者应设计出一种专用的离心式风机，除了满足用户的使用条件外，还应保证用户需求的性能参数(即正常运行工况)处于风机气动性能曲线的最高效率点，至少应处于高效区域内，以达到最佳节能目的34。随着离心式风机的应用范围越来越广，各种不足和问题也都开始逐一被发现并改进。但是单一的发现问题后再改进已经无法满足市场快速发展的需求。离心式风机的发展必须以满足市场需求为前提，加以创新，研发出新式的离心式风机才能推动市场的发展。虽然功能各异，但是总体上离心式风机的发展正朝着低能耗、低噪音、高效率的方向发展。然而外转子离心风机属风量适中，风压偏高类型，风机体积小、占用空间小、噪声低、运转平稳、经久耐用。主要适用于吊顶空调、立柜式空调以及净化、通风等场合1。图1-7 DGF3.55系列外转子离心风机第二章 离心风机的基本原理2.1离心风机的基本结构2.1.1 离心风机的基本结构由于本次设计的是离心式通风机，故以介绍离心式为主。离心式通风机的主要部件一般由叶轮、蜗壳、导流器、集流器、进气箱以及扩散器等组成。如图：图2-1 离心通风机 1-叶轮 2-蜗壳 3-集流器（一）叶轮叶轮是风机的主要部件，它的尺寸和形状对风机的通风机性能有着重大影响，其作用是转化能量、产生能量。叶轮分为封闭式和开式两种。封闭式叶轮一般由前盘、后盘、叶片、轮毂等组成。而叶片又有前弯式、径向式、后弯式。根据叶片形状又分为平板型、圆弧形、机翼形等。叶片出口角度不同又可分为前向、径向、后向。（二）蜗壳风机的蜗壳由蜗舌和进风口等组成。其中螺形室是由蜗板和左右两块侧板（钢、塑料板、玻璃钢等为材料）焊接而成，其作用是收集从叶轮甩出的气流，并将高速气流的速度降低，使其静压力增加，以此来克服外界的阻力并将气流送出。螺形室的轮廓线是阿基米德螺旋线或是对数螺旋线，其出口附近的“舌头”结构称为蜗舌，作用是防止部分气流在蜗壳内循环流动。蜗舌有深舌、平舌、线舌三种。蜗舌处流体的流动比较复杂。它的几何形状由蜗舌尖部的圆弧半径r以及距叶轮的距离t决定，对风机性能和噪音影响较大14。（三）导流器导流器又称为进口风量调节器。在风机的集流器之前，一般装置有导流器，运行时通过改变导流器叶片的角度来改变风机性能，扩大工作范围和提高调节的经济性。（四）集流器与进气箱集流器的作用是在损失最小的情况下引导气流均匀地充满叶轮进口。集流器的形状与叶轮入口的间隙大小对风机的性能均有影响。其基本形状有圆筒形、圆锥形和锥弧形等。（五）扩散器扩散器又称为扩压器。因蜗壳出口断面的气流速度很大，所以在蜗壳末端装有扩散器。其作用是降低气流速度，使部分动能转化成为压能，另外蜗壳出口到扩散器出口截面流速分布不均匀并向叶轮旋转方向偏斜。因此，扩散器一般要做成向叶轮一边扩大，其扩散角通常为689。2.1.2 离心风机的工作原理离心式通风机的工作主要依靠离心力完成。气体在离心风机中的流动是轴向的，后转弯垂直于通风机轴的径向，当气体通过旋转叶轮的叶道间，由于叶片的作用气体获得能量，即气体压力提高和动能增加。当气体获得能量足以克服其阻力时则可将气体输送到远处或高处15。离心通风机的理论公式即离心通风机的基本方程式是利用流体力学的动量矩原理推算而得，其表达为： （2-1）离心通风机产生的理论压头、叶轮进出口的圆周速度 、气流质点在叶轮进出口处的绝对速度重力加速度、叶轮进出口处圆周速度与绝对速度的夹角气体的重度气体在离心式通风机内的流动如下图：叶轮安装在蜗壳1内，当叶轮旋转时，气体从进气口轴向吸入，然后气体约转折90度流经叶片构成的流道，而蜗壳将甩出的气体集中，再导流，从风机出口6排出，其原理是：气体在离心式风机中的流动先为轴向，而后转变为垂直于风机的径向运动，当气体通过旋转叶轮叶片流道，由于叶片的作用，气体获得能量，即气体的压力提高和动能增加11。 1-蜗壳 2-叶轮 3-轮毂 4-主轴 5-集风器6-蜗壳出口 7-轴箱 8-机架 9-联轴器图2-2 气体流动状态示意图2.2 离心风机的基本理论特性2.2.1 离心风机的特性参数（一）通风机进口标准状况它是指通风机进口处空气的压力为一个大气压。温度为20 ，相对温度为 50的气体状况。（二）气体密度气体密度由气体状态方程决定： （2-2）（三）流量流量是指单位时间内流过通风机入口的气体体积或称为容积流量，其单位为m3/h、m3/min、m3/s，用Q来表示。（四）通风机的全压P气流在某一点或某一截面上的总压等于该点或截面上的静压和动压之和。而通风机的全压则定义为通风机进气口截面上的总压之： （2-3）注：、通风机进、出口截面的静压、密度、速度（五）通风机的动压Pdf 通风机出口截面上气体的动能表示压力： （24）26（六）通风机的静压Psf用通风机的全压减去动压，即： （2-5）（七）通风机的转速指叶轮每秒钟旋转的速度，一般称为角速度，用表示。（八）通风机的功率1、通风机的有效功率即在单位时间内获得有效能量： （2-6）2、通风机的内部功率等于有效功率加上通风机内部流动损失功率： （2-7）3、通风机的轴功率等于通风机内部功率加上轴承和传动装置的机械损失（输入功率）： （2-8）（九）通风机效率1、通风机的全压内效率sn等于通风机全压有效功率与内部功率的比值： （2-9）2、通风机的静压有效功率sf.in等于通风机静压有效功率与通风机内部功率之比值： （2-10）3、通风机的全压效率if等于全压有效功率与输出功率之比： （2-11）4、通风机静压效率sf等于静压有效功率与轴功率之比： （2-12）132.2.2 离心通风机的基本方程式假设把它当做一元流体来讨论，但是气体在通风机内的流动是非常复杂的，为了简便起见，流速原理分析，基本假设有：（1）气体流动时没有任何能量损失；（2）叶轮叶片无限多，叶片厚度无限薄；（3）气体做稳定流动；（4）不考虑气体的压缩性（压缩机除外）。而现实中有些情况与上述条件是有差异的。所以，我们对那些与实际情况不符合的地方可以加以修正16。 根据第一条假定，原动机到通风机轴上的外力矩等于叶轮传给气体的力矩有： （213）又因为 （214）得到 （215）根据动量定理，单位时间内经由叶片流出的气体动量对轴心的动量矩与叶片入口前流入气体动量对轴心的动量矩之差，等于加给气体的外力矩：即 （216）注： -气体的重度、-叶片无限多时叶片出入口气流切向分速度、-叶片入、出口的半径 所以 （217） （218）当气流径向进入时，有： （219） （120）122.2.3 离心通风机的理论特性曲线1、理论特性曲线通风机在一定的吸气状态和一定转速下，工作时通风机的理论全压和理论流量之间关系曲线叫做通风机的理论全压特性曲线。 （221） 图2-3 理论全压特性曲线2、理论功率特性曲线通风机在一定转速工作下，不考虑任何损失时轴功率与理论流量之间的关系成为： （222）把（19）代入（110）中得： （223）由特性曲线可以看出，后向叶片功率增加较慢，前向叶片功率增加较快，径向叶片处于两者之间。所以，后向叶片的超载能力大19。如下图：图2-4 理论功率特性曲线2.2.4 离心风机的损失和效率一般情况下通风机的损失包括流动损失、容积损失、摩擦损失和外部机械损失。其中流动损失引起通风机压力下降，容积损失引起流量减小，摩擦损失和外部机械损失则引起外部功率的消耗17。1、流动损失和流动效率流动损失产生的原因在于气体的粘性，包括气体摩擦损失和涡流损失两类，流动效率是实际全压和理论全压之比。2、容积损失和容积效率由于存在间隙而引起泄漏所造成的损失就叫容积损失。容积效率为实际流量与吸入叶轮流量之比。3、轮盘摩擦损失叶轮旋转时，叶轮的轮盘外表面积和轮盖与周围气体产生摩擦而引起的损失叫做轮盘摩擦损失14。第三章 相似设计理论3.1 相似理论3.1.1 概述所谓相似设计理论，即根据实验研究出来的性能良好、运行可靠的模型来设计与模型相似的通风机。通风机的相似设计，在通风设计中具有重要地位。在掌握较多空气的动力学略图和无因次性能曲线的情况下，遇见具体产品设计时，只要在这些空气动力学略图中进行选择后即可做产品的结果设计，而无需在空气性能上做更多的研讨24。3.1.2 相似原理现象相似条件，在几何相似的两体系中。进行同一性质的过程，而且体系中各对应点上表示现象特性的同类量的比值等于常数，即成比例关系时，则此两体系为互相相似的现象，对于两通风机来说必须具备下列条件，才能称为相似现象18。1、几何相似 相似现象只有发生在几何相似的体系内，所有几何相似时相似的先决条件，是指模型和原型各对应点的几何尺寸对应边成比例，对应角相等，叶片数相等。 注：下式中带“”指模型尺寸，不带“”指设计尺寸 （3-1） （3-2） （3-3） 2、运动相似原型与模型各对应点的同类量速度方向相同，大小比值等于常z数时，叫做运动相似。就通风机叶轮的流动过程而言，运动相似是指 （3-4） （3-5） （3-6） （3-7）即对应点速度三角形相似，且对应点两速度三角形大小相差的倍数相等。3、动力相似原型与模型内容对应点的同类力方向相同，而大小比值等于常数时叫动力相似。就通风机内流动而言，作用在基元流体上主要力有惯性力I、粘性力R和总压力动力相似指： （3-8） （3-9） （3-10） （3-11）根据理论力学和流体力学原理，上式可得（雷诺数） （3-12）-运动粘性系数-特征常数-特征速度Re是一个无因次项，因为它是用来表示动力相似的，所以称为相似准则数。要验查所有点是否满足上述各种关系式，来判断两通风机是否相似是很困难的，实际上几何相似的通风机中，只要能保持叶片入口速度三角形相似，且对应点的惯性力和粘性力比值相等，则流动过程必然相似。因此，两通风机流动过程相似条件为：1、几何相似 2、流量系数相等 3、Re相等10。3.2 通风机的无因此特性曲线在Re不变的情况下，P-Q和N-Q关系曲线为无因次特性曲线。这组曲线适用于转速不等，尺寸不同的同一类通风机，所以又叫同类型特性曲线。无因次特性曲线可直接由试验求得，或由单体特性曲线换算得到。 图3-1 通风机无因次特性曲线要保持尺寸不同的所有同一类型的通风机的Re都相等，不是随便可以办到的，不过只要Re大于它的临界值，即通风机的流动状态处在阻力平方区时，或是两通风机的Re值相差不超过2-3倍时可以忽略Re的影响，同一无因次特性曲线它们都适用20。同系列通风机爱不同转速，尺寸和气体密度条件下的特征：1、转速不同的通风机的特性 （3-13） （3-14） （3-15）2、尺寸不同的通风机的特性 （3-16） （3-17） （3-18） 3、密度不同的通风机的特性 （3-19） （3-20）4、比转速直径系数和周速系数只靠流量系数Q和全压系P表示通风机的特性是不够的。因为它们不能反映通风机的尺寸和转速，所以需要讨论另外一些系数。（1）比转数 （3-21）两通风机在相似情况下工作时，它们的比转数相等，在不同的工况下对应不同的比转数。通常把通风机最高效率点的比转数作为该系列通风机的比转数（2）直径系数 其标志通风机叶轮直径大小 （3-22）表示所讨论的叶轮直径比Q=1 P=1/2的标准叶轮增大倍数。（3）周速系数圆周速度和出口速度的比值叫做周数系数，用表示 （3-23）周速系数表示通风机在一定全压条件下叶轮周速的大小22。3.3 通风机的相似设计步骤1、根据给定的流量、压力、气体状态等一系列参数将它换算为标准进口状态（）的流量和全压。2、比转数的确定首先选取转速如通风机和电动机为直连转动，那么通风机转速只能根据电动机的转速选取。由选取的转速及换算好的流量全压来计算比转数最后找出比转数ns接近式相等的模型机器。3、确定比转数后，根据模型的无因次特性曲线，找出最高效率点压力系数流量系数全压效率值.4、由值根据式 （3-24）确定、及圆周速度5、确定几何比例常数由圆周速度及转速可得叶轮外径 （3-25） （3-26）已知D2后也可根据系列风机的空气动力学略图，确定新风机的尺寸。6、通风机的结构设计，并验算零部件的强度28。3.4 校核理论离心通风机的零件，应具备有足够的强度和刚度，以保证通风机的运行安全和使用寿命。因此，设计者必须在经济合算的基础上合理确定离心通风机的尺寸和材料。离心通风机大部分零件的强度计算都是近似的。通风机的校核包括： a、叶轮的强度计算 b、主轴的强度计算c、主轴的临界速度 d、滚动轴承的校核但是，这次的设计特殊，因为是外转子离心风机，所以在校核过程中还必须有转子的平衡校核25。第四章 DGF3.55A外转子离心风机的总体设计4.1 相似设计数据分析和计算4.1.1 概述本次设计是以DGF3.55B外转子离心风机为模型机，用相似理论和相似设计方法，设计所需的通风机。需设计DGF3.55A外转子离心风机的基本参数：流量Q：3800-4800m3/h压力P：460-445pa功率：76左右发动机转速：选为933r/min已知DGF3.55B外转子离心风机的基本参数流量Q：4900-5800m3/h压力P：480-450pa功率：76左右发动机转速：选为933r/min基本计算由DGF3.55B基本参数值做无因次曲线DGF3.55B参数值表表4-1 DGF3.55B参数值12345Q(m3/h)48715070526755035772P (pa)478477476463452()73.973.573.26966.7由 （4-1） （4-2） 得、无因次参数、数值表表4-2 设计风机参数值12345Q0.004100.004170.004340.004530.00475P0.002770.002760.002750.002680.00262我们以DGF3.55B为模型机设计新通风机则可以认为要设计通风机和模型机有相同的无因次曲线。我们也认为两通风机遵守比例定律，其在无因次曲线上，对应点成比例。则 (模型机)（设计风机）两风机、是相同的，根据比例定律得 （4-3）已知 （4-4）根据DGF3.55B风机系列，选D2=359mm以满足设计要求 （4-5）4.1.2 风机尺寸换算和结构设计1、叶轮已知模型机叶轮主要尺寸为表4-3 模型机主要尺寸D2D1B2B1239028510013745按相似原理得出设计风机叶轮主要尺寸表4-4 设计风机主要尺寸D2D1B2B123592579012345叶轮其他部分尺寸按同比例放大或缩小，对应角相等。注：1）原模型机采用几个中空机翼形叶片，则设计风机就采用几个中空机翼形叶片；2）叶片始端形状采用模型风机的样式，斜切始端，可以减小叶片入口冲击提高通风机效率，前盘采用弧形，后盘采用平板