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毕业设计论文前 言通风机是用于输送气体的机械，从能量观点看，它是把原动机的机械能转变成气体能量的一种机械。随着生产和科学技术的发展，通风机在国民经济领域的应用日益广泛，对整个工业经济有着重要的影响。风机是各个工厂、企业普遍使用的设备之一，特别是通风机的应用更为广泛。锅炉鼓风、消烟除尘、通风冷却都离不开风机，在电站、矿井、化工以及环保工程，通风机更是不可缺少的重要设备，正确掌握风机的设计，对保证风机的正常经济运行是很重要的。本文主要介绍了CG150离心通风机设计方案的选择，分析了离心通风机设计的关键技术，从而为离心通风机的设计奠定了重要的基础。本次毕在业设计的题目是CG150鼓风机定子设计，在通风机的设计过程中必须全面分析风机结构，熟悉鼓风机的工作过程，了解鼓风机及工艺参数得以调整的可能性及范围。 通过对CG150离心式通风机的定子部分的设计，能够全面的了解机械设计专业的所学专业课知识，做到理论联系实际。摘要本文在吸收国内外风机的选型设计经验的基础上,以离心风机相似设计为基础,建立了适用于离心通风机设计系统。鉴于传统通风机的设计方法始终是以人为主体，设计环境由手工计算工具、绘图仪器和以纸为载体的资料构成，不论是复杂的计算，还是精细的制图，都必须由设计者亲自来完成。我们采用了CAD技术来进行辅助设计，减少手工绘图时间、提高绘图效率，进而能够促进设计工作的规范化，系列化和标准化。设计过程中我们采用分工设计、合作完成的原则，小组合作共同完成CG150 离心式通风机的设计全过程。本文主要论述了通风机中定子组的设计，完成了对定子筒体、法兰、底座箱体、进气室、回流器、扩压器、蜗壳等重要零部件的设计，进行计算并根据计算绘制CAD机械图。关键词：离心式，通风机，CAD，定子，蜗壳AbstractOn the foundation of the lectotype that absorbs the design experience of domestic and international fan, base on the similar design of centrifugal fan, the design system of lectotype of centrifugal ventilator is established. In view of the tradition fanners design method ,all along withal human for these .design environment is made up by hand computation instrument、drawing instrument and withal paper for bearer and so on. The complicated count and the refined protraction must be completed by the designer .We adopt CAD technology to decrease the time of handwork plot,improve the efficiency of plot,so that it can acquire standardization , serialization and standardize for the design.We adopt division of labour design, principle of cooperative finish in the design process,and complete the design of CG150 centrifugal fan by groups working together.The text mostly discuss the stator teams design of fanner.Complete the most importantly design of stator shell,flange,bed case body,intake chamber,circumfluence ware,diffuser ,volute and so on. And then to make calculation and draw CAD machine instrument graphique by the result of calculation.Keywords: centrifugal type，fanner，CAD，stator，volute 721 概述1.1 离心通风机的应用及发展状况通风机是用于输送气体的机械，从能量观点看，它是把原动机的机械能转变成气体能量的一种机械。离心通风机是风机中的一大类型，广泛应用于电力、化工、矿山及建筑领域。作为广泛应用的通用设备，离心通风机在各应用领域是心脏设备。其性能的好坏，是否能安全稳定地运转对整个装置是至关重要的。随着生产和科学技术的发展，通风机在国民经济领域的应用日益广泛，对整个工业经济有着重要的影响。我国离心式通风机制造行业的出现是从建国后开始的，1949新中国建立后，国民经济建设得到了迅速的恢复和发展。作为需要量大而面广的通用机械一一风机，也随着各个经济部门在发展中的需要而得到了国家的重视，使之迅速发展起来。50年代初期，由前苏联提供技术资料并派专家来华指导，我国开始制造生产离心式通风机，但所生产的机型有限而且这类风机的最大缺点是效率低，综合效率仅为65%-75%，运行效率更低，有的甚至在25%左右。60年代开展了以提高风机效率为目的的研制工作，并取得了可喜成果。随着加工设备和科学技术的不断发展，国内各风机生产厂在设计方法、加工手段、制造工艺等方面进行不断的改进，离心通风机不断更新换代。在风机三化(标准化、通用化、系列化)设计思想引导下，开始了我国离心通风机独立设计的新时代，而且有的产品在世界上还处于领先地位。然而传统通风机的设计方法始终是以人为主体，设计环境由手工计算工具、绘图仪器和以纸为载体的资料构成，不论是复杂的计算，还是精细的制图，都必须由设计者亲自来完成。因而设计者的水平决定了设计的水平，这种设计模式除了众所周知的设计周期长、设计效率低和设计质量差等缺点外，从现代观点来看，造成的设计人才浪费和设计方案缺乏竞争性这两个问题亦显得更为严重和突出。全面采用CAD技术必然会减少手工绘图时间、提高绘图效率、提高分析计算速度、解决复杂计算问题、便于修改设计，进而能够促进设计工作的规范化，系列化和标准化。1.2 论文主要工作离心通风机在设计中根据给定的条件：容积流量Q、通风机全压P、工作介质及其密度，以及其他要求，确定通风机的主要尺寸。例如，叶轮进出口直径及直径比D1D2、转速n、叶轮进出口宽度b1和b2、进出口叶片角1A和2A叶片数z，以及叶片的型线绘制和扩压器设计，以保证通风机的性能。在毕业设计实习中，由冷老师的带领下到工厂进行现场实习，尽管我们设计的课题与我们所见的设备有所差别，但经过冷老师对鼓风机设计提出的要求及讲解，使我们对我们的设计题目及设计方案了有了一个总体上的认识，总体方案比较及查阅资料和现场实际情况，经过我们由三人共同讨论，分工设计，获得出一套行之有效，较为合理且符合生产实际情况的设计内容。 本次毕在业设计的题目是CG150鼓风机定子设计，根据具体设计内容在总体CG150通风机的原理，步骤，设计总体要求，我和王文继，张胜三个人共同设计，并有毕业设计导师分工，把整体分为三个部分，即转子组，定子组和总体装配。在设计中采用分工明确，合作完成的宗旨，进行毕业设计。 定子组主要包括有定子筒体、合箱导柱、法兰、密封镜片、底座箱体、隔板、围板、进气室、回流器，扩压器、蜗壳等零部件的设计，需要进行计算并根据计算绘制CAD机械图。81.3 选择课题的意义选题的目的在于毕业设计是大学生在校期间最后一次全面性、总结性的教学实践环节，可以提高学生综合应用能力、发现和解决实际问题的能力、资料查询能力、计算机应用能力、论文撰写能力、口头表达能力、协调合作能力等，有利于学生对于以后的工作有总体的认识和合理的设计方案，更系统的运用自己的所学知识达到本科教学任务要求。本次毕在业设计的题目是CG150鼓风机定子设计，选题的意义于在鼓风机的设计过程中必须全面分析风机结构，熟悉鼓风机的工作过程，了解鼓风机及工艺参数得以调整的可能性及范围，由于时间短，任务重，所以此次设计的题目有一定的难度，但是我相信在老师的指导下，以及在同学们的帮助下一定会把这次毕业设计做的很好。2 通风机技术简介风机是我国对气体压缩和气体输送机械的习惯简称。通常所说的风机包括通风机、鼓风机、压缩机以及罗灰鼓风机，们是不包括活塞压缩机等密积式鼓风机和压缩机。气体压缩和气体输送机械是把旋转的机械能转换为气体压力能和动能、并将气体输送出去的机械。21 通风机的型号与规格211 离心通风机型号编制规则 1.离心通风机系列产品的型号用型式表示，单台产品型号用型式和品种表示。型号组成的顺序关系如表2-1所示表 2-1 型号组成的顺序关系 1)用途代号按表2-1规定。 2)压力系数的5倍化整后采用一位数。个别前向叶轮的压力系数的5倍化整后大于10时，亦可用二位整数表示。 3)比转速采用两位整数。若用二叶轮并联结构，或单叶轮双吸入结构，则用2乘比转速表示。 4)若产品的型式中产生有重复代号或派生型时，则在比转速后加注序号，采用罗马数字体、等表示。 5)设计序号用阿拉伯数字“1”，“2”等表示，供对该型产品有重大修改时用。若性能参数、外形尺寸、地基尺寸，易损件没有变动时，不应使用设计序号。 6)机号用叶轮直径的分米(dm)数表示.表2-2 用途代号表序号用途类别代 号汉 字简 写1工业冷却通风冷却L2微型电动吹风电动DD3一般用途通风换气通用T（省略）4防爆气体通风换气防爆B5防腐气体通风换气防腐F6船舶用通风换气船舶CT7纺织工业通风换气纺织FZ8矿井主体通风矿井K9矿井局部通风矿局KJ10隧道通风换气隧道CD11锅炉通风锅炉G12锅炉引风锅引GY13船舶锅炉通风船舶CG14船舶锅炉引风船引CY15工业用炉通风工业GY16排尘通风排尘C17煤粉吹风煤粉M18谷物粉末输送粉末FM19热风吹吸热风R20高温气体输送高温W21烧结炉排烟烧结SJ22一般用途空气输送通用T（省略）23空气动力动力DL24高炉鼓风高炉GL25转炉鼓风转炉ZL26柴油机增压增压ZY27煤气输送煤气MQ28化工气体输送化气HQ29石油炼厂气体输送油气YQ30天然气输送天气TQ31降温凉风用凉风LF32冷冻用冷冻LD33空气调节用空调KT34电影机械冷却烘干影机YJ2离心通风机的名称型号表示举例如表2-3所示。 表2-3 离心通风机的名称型号序号名 称型 号 说 明型 式品 种1（通用）离心通风机4-72No.20一般通风换气用，压力系数乘5后的化整数为4，比转速为72，机号为20即叶轮直径2000mm2（通用）离心通风机4-272No.20表示叶轮是双吸入型式，其他参数同第1条3矿井离心通风机K4-272No.20矿井主扇通风用，其他参数同第2条4防爆离心通风机B4-22No.20防爆通风机换气用，其他参数同第1条5（通用）离心通风机4-721No.20与4-72型相同的另一（系列）产品，其他参数同第1条6锅炉离心通风机G4-72No.20用在锅炉通风上，其他参数同第1条7锅炉离心引风机Y4-72No.20用在锅炉引风上，其他参数同第1条8（通用）离心通风机4-72-1No.20某厂对原4-72型产品有重大修改，为便于区别加用“-1”设计序号表示其他参数同第1条9空调离心通风机KT11-74No.5用于空调通风上，压力系数乘5后的化整数11，比转速74，机号为5即叶轮直径500mm2.1.2 轴流通风机型号编制规则 1轴流通风机系列产品的型号用型式表示，单台产品的型号用型式和品种表示，型号组成的顺序关系如表2-4所示。表 2-4 型号组成 1）叶轮数代号，单叶轮可不表示，双叶轮用“2”表示。 2)用途代号按表2-2规定。 3)叶轮毂比为叶轮底径与外径之比，取两位整数。 4)转子位置代号卧式用“A”表示，立式用“B”表示。产品无转子位置变化可不表示。 5)若产品的型式中产生有重复代号或派生型时，则在设计序号前加注序号。采用罗马数字体、等表示。 6)设计序号表示方法同前离心通风机型号编制规则。2轴流通风机的名称型号表示举例如表2-5所示。 表2-5 轴流通风机的名称型号序号名称型号说明型式品种1矿井轴流引风机K70No.18矿井主扇引风用，叶轮毂比为0.7，机号为18即叶轮直径1800mm2矿井轴流引风机2K70No.18两个叶轮结构，其他参数同第1条3矿井轴流引风机2K701No.18该型式产品的派生型（如有反风机装置）用代号区分，其他参数同第2条4矿井轴流引风机2K70-1No.18某厂对原2K70型产品有重大修改，为便于区别加用“-1”设计序号表示.其他参数同第2条5（通用）轴流通风机T30No.8一般通风换气用，叶轮毂比为0.3，机号为8即叶轮直径800mm6（通用）轴流通风机T30BNo.8该型式产品转子为立式结构其他参数与5条相同7化工气体排送轴流通风机HQ30No.8该型式产品用在化工气体排送，其他参数与5条相同8冷却轴流通风机L30BNo.80工业用水冷却用，叶轮毂比为0.3，机号为80即叶轮直径8000mm。转子为立式结构2 .2 通风机的分类2.2.1按工作原理分类风机和乐缩机按工作原理可分为3类：(1)容积式，包括活塞式(图2.1)和回转式，后者又可分为滑片式（图2.2）、罗茨式（图2.3）和螺杆式(图2.4)等； (2)叶片式，又称透平式，包括离心式（图2.5）混流式（图2.6）、轴流式（图2.7）和横流式(图2.8)； (3)喷射式(图2.9)。活塞式或往复式风机通常由两部分组成，一部分是直接和气体进行能量交换的工作端，另一部分是和其他机械进行动力传递的传动端。工作端主要包括缸体、活塞(或柱塞)、吸入阀和排出阀。 图 2.1 活塞式现以工作过程的示功图(图21(a)来说明往复式风机的工作原理。示功图的横轴为缸体的容积，纵轴为切体内气体的压强。当用作气体输送机械时，缸体内的压强沿ABCD线按逆时针方向变化。在活寒向右方移动的瞬间，缸体内的压强降到A点，这时吸入阀开启，排出阀关闭，随着活塞向右移动，低压气体被吸入缸体，这期间缸体内的气体压强保持不变，吸入过程至活塞移动到缸体容积最大的下死点B为止。随后排出过解开始。在活塞向左移动的瞬间，缸体内的压强从B点上升到C点，吸入阀关闭，排出阀开启，活塞继续向左移动并排出高压气体，至活塞到达缸体容积最小的上死点D为止。活塞往复一次完成一个工作循环。图21(b)是单缸往复式风机的示意图。 在回转式风机中，转子和壳体之间(或两个转子之间)形成封闭气体的工作腔，当转子转动时，工作腔的容积发生变化以达到和气体交换能量的目的。回转式机械的工作原理和往复式机械相同，但回转式风机不再设置吸入阀和排出阀，而代之以和叶片式风机相似的吸入口和排出口。 图2.2 滑片式图2.3所示为台双叶回转式风机的示意图。两个转子由一对同步齿轮驱动作反向旋转，在转动过程中，转子表面和壳体内接围成的工作腔容积周期性地变化。转子之间保持很小的间隙以免互相接触，因而不需要润滑，寿命长。由于间隙对泄漏效率有影响，所以该种机械不宜用于高压流体，多用来输送气体，又名罗茨式。图2.3 罗茨式 图2.4所示为螺杆式风机，是出瑞典1MO公司发明的。该风机的转子由一根主动螺杆和两根从动螺杆组成。从理论上讲，采用以摆线和次摆线的组合型线作为齿形的双头螺纹后，主、从动螺杆间的啮合线能将螺旋槽严密地切断，从而形成完全封闭的工作腔。为了保持运行平稳，在设计从动螺杆的齿形时，还应使作用在螺旋表面上的液体压强对从动螺杆形成一很小的力矩，用以克服摩擦，保证从动螺杆自动转动，避免和主动螺杆之间有动力传递。三螺杆式机械的摩擦损失小，使用转速高。图2.4 螺杆式在叶片式风机中，离心式风机和压缩机是应用最广泛的一种。在图2.5所示的离心式风机中，气体在几乎与转动轴线垂直的流面上流过叶轮。由于这种形式的风机主要是利用转动离心力来产生压强升，而般说来，该部分压强升总是远大于相对速度改变产生的压强升，故适用于高压升的情况。不过，该种风机的使用流量相对较小，因为如果叶片的轴向宽度过大将会导致效率下降。因此，离心式风机通常用于高压强升和小流量的情况。 图2.5 离心式图2.6所示为轴流式风机的原理图； 图2.6 轴流式图27所示为横流式风机的工作原理示意图图28所示喷射式风机主要由喷嘴、吸入室、混合空和扩散管等部分组成。 图2.7 横流式 图2.8 喷射式 2.2.2按产生的压强高低分类根据排气压强(以绝对压强计算)的高低，输送气体的机械可分为：通风机，排气压强低于11.27104Pa；鼓风机，排气压强在(11.2734.3)104Pa;压缩机，排气压强高于34.3104Pa。注: 1Pa=1Nm23 通风机的结构形式和重要参数3 .1 通风机的结构形式31. 1 离心通风机的结构形式 离心通风机的结构简单，制造方便，叶轮和蜗壳一般都用钢板制成，通常都采用焊接，有时也用铆接。图3.1是常见的中压离心通风机简图。 图3.l 离心式通风机结构示意图1-V带带轮 2、3-轴承座 4-主轴 5-轴盘 6-后盘 7-蜗壳 8-叶片9-前盘 10-进风口 11-出风口 12-底座 1.旋转方式不同的结构形式 离心通风机可以做成右旋转或左旋转两种。从原动机一端正视，叶轮旋转为顺时针方向的称为右旋转，用“右”表示；叶轮旋转为逆时针方向的称为左旋转，用“左”表示。但必须注意叶轮只能顺着蜗壳螺旋线的展开方向旋转。 2进气方式不同的结构形式 离心通风机的进气方式有单侧进气（单吸）和双侧进气(双吸)两种。 单吸通风机又分单侧单级叶轮和单侧双级叶轮两种。在同样情况下，双级叶轮产生的风压是单级叶轮的两倍。 双吸单级通风机是双侧进气、单级叶轮结构。在同样情况下，这种风机产生的流量是单吸的两倍。 在特殊情况下，离心通风机的进风口装有进气室，按叶轮“左”或“右”的回转方向，各有五种不同的进口角度位置，如图1-3所示。 图3.2 进气室角度位置示意图3. 离心通风机出风口位置不同的结构形式。 根据使用的要求，离心通风机蜗壳出风口方向，规定了如图3.3所示的8个基本出风口位置。 图3.3 出风口角度位置示意图如基本角度位置不够，可以采用表3.1所列的补充角度。 表3.1 补充角度补充角充角度1201501651952104.传动方式不同的结构形式 根据使用情况的不同，离心通风机的传动方式也有多种。如果离心通风机的转速与电动机的转速相同时，大号风机可以采用联轴器，将通风机和电动机直联传动，这样可以使结构简化紧凑、减小机体。小号风机则可以将叶轮直接装在电动机轴上，可使结构更加紧凑。如果离心通风机的转速和电动机的转速不相同，则可以采用通过带轮变速的传动方式。3. 1. 2 轴流通风机的结构形式 轴流通风机的叶轮由轮毅和叶片组成。轮鼓和叶片的联接一般为焊接结构。为调节叶片安装角度，叶片和轮毂的联接为可调式。可停机调节叶片安装角度，有的可在运转中调节叶片安装角，称为动叶可调式。图3.4是一般轴流通风机示意图。 图 3.4 单级轴流通风机示意图 1-集流器 2-流线罩 3-前导流器(P) 4-叶轮（R） 5-后导流器（S） (1)传动形式 轴流通风机的传动形式通常有电动机直联、带轮、联轴器等3种形式。(2)风口位置 轴流通风机的风位置、用入(出)若干角度表示，基本风口位置有4个，特殊用途可补充增加(图表3.2)。 表3.2 风口位置基本0090018002700补充450135022503150注：分进风口与出风口两种，用入（出）若干角度表示。若无进、出风口位置则可不予表示。基本风口位置有4个，特殊用途的则另加。 图3.5 轴流通风机风口位置3 .2 通风机的主要零部件 3. 2.1 叶轮 叶轮是通风机的心脏部分，它的尺寸和几何形状对通风机的特性有着重大的影响。离心通风机的叶轮一般由前盘、后(中)盘、叶片和轴盘等组成，其结构有焊接的和铆接的两种型式。 叶轮前盘的型式有平前盘、锥形前盘和弧形前盘等几种，如图3.6a、b、c所示。平前盘制造简单，但一般对气流的流动情况有不良影响。我国生产的8-18型离心通风机就是采用这种平前盘。图3.6 叶轮结构形式示意图a)平前盘叶轮 b)锥形前盘叶轮c)弧形前盘叶轮 d)双叶轮 锥形前盘和弧形前盘的叶轮，制造比较复杂，但其气动效率和叶轮强度都比平前盘优越。我国生产的4-72型和4-73型离心通风机都采用了弧形前盘。 双侧进气的离心通风机叶轮，是两侧各有一个相同的前盘。叶轮中间有一个通用的中盘，中盘铆在轴盘上。 叫轮上的主要零件是叶片。离心通风机叶轮的叶片，一股为664个.由于叶片出口安装角和叶片形状的不同，叶轮的结构形式也有不同。 (1)叶片出口角不同 离心通风机的叶轮，根据叶片出口角的不同，可分为如图3.7所示的前向、径向和后向三种。叶片出口角2A大于90。的叫作前向叶片，等于90。的叫作径向叶片，小于90。的叫作后向叶片。图3.7 前向、径向和后向叶轮示意图 (2)叶片形状不同 离心通风机叶片形状有如图3.8所示的平板形、圆弧形和中空机翼形等几种。平板形叶片制造简单。中空机翼形叶片具有优良的空气动力特件，叶片强度高，通风机的气动效率一般较高。如果将中空冀形叶片的内部加上补强筋，可以提高叶片的强度和刚度。但工艺性较复杂。中空机翼形叶片磨漏后，杂质易进入叶片内部，使叶轮失去平衡而产生振动。目前，前向叶轮一般都采用圆弧形叶片。在后向叶轮中，对于大型通风机多采用机冀形叶片，而对于中、小型通风机，则以采用圆弧形和平板形叶片为宜。我国生产的4-72型和4-73型离心通风机均采用中空机翼形叶片。 图3.8 叶片形状 a)平板叶片 h)圆弧窄叶片 c)圆弧叶片 d)机翼型叶片 3.2.2 机壳 离心通风机的机壳由蜗壳、进风口和风舌等零部件织成。 1. 蜗壳 蜗壳是由蜗壳和左右两块侧板焊接或咬口而成。蜗壳的作用是收集从叶轮出来的气体，并引导到蜗壳的出口、经过出风口把气体输送到管道中或排到大气中去。有的通风机将气体的一部分动压通过蜗壳转变为静压。蜗壳的蜗板是一条对数螺旋线。为了制造方便，一般将蜗壳设计制成等宠矩形断面。 2.进风口 进风口又称集风器，它是保证气流能均匀地充满叶轮的进口，使气流流动损失最小。离心通风机的进风口有筒形、锥形、筒锥形、筒弧形、弧形、弧锥形、弧筒形等多种。 3.2.3 进气箱 进气箱一般只使用在大型的或双吸的离心通风机上。其主要作用可使轴承装于通风机的机壳外边便于安装与检修，对改善锅炉引风机的轴承工作条件更为有利。对进风口直接装有弯管的通风机，在进风前装上进气箱，能减少因气流不均匀进入叶轮产生的流动损失。一般断面逐渐有些收敛的进气箱的效果较好。 3.2.4 前导器 般在大型离心通风机或要求特性能调节的通风机的进风口或进风口的流道内装置前导器。用改变前导器叶片角度的方法，来扩大通风机性能、使用范围和提高调节的经济性。前导器有轴向式和径向式两种。 3.2.5 扩散器 扩散器装于通风机机壳出口处，其作用是降低出口气流速度，使部分动压转变为静压。根据出口管路的需要，扩散器有圆形截面和方形截面两种。3. 3 通风机重要参数 离心式通风机(图3.9)，可以看出它主要由进气空、进气口、叶轮、蜗壳、出气口和扩散器等几个部件组成。 图3.9 离心式风机的主要参数有以下几个。 1.流量(体积流量或质量流量)：指单位时间内通过风机出口断面的气体量(体积或质量)。当用体积流量时，用Q表示，单位为立方米每秒(m3s)，当用质量流量时，用Qm表示，单位为千克每秒(kgs)或千克每小时(kgh)，质量流量和体积流量的关系为 Qm=Q (3-1) 其中为气体密度，单位为kgm3。 将单位时间内通过风机进口断面的体积流量称为理论流量，用Qth表示。由于能量的转换是在叶轮内进行的，因此，只有将经过叶轮做功的高压气体尽可能多地送出去才能使风机充分发挥其作用。而实际上，风机的转动部件(叶轮)和固定部件之间总是有空隙的，因此，在叶轮四周的气体就会由高压侧沿间隙漏向低压侧，这部分泄漏的气体(其流量用q表示)由于不经过风机出口断面流出，因而未被有效利用。所以，实际被利用的流量小于通过叶轮输送的理论流量，该理论流量为 Qth=Q+q于是，风机的容积效率为 （3-2）2. 压强：指风机的压强升，即进出口断面单位体积气体的能量差，用压强差P表示，单位为帕(Pa)。风机的压强升又分全压升P、静压升Pst为和动压升Pd。风机在工作过程中，气体从进口至出口要克服各种阻力，因而有能量损耗。对风机来说，气体在传输过程中获得的能量并未完全转变成压强升送出去，而这种损失是由于气体的流动引起的，通称为流动损失，用Ph表示。所以风机实际产生的全压升P比理论全压升要小，即 P=Pth - Ph （3-3） 风机的流动效率为 （3-4）(3)转速n：风机转速直接影响风机的流量、压强和效率。转速n的单位为转每分（rmin）。 (4)轴功率：驱动风机所需要的功率，或者说是单位时间内传递给通风机轴的能量称为轴功率，用P表示，单位为瓦(W)或千瓦（KW）。 从压强升的定义可以得出单位体积的气体经过风机后具有的能量为Pth，若体积流量为Qth(m3s)，则单位时间内气体获得的能量称为气体功率(或称为内功率)，用PJ表示，有 PJ =QthPth (3-5) 考虑流动损失Ph和容积损失q后，实际气体的有效功率Pe为 Pe(Qth - q)( Pth - Ph) (3-6)(5)效率 效率是反映所设计、制造的风机性能优劣的指标，表示能量的利用和转换程度。对于风机，实际气体功率Pe是气体经过叶轮后获得的能量，风机的轴功率Ps是原动机输入的功率，所以风机的有效效率c为 (3-7)所以风机的有效效率(总效率) c为 c= q h m (3-8)4 CG150离心式通风机的设计通风机是一种广泛应用于冶金、煤炭、电力、轻纺等国民经济的各个领域、品种规格非常多的通用机械，据不完全统计，全国现约有2000多家风机制造商，生产约200多个系列近万种规格的各类风机随着社会的进步和物质生活的丰富，人们所需要的产品品种规格越来越多，产品也越来越具有个性化，随之也需求越来越多品种规格的风机产品与之配套。通风机产品选型是通风机研究设计人员在产品设计过程中碰到的第一个问题，在研究开发一种新产品时，为了避免重复劳动，设计人员首先要检索过去己经设计和生产的产品，找出与设计要求的性能相近、效率高、噪声低的风机产品，在此基础上，采用最可靠、最简单的模化设计，设计出符合用户要求的风机，这样既可以节省设计时间和产品制造费用，又可以缩短产品生产供货时间。 通风机的设计包括气动设计计算、结构设计和强度计算等内容。本章主要讲述气动设计计算的内容，而通风机的气动设计又分为相似设计和理论设计两种方法。相似设计方法简单、可靠，在工业上被广泛使用；而理论设计方法用于设计新系列的通风机。本章主要论述CG150离心通风机气动设计的一般方法。4. 1 工作原理当叶轮随轴旋转时，叶片间的气体也随叶轮旋转而获得离心力，并使气体从叶片之间的出口处甩出。被甩出的气体挤入机壳，于是机壳内的气体压强增高，最后被导向出口排出。气体被甩出后，叶轮中心部分的压强降低。外界气体就能从风机的吸人口通过叶轮前盘中央的孔口吸人源源不断地输送气体。图4.1 CG150鼓风机工作原理图1、定子总成；2，5、螺栓；3，4，6，7、垫圈；8、转子总成；9、前轴承盖；10、前轴承外套；11、定位轴承室；12、轮盖密封；13、轮盘密封；14、平衡室盖；15，16、密封组；17、直通压注油杯；18、铜热电阻；19、联轴器部；20、后轴承箱；21、销；22、螺母。离心式通风机的主要气动部件是叶轮、外壳和集流器，叶轮由前盘、后盘和固定在两盘之间的叶片组成。叶轮是通风机中将原动机的机械能转换为气体能量的惟一部件，它的几何形状、尺寸和转速等基本参数制约着气体在叶轮中流动的特征，次定着通风机的流量、压强升，以及流量与压强升之间的关系。气体在通风机中的实际流动情况相当复杂，其中涉及到各种流动损失，利用数学方法准确求出其特性是很困难的，为此，需要在一定的假设条件卜，首先建立一个理想的叶轮模型，通过分析理想的叶轮模型得到基本参数之间的关系以后，再逐步加以修正使其更接近于实际情况。42 设计的任务和要求 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P、工作介质及其密度，以及其他要求，确定通风机的主要尺寸。例如，叶轮进出口直径及直径比D1D2、转速n、叶轮进出口宽度b1和b2、进出口叶片角1A和2A叶片数z，以及叶片的型线绘制和扩压器设计，以保证通风机的性能。 对于通风机设计的要求： 在效率尽可能高的条件下，为满足所需要的流量、全压及其他要求，所进行的通风机流道几何尺寸的汁算，称之为空气动力计算，简称为气动力计算。通过气动力计算，可决定出通风机流道的几何尺寸，将其化成叶轮直径D2的百分数，可得出它们的相对尺寸，以此相对尺寸所绘出的通风机几何图形(不包括各零件的厚度)称之为通风机的空气动力略图，空气动力略图是同一类型通风机所共有的几何图形。 在通风机的设计与计算中，除了要满足一定流量和全压以外还有下面一些要求： 1.工作区域要大通风机工作区域越大，它所适用的范围就越广。在产品系列化设计时，就可用较少的机号布满一定的流量-全压范围。 工作区域的大小，可以利用几何不同的指标来评定。这里只介绍两种：1)等积孔变化幅度A 式中 工作区域中的最大等积孔系数； 工作区域中的最小等积孔系数；2)流量变化范围 =max-min式中max工作区域中的最大流量系数； min工作区域中的最小流量系数；图4.2 决定通风机工作区示意图 2调节深度要深如果某通风机没有调节装置，在系列化曲线上将会出现如图4.3所示一样的空白区。这会使通风机增加不必要的电能消耗。为了避免不必要的电能消耗及满足用户所需要的风量，尤其是工况不断变化的通风机，必须附带调节装置。通风机的调节性能可用额定流星下的调节深度来衡量： （4-1）式中 整个工作范围内与最高效率相对应的最大静压系数； 整个工作范围内与最高效率相对应的最小静压系数；以前导器调节的无因次曲线为例，来说明通风机工作范围的确定方法(见图4.3)。为了确定工作范围，首先在不同前导器角度的压力系数曲线上画出等效率曲线。允许使用的最低效率的等效率曲线与各压力系数曲线分别相交于3、5、7、8、6、4及2各点。其次，再画出喘振线1ab。为保证通风机经济地且可靠地运转，通风机的工况不应超出1a5786421的范围，该范围称为st0.6的工作范围。图4.3 确定通风机工作范围用图 通风机的调节深度越大，说明通风机的调节性能越好。采用前导器调节时，=0.40.6。例如强后向翼型离心风机，当采用轴向前导器时，其调节深度=0.5，用改变尾翼安装角来进行调节时，其调节深度为=0.780.8，可见改变尾翼角度的调节方法。在调节性能上比用前导器调节好。因此这种方法已为国外所采用。 3.通风机及其设备的平均效率要高 通风机设备是通风机及其附加部件如进气箱及扩散器等)的总称。通风机设备全效率u为： （4-2） pu为通风机设备全压，它是单位体积的空气经过通风机设备时所获得的能量。 通风机及其设备在管网工作时，其工况点不一定落在额定工况上：尤其是管网阻力改交频繁，工况时常变化的通风机，如电站通风机。因此把通风机额定工况下的全效率，作为评定通风机经济性的指标是不恰当的，以平均效率做为评定通风机经济性的指标比较合理。 通风机的调节方法可以概括为平滑式及阶段式两种。在整个工作范围内，能够进行连续的、平滑的调节，称之为平滑式调节，如前导器角度能自动的调节。在整个工作范围内，不能进行连续的、平滑的调节，称之为阶段式调节如分档改变前导器角度的调节。 平滑调节时的平均效率a可用下式计算： （4-3）或 （4-4） 计算平均效率时，可在通风机工作范围内分成许多小方块，从这些小方块几何中心，可查出有关数值，然后利用公式(4-5)或公式(4-6)计算去a。 阶段式调节时的平均效率可用下式计算： （4-5） （4-6）为了计算a,可在通风机工作范围中，在相邻两压力曲线间，选取许多平均工况点，经过这些个均工况点，引相当于管网曲线的辅助抛物线，进而计算出有效功率(或用有效功率系数)及轴功率Pah(或轴功率系数)。采用阶段式调节时，通风管网中会有多余的风量，这将增加不必要的电能消耗。 在上述计算中，如果通风机的无因次曲线中用的是静压系数at时，则所计算出的是平均静效率Pah；用的是设备压力系数u时，则所计算出的是设备平均效率m。 从上述可知，要想提高通风机及其设备的经济性，必须提高通风机的平均效率及设备平均效率。而这些效率的提高，又与通风机及其设备效率高、效率曲线平坦及调节方法优良等有直接关系。例如某通风机的最大设备效率amax=0.77，平滑调节时的平均效率au0.704，阶段式调节时则m0.63。可见，优良的调节方法对设计通风机的重要性。 4机器尺寸要小、重量要轻 一般说来，机器尺寸小，可以减少机器重量、节省材料、降低成本以及运输方便、起动容易等。 5.噪声要低 噪声是一种公害，它会影响人们的休息和健康，以至降低劳动生产率。我国曾提出工业噪声标准的建议：为使长期工作在噪声环境中的95以上的工人，不会因噪声引起心血管疾病和神经系统疾病，对于新建企业及车间的噪声标淮不得超过85dB(A)。随着环境不同，噪声的容许标准值也有所不同，如会议室及办公室为35dB(A)，体育馆为45dB(A)，车间大致为4575dB(A)。因此，设计通风机时，应对噪声有所限制。 6.通风机运转可靠性要高 有些通风机长年运转，特别要求运转可靠。因此，回转部件要有足够的强度；通风机转速应远离转子临界转速；轴承的选择要合理；润滑系统要可靠等。 此外，还要求结构简单、制造容易、工艺性好、调节力方便。对于某些特殊用途的通风机，则要求材料耐磨、结构防爆、表面耐腐等。 在进行通风机设计时，对于设计任务要作具体分析，哪些要求是主要的，哪些要求是次要的。对于主要的要求应优先得到满足。例如对于电站送风机，运转效率高、调节性能好及运转可靠就成了主要问题，而结构复杂些，尺寸稍大些就是次要问题了。对于无因次数的选择应注意以下几点：(1)为保证有最高的效率，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，以保证最低的噪声；(3)选择最大的值，以保证最小的磨损；(4)大流量时选择最大的值。43 转子部件的确定4. 3.1 叶轮尺寸的确定图31所示为叶轮的主要参数，用下列符号表示：D2为叶轮外径；D0为叶轮进口直D1为叶片进口直径：b2为出口宽度；b1为进口宽度；2A为叶片出口安装角；1A为叶片进口安装角；z为叶片数；为叶片前盘倾角。图4.4 叶轮的主要参数4. 3.2 叶片形状的确定 离心式通风机的主要参数D2，D1，1A，2A，b1，b2及z已知后，就可以绘制叶片的形状，叶片的形状有很多选择。平直叶片是最简单的叶片型式，如图4.5所示，由正弦定理，得 （4-7）上式表明：D1，D2，1A，2A之间满足式(4-7)，不能同时任意选择。 图4.7 平直叶片的几何关系根据我们同组同学张胜的设计结果，列表如下：表中各符号的含义如下：(最近的颜色相同者为同一叶轮)D2叶轮直径、 b2叶轮出口宽度、 b1叶轮进口宽度D1m叶片进口平均直径、 D1min盘侧叶片进口直径、 D1max盖测叶片进口直径、D0叶轮进口直径、 b3扩压器宽度、 b5回流器宽度50400m3/min鼓风机设计方案简表流量级D2b21A2Ab1D1mD1minD1maxD0b3b5R115013800353075753653603703605070400468003030757336035536535550704004. 4 进气装置4. 4.1无叶扩压器 某些通风机叶轮出口，气流速度相当大，尤其是前向叶片。高速气流从叶轮出口流入机壳时，由于流道截面积的