【NJ076】一种后倾多翼风机的设计[2A0]【含13张CAD图和论文】【农业机械类毕业设计论文】
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大学本科毕业设计说明书 大学本科毕业设计 题 目：一种后倾多翼风机的设计学 院： 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 二0一三年六月 摘要离心风机是市场上常见的一种通风机，它是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，是一种从动的流体机械。离心风机广泛用于工厂、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，在社会各工业中具有十分重要的作用。本文根据离心风机的发展，简单地阐述了它的研究现状；通过从离心风机的工作原理、构造和改进方式详细地介绍了其发展的状况；分析了离心风机目前存在的问题，针对这些问题，提出了其未来的发展趋势；最后对离心风机的设计进行了总结和设想，并对其发展报以美好的祝愿。关键词：离心风机 发展趋势 设计 AbstractCentrifugal fan is common on the market for a ventilator, it is a follower of the fluid machine.It relies on the input of mechanical energy , and can improve gas pressure to send the gas side by side mechanical. Centrifugal fans are widely used in factories, mines, tunnels, cooling towers, vehicles, ships, and building ventilation, dust exhaust and cooling; boilers and industrial furnaces, ventilation and the wind; air-conditioning equipment and household appliances, cooling and ventilation; grain drying and sending; inflatable wind tunnel wind source, hovercraft propulsion and so on. So it plays a very important role in the industrial society .The paper simply described the current status of centrifugal fan according to the development of it .The paper also introduced in detail the development of the centrifugal fan through the working principle and improvement way of it. In addition, it analyzed the problems at present of the centrifugal fan and put forward its development trend in the future to solve these problems finally , it had a summary and put forward the hypothesis of the centrifugal fan with good wishes.Key Word: Centrifugal fan , Development trend, Design目录第一章 绪论6 1.1 引言6 1.2 国内外离心风机的研究现状71.2.1国内离心风机研究与发展概况71.2.2国外离心风机研究与发展概况8 1.3离心风机存在的问题及发展趋势9 1.4本文研究的目的9第二章 离心风机的基本理论11 2.1 离心风机的基本结构11 2.1.1 离心风机的基本结构11 2.1.2 离心风机的工作原理13 2.2 离心风机的基本理论特性14 2.2.1 离心风机的主要特性参数14 2.2.2 离心风机的基本方程式15 2.2.3 离心风机的理论特性曲线15 2.2.4 离心风机的损耗和效率17第三章 H450后倾多翼离心风机的总体设计19 3.1离心风机设计的要求19 3.2 离心风机的主要组成部分设计20 3.2.1 叶轮设计20 3.2.2集风器21 3.2.3蜗壳设计21 3.2.4主轴设计273.2.5电动机的选择273.3离心风机设计时几个重要方案27第四章 校核计算29 4.1 叶轮的强度计算29 4.2 主轴的计算304.3主轴的转速32 4.4轴承的寿命32第五章 风机噪声的控制34第六章 设计总结和展望35致谢36参考文献37附录39第一章 绪论1.1引言如今社会工业正在新兴发展中，对通风机的需求越来越多。而我国对通风机的研究技术上与国外发达国家还有一定的差距，因此利用有限的技术生产出高效率的通风机是一项艰巨的任务。这就需要对通风机进行优化改进，其中多翼离心风机就是市场上常见的一种通风机。在我国，多翼离心风机广泛用于工厂、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，为社会上的很多行业加工作出了很大的贡献1。离心风机具有体积小、噪声低、压力系数高及流量系数大的优点，因而在抽油烟机、空调等领域得到广泛的应用，但其最大的缺点是风机的效率较低。因此，如何提高风机的效率是一个迫切需要解决的问题。 至今还有许多国家一直致力于对多翼离心风机各部分机构的研制，进一步提高离心风机的效率，从而获得巨大的经济效益。WDLH450离心风机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。离心风机的工作原理与透平压缩机基本相同，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的流体处理。 叶轮通过静平衡或动平衡的校正后才可以保证通风机平稳地运行。按叶片的出口方向分类，叶轮可分为前向、径向和后向三种型式2。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，而径向叶轮又可以分为直叶片式和曲线型两种；后向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转的反方向倾斜。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，但效率一般都比较低；后向叶轮则和前向叶轮相反，所产生的压力最小，所需叶轮直径最大，效率一般都比较高；而径向叶轮介于前向和后向两者之间。叶片的型线一般分为直叶片、机翼型叶片和曲线型叶片。直叶片比较简单，而机翼型叶片比较复杂。为了让叶片表面分布着均匀合适的速度，现在一般都采用曲线型叶片，比如等厚度的圆弧叶片。叶轮一般附有盖盘，盖盘的作用就是提高叶轮强度，并减少叶片与机壳之间的气体泄漏。叶片与盖盘的一般采用铆接和焊接两种联接方式。焊接叶轮的流道较光滑，质量比较轻。通风机的性能参数主要有流量、压力、功率，效率和转速。而噪声和振动的大小也是检验通风机效率的主要技术指标。流量是指单位时间内气体流经通风机的体积；压力是指气体在通风机内压力的升高值，压力分为动压、静压、和全压三种；功率是指通风机的输入功率，通风机的有效功率与输入功率的比值称为效率。通风机未来的发展将进一步提高通风机的装置效率、气动效率、和使用效率，进而降低风机的消耗。通过对应用叶轮、扩压器及蜗壳等元件的研究，以及进一步提高制造精度；另外更多采用三元流动叶轮，效率平均提高2%5%，从而降低了风机的消耗，实现节能的目的。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。1.2 国内外离心风机的研究现状1.2.1国内离心风机研究与发展概况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重要作用。离心风机行业规模约占整个风机行业的一半左右。古代木制风车中国早在公元前许多年就已制造出简单的木制砻谷风车，它的作用原理与现代离心风机基本相同。但是到1952年9月1号第一机械工业部才正式成立，这是我国对离心风机研究的开端，也是我国在风机行业上的消化吸收阶段，在此阶段能生产出一般的离心风机，到了20世纪60年代左右，我国可以独立设计和行业联合设计，先后自行设计了11个系列109个规格的离心风机，大部分已经成为国家推广的高效节能产品。到20世纪80年代我国引进吸收并且加强创新，使得中国离心风机工业发生了巨大的变化。先进技术得到了消化，形成了一定的生产能力。进入20世纪90年代通过对风机引进技术的研究、消化吸收，风机制造业不断地发展壮大。担负着为石油、化工、矿山、冶金、煤炭、电力、纺织及环保等工程提供配套离心风机的任务。2002年，中国的防爆离心风机在化工、油、械等领域广泛被采用，长林东防爆离心风机也得到了发展。离心风机是石材加工企业常用的辅助生产设备，主要用于通风与除尘装置中，比如石材切割和打磨工序中旋风除尘器及布袋除尘器等均需要利用离心风机对生产场地进行除尘处理，确保着生产环境洁净，保护生产者身心健康。基本上可以满足我国重大装备配套的需求。1.2.2国外离心风机研究与发展概况在公元7世纪的时候，在西亚叙利亚一带地区的国家建造了第一批风车，它们看上去并不像现在所见到的风车，而是有着竖式轴，轴垂直排列着翼，与旋转木马装置上排列的木马很相似。而到了大概12世纪的时候，在西欧出现了第一批风车，它们和现代的风车基本差不多，主要用于磨碎谷物。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，和后向弯曲叶片的离心式风机，结构已经比较完善了。1898年，爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心式风机，并被各国广泛采用。1935年，德国首先采用轴流等压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。至此，各种各样的风机已经能够获得较大的发展3。现在国外的工业发达国家不会再在技术和工艺方面大量投资，主要注重改进产品成本、产品质量、产品维护和产品环保四个方面。对于离心风机产品，国外发达国家在质量上注重于提高机械效率，从而延长风机使用寿命，向节约能量和节省资源的方向发展。在成本上加强研制新材料，降低物耗，降低了整个系统总成本；在维护上逐渐向自动化方向发展，这样节省了维修劳动力；在环保方面，则注重于谋求可靠、向低噪声、低振动等技术方向发展4。1.3 离心风机存在的问题及发展趋势近些年，尽管国内外对离心风机行业的研制在不停的进行，但是从目前的情况来看，离心风机仍存在着一些问题，急需改善。(1) 产品外观质量普遍不高，实际表面处理上与理论有差距 (2) 离心风机产品过于追求高效率，使得产品加工难度加大(3) 离心风机工作过程功率消耗大，噪声大，振动也大(4) 离心风机出力不足，风力偏小(5) 离心风机制造厂生产能力不配套从离心风机存在的问题来看，其未来的发展趋势就是将这些问题逐一解决。叶轮是离心风机的核心部件，其本身结构设计得合理与否，直接影响到风机气流平稳度、噪声及能耗。所以在设计离心风机上改进离心风机是尤为重要的，多叶片离心叶轮具有体积小、噪音低、压力系数高等优点；长短叶片相间的叶轮，在设计上解决了叶轮进口排挤的问题并改善了叶轮流道的扩散情况，具有高扬程、小流量、高效稳定的特点，同时拥有结构紧凑、维护方便的优点。综合以上2种叶轮的优点，现在发展为更多采用一种大小叶片交错组合的多翼离心风机，为进一步提高叶轮气流平稳度，在叶片二侧嵌有一平面表盘和锥形表盘，这种风机可广泛应用于体积要求小、传动效率高、噪音低的场合。通过对离心风机叶轮的改进，可以提高离心风机的工作效率，同时减少了功率消耗，降低了噪声振动等等。大大改善了离心风机的工作情况，从而促使了风机行业的发展5。1.4 本文研究的目的本文首先对现有的后倾离心风机进行测绘,根据测绘结果分别设计后倾离心的各个组成部分，包括蜗壳、蜗舌、叶轮、进气装置等零部件。同时，在保持现有后倾离心风机基本型式不变的基础上重新设计，使其结构精巧合理，并创新性的对风机的主要参数进行优化，从而近可能的使离心式风机的发展朝着低能耗、低噪音、高效率的方向发展，促使了风机行业的蓬勃发展。当今时代世界能源紧缺，风机是耗能大户。提高风机的效率和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很有实际意义。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。后倾多翼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。主要适用于大型工厂、民用建筑、大型广场、发电厂、空气处理设备、热风循环等送风、换气设备配套等。第二章 离心风机的基本理论2.1离心风机的基本结构2.1.1 离心风机的基本结构 离心风机主要由叶轮、蜗壳、进口集流器、导流片、联轴器、轴、电动机等部件组成。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。1-蜗壳板，2-集风器，3-主轴，4-蜗舌，5-前后盘，6-叶轮，7-中盘一,叶轮叶轮是风机的主要部件，它的尺寸和形状对通风机性能有重大影响，其作用是转化能量、产生能头。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。后倾离心风机叶轮二，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。有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。三，导流片导流片又称为进口风量调节器。在风机的集风器之前，一般装置有导流片，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，集风器与进气箱集风器（圈）集风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。集风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、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68。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。气体的离心通风机中的流动是为轴向，后转弯垂直于通风机主轴的径向，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，即提高了气体的压力和增加了气体的动能。当气体获得能量足以克服其阻力的时侯则可将气体输送到远处或高处6。离心通风机的理论压头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的流动如下图：叶轮安装在蜗壳1内，当叶轮旋转时，气体经过进气口轴向吸入，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，导流，从风机出口3排出，其原理是：气体在离心式通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，即气体的压力提供高和动能增加7-8。1-蜗壳 2-叶轮 3-蜗壳出口 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。而通风机的全压就是通风机进气口截面上的总压之差： （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: （2-4）（六）通风机的静压Psf通风机的全压减去动压即： （2-5）（七）通风机的转速是指叶轮每秒钟旋转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）2.2.2 离心通风机的基本方程式 假设把它当做一元流体来讨论，也就是用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）风机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9。 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： （2-13） 又因为 （2-14）得到 （2-15）根据动量定理，单位时间内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 （2-16）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 （2-17） （2-18）当气流径向进入时，有： （2-19） （2-20）2.2.3 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下和一定转速下工作时通风机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。 （2-21） 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： （2-22）把（2-21）代入（2-22）中得： （2-23）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。如下图： 图2-4 理论功率特性曲线2.2.4 离心风机的损耗和效率一般情况下通风机的损耗包括流动损失、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10。1、流动损失和流动效率流动损失的产生是因为气体的粘性，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的比值。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的比值。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。4、轴承损失 由于轴承摩擦所引起的损失叫做轴承损失。第三章 H450后倾多翼离心风机的总体设计 3.1离心风机设计要求 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，工作介质以及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，进出口叶片角和，叶片数Z，以及叶片的绘型和扩压器设计，来保证通风机的性能11。 图3-1 WDLH450离心风机总装配图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12。 （3） 选择最大的值，保证最小的磨损。 （4） 选择最大的值。3.2离心风机的主要组成部分设计3.2.1 叶轮设计图3-2 叶轮设计叶轮的主要参数： :叶轮外径 ； :叶轮进口直径； :叶片进口直径； :出口宽度； :进口宽度； :叶片出口安装角； :叶片进口安装角； Z ：叶片数；：叶片前盘倾斜角。注：（1）叶片始端形状采用斜切始端的形式，可以减小叶片入口冲击提高通风机效率；（2）叶片和前、后盘连接采用焊接，后盘和轴盘采用铆接；（3）轴盘和主轴配合采用基轴制过盈配合；（4）叶轮和集风口得配合其径向间隙由相关尺寸公差保证。轴向间隙5-8mm，因此处间隙对风机的性能影响很大，所以要特别保证间隙精度。3.2.2集风器 采用锥弧形集风器，作用是将气体导向叶轮，集风器开关和集风器与叶轮间隙大小对通风机性能有很大的影响13。注：（1）集风器和叶轮配合注意两点：一是集风器出口和叶轮入口的间隙，采用轴向间隙和径向间隙，二是集风器出口中形状和叶轮入口附近前盘形状相匹配，这样可以最大限度减少流动损失使气体流动连续，即减速规律相一致；（2）为了保证强度，增加了相应部分材料的壁厚，具体尺寸详见图；（3）特别要保证集风器喉部和出口尺寸精度。3.2.3 蜗壳设计图3-3 蜗壳一，概述 蜗壳的作用是集中即将离开叶轮的气体，导流，并将气体的部分动能扩压转变为静压。 目前离心通风机一般都采用矩形蜗壳，因为矩形蜗壳工艺简单容易焊接，离心通风机蜗壳宽度要比里面的叶轮宽度大得多，流出叶轮后的气流流道突然扩大，流速也随着突然变化14。如图3-2所示，为设计蜗壳时的外型线。图3-4 蜗壳设计型线二，基本假设 15-161，蜗壳各不同截面上所流过流量与该截面和蜗壳起始截面之间所形成的夹角成正比： （3-1） 2，由于气流进入蜗壳以后不再获得能量，气体的动量矩保持不变。 常数 (3-2)三，蜗壳内壁型线17 图3-5离心通风机蜗壳内壁型线根据上述假设，蜗壳为矩形截面，宽度B保持不变，那么在角度的截面上的流量为： (3-3)代入式(3-2)： (3-4)上式表明蜗壳的内壁为一对数螺线，对于每一个，可计算，连成蜗壳内壁。可以用近似作图法得到蜗壳内壁型线。 实际上，蜗壳的尺寸与蜗壳的张度A的大小有关 令按幂函数展开： (3-5)其中 那么 (3-6a)系数m随通风机比转数而定，当比转数时，(3-6)三项是前面两项的10%，当时仅是1%。为了限制通风机的外形尺寸，经验表明，对低中比转数的通风机，只取其第一项即可： (3-6b)则得 （3-7）式(3-7)为阿基米德螺旋线方程。在实际应用中，用等边基方法，或不等边基方法，绘制一条近似于阿基米德螺旋线的蜗壳内壁型线，如图3-5所示。 蜗壳出口张度A (3-8) 一般取，具体作法如下： 先选定B，计算A式(3-8)，以等边基方法或不等边基方法画蜗壳内壁型线。 四，蜗壳高度B 蜗壳宽度B的选取十分重要。，一般维持速度在一定值的前提下，确定扩张当量面积的。若速度过大，通风机出口动压增加，速度过小，相应叶轮出口气流的扩压损失增加，这均使效率下降。 ，如果改变B，相应需改变A使不变。当扩张面积不变情况，从磨损和损失角度，B小A大好，因为B小，流体离开叶轮后突然扩大小，损失少。而且A大，螺旋平面通道大，对蜗壳内壁的撞击和磨损少18。一般经验公式为： 1. 或 2. 低比转数取下限，高比转速取上限。 3. 为叶轮进口直径，系数： 五，蜗壳内壁型线实用计算 以叶轮中心为中心，以边长作一正方形。为等边基方。以基方的四角为圆心分别以为半径作圆弧ab,bc,cd,de，而形成蜗壳内壁型线。其中 (3-9) 等边基方法作出近似螺旋线与对数螺线有一定误差，当比转速越高时，其误差越大。可采用不等边。方法不同之处，做一个不等边基方法： 不等边基方法对于高比转速通风机也可以得到很好的结果。图3-6 等边基方法 图3-7 不等边基方法六，蜗壳出口长度C，及扩压器 蜗壳出口面积。一般 (3-10)或 往往蜗壳出口后设一扩压器，如图3-8出口扩压器角度为佳。为了减少总长度，可适当加大。 图3-8 出口扩压器 七，蜗舌 蜗壳中在出口附近常有蜗舌，其作用防止部分气体在蜗壳内循环流动，蜗舌附近的流动较为复杂，对通风机的影响很大。蜗舌分三种：平舌，浅舌，深舌。 当QQ正常时，流动偏向出口在舌部出现涡流及低压，使通风机性能下降。功率N加大，一般蜗舌头部的半径取 蜗舌与叶轮的间隙t一般取 (后向叶轮) (前向叶轮)t过小在大流量时会升高一些，但下降，噪音加大。t过大，噪音会低一些，但也下降。如下图蜗舌设计型线： 图3-10 出口蜗舌3.2.4 主轴设计（1）主轴和叶轮配合采用基轴制过盈配合，径向采用键连接，主轴与轴承也采用过盈配合；（2）轴的轴上各部件的位置由轴肩和各部件的螺母确定。3.2.5 电动机的选择根据WDLH450风机需求选择功率为15KW，转速为1450r/min的电机。3.3 离心风机设计时几个重要方案的选择19(1) 叶片型式的合理选择：常见风机在一定转速下，后向叶轮的压力系数t较小，叶轮直径较大，其效率也比较高；前向叶轮则相反。 (2)风机传动方式的选择：如传动方式为A、D、F三种，则风机转速与电动机转速相同；而B、C、E三种均为变速，设计时可灵活选择风机转速。一般对小型的风机广泛采用与电动机直联的传动A，对大型风机，有时皮带传动不适，多以传动方式D、F传动。对在高温、多尘的条件下，传动方式还要考虑电动机、轴承的防护和冷却。 (3)蜗壳外形尺寸选择：蜗壳的外形尺寸应该选择少一点的。高比转数的风机，可以采用缩短的蜗形，对于低比转数的风机则一般选用标准蜗形。但是为了缩小蜗壳尺寸，可采用蜗壳出口速度大于风机进口速度的方案，此时采用出口扩压器以提高静压值。 (4)叶片出口角的选择：叶片出口角是设计时首要选定的参数之一。叶片主要分类有这几种：强后弯叶片、后弯直叶片、后弯圆弧叶片、后弯机翼形叶片、径向出口叶片、径向直叶片、强前弯叶片、前弯叶片。 (5)叶片数的选择：在离心风机中，增加叶轮的叶片数可以提高叶轮的理论压力，因为它可以降低相对涡流的影响(即增加K值)。但是增加叶片的数目，却也增加了叶轮通道的摩擦，这种损失造成了风机的实际压力降低，反而增加了风机的能耗。所以，对每一种叶轮来讲，都存在着最佳的叶片数目。 (6)全压系数t的选定：设计离心风机时，实际压力都是预先给的。这时需要选择全压系数t。 (7)叶轮进出口主要几何尺寸的确定：风机是靠叶轮传递给气体能量的，所以叶轮的设计对风机影响很大；叶轮的结构，对风机的性能参数起着关键作用。叶片的设计是离心风机设计的关键，而叶片的设计最重要的就是确定好叶片的出口角2A。第四章 校核计算4.1 叶轮的强度计算 一，叶片的强度计算20由于叶片两面全是凸形，可将叶片当做椭圆形近似计算。图4-1叶片展开示意图2b1=179.2mm 2b2=172mm a1=8.52mm a2=4.92mmb=240mm =45R=296mm （4-1）由于叶片和前、后盘是以焊接连接，所以按整体件计算最大弯矩。图4-2 弯矩示意图已知：叶片重量 G=3.5公斤力 Rc=R=296mm （4-2）363.2公斤力 （4-3） 5136.2公斤力.毫米 （4-4）其中抗弯截面模数 4945.8mm （4-5）公斤力.毫米 （4-6）查相关工具书的16mm，直径=16mm的抗拉强度所以 故叶片安全。二，铆钉的强度计算扭矩 97360018.5145012421.8公斤力.毫米 （4-7）铆钉所在圆周半径R为150mm，每个铆钉所成受的平均剪应力： 0.1374公斤力.毫米 （4-8）其中d=8mm z=124.2 主轴的计算21图4-3主轴设计风机的主轴传动方式为D式，见下图：图4-4 主轴力矩图其中:G1为叶轮重量和其不平衡之和167.54公斤力；G3为联轴器的重量30.2公斤力；G4为AB段轴的重量23.66公斤力；G5为AC段轴的重量12.55公斤力；G6为BD段轴的重量10.78公斤力L1=93mm d1 =35mm L2=219.5mm d2=35.8mm L3=150mm L4=93mm 250.16公斤力 （4-9） 167.54+25.4+23.66+12.55+10.78250.1610.23公斤力 （4-10） 公斤.毫米 （4-11）8357.6公斤力.毫米 （4-12）剪应力 1612421.8/3.147030.1845公斤力/平方毫米 （4-13）拉应力 1648804.4/3.147030.725公斤力/平方毫米 （4-14） 0.814公斤力/平方毫米 （4-15）查表得45钢正火、回火=100b= 588 故max=b= 588所以设计的主轴安全。4.3 主轴的转速D式传动的离心通风机主轴在计算主轴临界转速，忽略轴和联轴器的重量 （4-16） 详见主轴校核部分，其中G为叶轮的重量160公斤力，3055.6 （4-17）可以保证风机转速的安全运行4.4 轴承的寿命本主轴采用双列向心轴承由前面轴校核计算得轴承的径向载荷公斤力，轴承的轴向载荷为气流对叶轮的轴向力，经计算得公斤力 （4-18）查表得 公斤力 =3 P为轴的当量动载荷 （4-19）查表 令 250.61+1.7465.40 =363.96公斤力 （4-20）代入数据2645503小时 （4-21）第五章 风机噪声的控制(1) 机壳处的噪声控制1微穿孔板吸声结构，夹层中间不加填料，内壁穿孔率为1%3%,板厚微0.8mm，孔径为0.8mm。可用一个夹层或两个夹层。层与层之间的间隙为50100mm。用这种方法试验后的结果是风机的性能基本上没有变化，而噪音却有大幅度的降低22-25。2可以在整个机壳的外侧放置衬垫贴,这样也能起到降噪的作用。(2) 进、出风口处的噪声控制经过以往实验测试,离心风机运行时噪声主要在进风口与出风口。通用的方法是按照声的阻抗失配原理,在进风口和出风口的地方安装吸声式消声装置，从而达到减低风机噪声的目的。(3)蜗舌结构的改进26由于存在着叶片尾迹,在叶轮出口处的切向速度分布曲线呈现着明显的最大值和最小值。蜗舌尖端半径的大小及蜗舌与叶轮外径的间距大小对出风口处的噪声影响较大。一种方法是改变蜗舌的边缘，大多数风机蜗舌的边缘是平行于主轴,让叶轮流出的不均匀气流同时作用在蜗舌上,从而使蜗舌受到较大的脉冲力促使向外辐射较强的噪声。现应该改变蜗舌的边缘，使得边缘与主轴倾斜。使得作用在蜗舌的脉冲力相互错开，也就减少了蜗舌上的脉冲力，从而降低了噪声；另一种方法就是在风舌的内侧固定一层穿孔板,内附上一种超细玻璃棉作为吸声材料，这样也在一定的程度上降低了噪声。(4)叶轮气体流道的改进27在风机叶轮的设计中,最应该关注的就是叶轮的进口速度和叶轮中的减速程度。降低叶轮中的进口速度和增大叶轮中的减速程度,可使叶轮中的流速减小,减少流动损失,提高叶轮的流动效率,更能有效地降低噪声。在叶片上设计采用后掠式的扭曲叶片,叶片在出风口处应该适度前倾,在进风部位后掠,这样可以有效避免流道的突然扩张,防止气流严重分离,让叶片背面产生的紊流附面层和分界层所形成的涡旋胚以最快的速度分解,这样提高了气流在叶道中的流动效率,也就减少了涡旋所产生的噪声。第六章 设计总结与展望 这次设计从开始就得到了南通万帝来机电公司技术部和蒋雪松老师的帮助，表示非常感谢。在设计中我学到了很多经验，并将所学的理论知识得以结合利用，这次设计让我对风机有了更多的了解，在设计的过程中，并能熟练使用AutoCAD、solidworks等电脑制图软件，相信对我以后的工作有着很大的帮助。当今时代世界能源紧缺，风机是耗能大户。提高风机的效率和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。目前，国内外对离心风机的研制还在不断地进行当中。通过对离心风机的研究设计，我们不难知道离心风机的运行效率和风机内部机构性能参数有关，我们还可以对离心风机内部机构的一些性能参数优化和改进，从而可以提高离心风机的效率值，也可以减少了动力消耗和噪声振动。从而近可能的使离心式风机的发展朝着低能耗、低噪音、高效率的方向发展，促使了风机行业的蓬勃发展28。因此，对离心风机的研究具有重大的意义。致谢本文是在蒋雪松老师的亲切关怀和悉心指导下顺利完成的。在论文写作期间，从论文的选题、开题报告、文献综述到论文撰写的每一个环节，蒋老师都给我提供了许多宝贵的资料和珍贵的建议，并且密切关注我的论文进程，不断督促我的论文写作和调整。可以说，我论文的每一次进步，都离不开蒋老师的辛勤指导，使我能够顺利完成毕业论文的写作。在此致以最深切的谢意和敬意！同时，感谢南通万帝来机电有限公司为我提供良好的学习场所，感谢公司技术部对我课题研究设计上的帮助，还感谢我的同学们在我的大学生活和论文撰写进程中给予的帮助，他们聪明好学，给我提出了许多宝贵的建议，使我受益匪浅，在此深表感谢！最后，感谢我的父母和亲人给予我的支持与无私奉献，谨以此论文先给他们！参考文献1 百度百科.离心式风机.N./view/2790852.htm，2012.2 成心德 离心通风机M.化学工业出版社，2006：67-693 B埃克. 通风机.J 北京: 机械工业出版社. 1983：70-76 4 李庆宜.通风机. 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