双吸入离心式通风机结构设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】
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毕业设计任务书设计题目 双吸入离心式通风机结构设计 院 (系) 机械工程学院专 业 机械设计制造及其自动化学生姓名 学 号 起迄日期 2014年2月17日 2014年6月13日设计地点 校区 指导教师 职称 讲师 职称填写日期: 2013年12月16日任务书填写要求1毕业设计任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经教研室审查、教研室主任签字后生效；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及院（系）主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“院（系）”、“专业”等名称的填写，应写中文全称。学生的“学号”要写全号，不能只写最后2位或1位数字；5在任务书内“主要参考文献”一栏中，指导教师可列出必读的参考文献，但不能给出太多的参考文献。“主要参考文献”的填写，应按照国标GB771487文后参考文献著录规则（见苏科教通200695号文件中的附件7）的要求书写，不能有随意性；6任务书封面上“起迄日期”是指从毕业设计开始到毕业设计答辩结束为止； 7有关年、月、日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2006年9月25日”或“2006-09-25”。1毕业设计任务的内容和要求（包括技术要求、设计条件、工作要求等）：1. 课题的意义毕业设计要求学生正确运用和查阅与本课题相关的设计标准、规范、手册、图册等技术资料，独立地进行理论计算、结构设计、强度校核、绘制工程图样、编写设计说明书及其相关研究报告，训练和掌握机械产品设计的基本要求、基本方法、基本步骤，为走向工作岗位打下坚实的基础。本课题为“双吸入离心式通风机结构设计”，通过毕业设计，着重了解和掌握双吸入离心通风机的基本原理、组成结构、材料、强度计算、制造加工工艺、冷却润滑方式等内容。设计参数如下： 全压：；流量：；主轴转速：；进气压力： ；气体温度： 介质：空气介质密度为 2任务要求（1） 写出开题报告；（2） 翻译资料一份；内容要求与本课题技术领域相关，字数约为5000中文文字的外文资料。（3）气动性能计算，要求运转平稳、较高强度和耐磨性、高效低噪声等；（4）结构设计，包括叶轮、机壳、进风口、传动组、调节门等结构；（5）强度校核，完成风机主要零部件的强度校核，主要包括轮盘、叶片、主轴等；（6） 根据理论计算得出的结构参数，采用CAD软件，完成成套的工装图纸，包括装配图和部分主要零件图。要求所绘图纸总量不少于3张A0。（7）按毕业设计论文撰写规范要求，撰写一份50页以上的毕业设计说明书。3知识体系要求：（1） 熟练掌握机械制图国家标准规范；设计符合最新国家标准及行业标准；（2） 能正确运用CAD软件，绘图要求图层分明（线型、线宽、颜色的设置）；（3） 掌握通风机的气动计算、结构设计和强度计算等内容；（4） 掌握通风机理论设计的一般原则和计算方法；（5） 熟悉设计说明书的撰写规范。2毕业设计应提交的成果（明细列出计算书、设计说明书、图纸、计算成果、硬件实物、实验报告及工作过程中应提交的材料等）：1开题报告一份；2翻译资料一份；3所绘制的设计图纸；4毕业设计说明书一份。5以上资料中具有电子文档的部分集中刻制的光盘一张。3主要参考文献：1 张玉成，仪登利.通风机设计与选型.北京:化学工业出版社,2011 2 李庆宜.通风机.第1版. 北京:机械工业出版社,1981.93 商景泰.通风机实用技术手册 北京:机械工业出版社,2005.44 成心德.离心通风机.北京: 化学工业出版社,2007 5 白桦，鲍东杰.流体力学 泵与风机.武汉: 武汉理工大学出版社,20084毕业设计工作进度安排：（包括序号、起迄日期、工作内容）：12014-2-172014-3-10 查阅资料，了解和掌握离心通风机的基本原理与结构形式、加工制造工艺、设计方法、生产使用现状、技术关键等内容。撰写开题报告和翻译外文资料； 22014-3-112014-3-24 查阅相关资料，确定通风机总体设计方案，包括基本原理与组成结构等；32014-3-252014-4-14 查阅相关资料，完成通风机结构与气体动力学性能参数计算；完成通风机总体与部件结构设计 42014-4-152014-4-25进行关键零部件的强度计算与校核。52014-4-262014-5-12完成结构部件图与装配图的绘制；62014-5-132014-5-26 撰写设计说明书，20日上交毕业设计论文初稿。72014-5-272014-6-9 整理完善所有毕业设计文档资料，上交全部资料的打印稿和刻制光盘的电子稿。 82014-6-102014-6-13 毕业设计答辩准备，参加毕业设计答辩。指导教师签字： 教研室/系 主任签字： 年 月 日 第22页离心式通风机设计说明书摘要本文通过对离心式通风机的设计理论的研究。提出了关于高压离心通风机的相似设计理论方法和理论设计方法。用这种方法设计出的高压离心通风机的结构进行了详细设计，包括叶轮参数设计、进风口参数设计、传动组结构设计和蜗壳支架参数科技，通过对各种典型风机设计的理论研究，以及根据锻冶炉通风的要求，最后进行了高压离心通风机的三维建模，并生成工程图图纸。关键词：离心机、结构设计目录通风机结构设计1摘要1第一章绪论41.1研究背景41.2通风机概述51.2.1通风机的结构及主要部件51.2.2离心通风机的工作原理61.3国内研究现状6第二章通风机的设计方法92.1离心通风机的相似设计92.1.1通风机的相似理论92.1.2通风机的相似设计92.2通风机的理论设计11第三章通风机结构设计123.1 通风机叶轮参数设计123.2 通风机进风口参数设计143.3 通风机传动结构设计173.4 通风机蜗壳参数设计18第四章通风机零件的三维建模及装配204.1离心通风机零件的三维建模204.2离心通风机的三维装配21参考文献23第一章 绪论1.1研究背景通风机是一种十分常见的流体机械设备，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等。目前，在我国各行各业的各类机械与电气设备中，与风机配套的电机约占全国电机装机量的60%，耗用电能约占全国发电总量的七分之一。随着全球能源短缺问题的日益严重，节能环保越来越受到各国的重视。风机作为重要的耗能设备之一，如果能降低其能耗，开发新型的节能产品，必然会为国民经济带来巨大的经济效益。离心通风机是国民经济各部门广泛应用的机器。据统计，在全国的总用电量中，通风机的耗电量约占10%。节约能源是我国的一项基本国策，也是我国今后长期的战略任务。据相关调查资料表明，目前我国使用的风机的效率，多数比工业先进国家的同类产品的效率低5%-10%。因此提高离心叶轮机械研究和设计水平，对国民经济的发展及节约能源将产生重要的影响。在火电厂中通风机是仅次于泵的耗电大户，其耗电量约占机组发电总量的1.5%-3%，占厂用电的25%-30%左右，其运行费用己直接影响到电厂的经济性。目前离心式风机在我国电厂中占有较大比例，研究和改造离心式风机，提高其效率，对火电厂的节能增效具有重要意义。前向高压离心式通风机，如9-19、9-26系列风机，由于其输出压力高，因而广泛用于锻冶炉及高压强制通风、物料、空气输送等。前向离心式通风机由于其叶片出口角和叶片曲率较大的结构特点，流动往往比后向风机更为复杂。尤其是在叶轮流道末段，前向凤机总是不可避免的出现强烈的“射流一尾流结构、分离流动以及二次流等。这些流动往往是能量损失、振动和噪声的重要来源之一。而在后向离心式通风机中，这些不利的流动一般可以得到的减弱甚至消除。因此，设计后向叶片代替前向叶片，减小流动损失，是提高风机的性能的可行路径。随着国民经济的快速发展，电厂在环境保护方面的压力越来越大，于是电厂在锅炉尾部加装了除尘、脱硫、脱氮等设备；为了提高老电厂的热效率，通常在锅炉尾部加装受热面；有些电厂增加机组后，为了节省投资，从原锅炉分流一部分烟气来预热制粉系统需要的新空气，所有这些都增加了管道的阻力和系统的风量。类似的问题也多存在于煤矿业、建筑通风系统、纺织企业、钢铁企业、水泥生产和粮食储存等社会生产的多个方面。为了满足增大系统风量的需求，必须对风机进行更换或改造。更换新型风机虽然可以满足需要，但是将导致耦合器、增速器、电动机的重新选型、一次性投资巨大，回报率低。对现有风机进行改造，不仅可以降低再投资需要的资金，而且可以减少新设备的占地面积，有利于设备的布置。目前，G4-73型通风机还普遍应用于300MW及以下的电厂机组和各类工矿企业中，对其进行研究改造将对这些企业的节能增效产生重大影响。1.2通风机概述离心通风机是应用面广泛的一种通用机械，大至矿井通风、锅炉引送风和化工流程，小至工业炉鼓风机以及空调、建筑物通风等无不采用通风机。精心设计制造和合理选用通风机，对节能和减小噪声污染具有重要意义。1.2.1通风机的结构及主要部件如图1.1所示，为常见的单吸离心式通风机的结构示意图(双吸主要结构类似)，其主要部件如下：1一底板2一出风口 3一进风口(集流器)4一前盘5一叶片6蝴壳7后盘 8轴盘9主轴 10轴承座 11一带轮图1.1 离心式通风机结构示意图(1)叶轮 由前盘4、叶片5、后盘7和轴盘8组成。叶轮是通风机的心脏。它由原动机直接驱动。叶轮是通风机将原动机的机械能转换为气体能量的唯一部件，它的尺寸、几何形状以及转速等基本参数制约着气体在叶轮中的流动特征，决定着通风机的流量、压强升，以及流量与压强升之间的关系。(2)机壳 由出风口2、进风口3和蜗壳6组成。蜗壳是由蜗板和左右两块侧板咬口或者焊接而成。其作用是收集从叶轮中出来的气体，并引导至蜗壳的出口处，从而将气体输送到管道中或者排到大气中去。有的通风机的蜗壳还可以将气体的部分动能转变为压力。为了制造方便，蜗壳一般都设计成等宽度截面。集流器的作用是将气体导入叶轮，其形状要精心的设计和制作，以保证叶轮入口的气流状态良好。(3)前导器有的离心通风机还装有前导器，它是由可调节的叶片制成，其作用是用改变叶片角度的方法，获得不同的性能曲线，从而扩大通风机的使用范围。(4)扩散器有的离心通风机出口处装有扩散器，其作用是将出口气流的部分动能转变为压力，从而减少出口处的动压损失。扩散器一般是紧接蜗壳的出口，截面一般为方形或者圆形。除此以外，离心式通风机一般还由传动部件(如带轮1、主轴9等)和支撑部件(底板1、轴承座10等)组成。1.2.2离心通风机的工作原理当叶轮旋转时，离心通风机叶片之间的气体受到离心力作用获得动能(动压头)，从叶轮周边排出，再经过蜗壳的导向，使之流向通风机出口，这样在叶轮中心部位就会形成负压，外部气流在压力的作用就会源源不断流入补充，从而使风机能排出气体。电动机通过轴把机械能传递给风机的叶轮，叶轮通过旋转把能量传递给空气，在旋转的作用下空气产生离心力，空气延风机叶轮的叶片向周围扩散，此时，风机叶轮越大，空气所接受的能量越大，也就是风机的压头(风压)。德国TLT公司利用计算机技术，结合公司多年的液压式动叶调节技术的经验，设计了使用该种调节方式的轴流通风机，其各方面的综合性能都是十分的优良，运行效率可达83-88。此外该公司还研究了用于报价投标和设计选型方面的CAD系统，并取得了较好的实用效果。此外，美国的西屋研究与发展中心、美国NASA的刘易斯研究中心利用CAD技术设计了许多型号的轴流通风机。1.3国内研究现状目前国内通风机总的发展趋势是：引进国外风机先进技术，在已有风机的基础上，进一步研制高效率、低噪声风机；改造和更新低效率、高能耗风机，并向防腐蚀、延长使用寿命和自动化方向发展。关于数值模拟方面，主要集中在模拟风机内部流场，并进行节能改造，清华大学的黄东涛提出了在离心风机叶轮设计中采用长短叶片开缝的新技术。这种技术综合了长短叶片和边界层吹气两种技术的优点，能有效使气流通过缝隙将叶片尾部紧靠吸力边的漩涡带走，改善叶轮通道内的流动。王松岭等基于标准 湍流模型，利用CFD对G4-73型离心式风机加装防涡圈前后的风机内部三维流场动力学特性和泄漏损失进行了数值模拟。结果表明：与未加防涡圈的风机相比，加防涡圈后的风机集流器上部大尺度漩涡得到有效抑制、漩涡旋转强度明显降低，内部流场更均匀化，泄漏损失大大减少，全压升高。朱之墀提出了风机现代设计方法，根据改进的工程设计方法给出综合性能较好的风机通道型线，然后数值模拟风机整机三维粘性流动，来分析比较其内部流场，为改进设计提供依据，同时进行优化计算，好中选优。他利用FLUENT软件进行风机流场模拟，主要针对与叶轮流动有很大影响的一些叶轮气动力参数，如前盘形状、叶片型线、叶轮进出口宽度比、叶轮进口直径与宽度比、叶轮出口角等进行改进。关于叶轮进口流场的研究，王嘉冰认为不同的集流器型式将引起风机内部不同的流动状态，对于锥弧形集流器，其喉部到叶轮进口的扩散段气流脱离壁面容易发生边界层分离，形成漩涡，使得叶道中的流动情况恶化；林世扬等采用激光多普勒测速仪对集流器内部流场进行观察，并运用变量轮换法以风机能量损失最小为目标函数对集流器流道进行优化。对于离心风机叶轮进口前设置不同型式的入口导流器对流场的影响，大多集中在理论和实验研究，国内尚没有利用数值软件开展不同型式导流器对风机流场影响的研究。关于叶轮出口流场的研究，张莉等对无叶扩压器流场进行模拟，发现叶轮后的无叶扩压器内部不仅存在射流/尾流结构，而且尾流消失在无叶扩压器内是一个衰减过程引，呈现出非定常流动特性。马胜远等应用Fine/Design3D软件，采用CFD方法对某一高压比跨音速离心叶轮进行三维叶片型线优化设计，分析结果表明离心叶片后弯角增大原则上可以提高压比，降低效率，但是合理地设计叶型也可以在后弯角增大时提高效率。邵卫等采用商业CFD软件FLUENT，利用单流体模型，对离心风机改造风机叶轮后盖板中心处的倾角后的内部流场进行了三维数值模拟。结果表明，在叶片压力面就能获得很好的效果，压力面对流体的做功增大，风机的整体性能得到很好的改善。由于现有的设计体系均是在假定叶轮和静止部件内流动相对定常的基础上进行的，而忽略了叶轮机械内部流动固有的非定常性，因此目前的设计手段不能满足发展要求。随着CFD技术的成熟及计算机的发展，CFD技术更多地出现在研发过程中，Jong Sik Oh等人对压比分别为8个离心叶轮进行了CFD结果可信性分析，结果表明，基于CFD技术的数值模拟研究方法是完全可信的，同时论证了基于时间相关方法比压力修正的方法更适合与高速离心叶轮的流动分析。有多位研究者都曾对带分流叶片的离心叶轮机械内部流动进行过研究，发现在一些高压比、高效率的离心叶轮中，使用分流叶片是非常普通的设计方法。在大量的设计调查中确认，采用分流叶片在进口段会减少叶片阻塞，使更高的质量流量可以流经叶轮。实验也表明分流叶片转子的性能在跨音速区跟不带分流叶片的叶轮一样好，或者好于后者。清华大学、上海交大和西安交大等一些大学和科研院所已经积极采用三元粘性理论取代一元和二元理论来设计和研制开发新型风机，并取得了显著成果。第二章通风机的设计方法有关离心通风机的设计方法目前主要有两种：一种方法是相似设计法，另外一种是理论设计法。本章将对这两种设计方法做较详细的介绍。2.1离心通风机的相似设计通风机的相似设计就是利用相似理论，在已有模型或者产品基础上进行新产品设计的方法。相似设计可以利用现有的空气动力学略图和无因次性能曲线进行新产品设计；也可以利用已有的通风机将其尺寸按比例放大或者缩小，而性能则可按有因次性能之间的换算公式进行换算即可。2.1.1通风机的相似理论两个通风机相似是指叶轮和气体之间的能量传递过程以及气体在通风机内流动过程相似，或者它们的同名物理量在任一对应点之比保持常数，这些常数称为相似常数(或者比例常数)。相似理论所能解决的问题：通风机的研究，从本质上讲就是研究通风机流道内的流体流动过程，其最大的特点是可以利用相似原理来解决以下的重要问题：1) 一定转速下的指定通风机的特性曲线，可以利用相似原理绘制出用无因次系数表示的特性曲线。这种特性曲线适用于在不同转速下工作的同类型的通风机，即几何形状相似、尺寸大小不同的一系列风机。2) 进行通风机的气动力设计时，理论计算往往与实际结果有较大的误差。利用相似原理我们可以选用已有的经过实验的高效率通风机或者模型来进行相似设计，以保证所需要的结果。3) 无适当的高效率风机可选用，必须进行新的设计时，可以利用相似原先制造模型，再根据模型试验结果，准确地换算出实际机器的结果。2.1.2通风机的相似设计1) 相似设计的原理所谓的相似设计其实就是依据两个通风机相似，其比转数必然相等的原理来进行设计的一种方法。假如设计参数(如压力P、流量Q、工作介质等)用户已经给定，则首先应该计算出比转数聆。的值，然后在各方面技术成熟的已有的性能良好的通风机中，寻找一个比转数相同或者接近的作为模型机器，再依据该模型机器的无因次特性曲线和空气动力学略图，将模型机器的几何尺寸应用相似理论按比例放大或者缩小，从而就可以得到与该模型机器相似的新通风机的几何尺寸。2) 相似设计的步骤(1) 标准进气状态下，将给定的压力换算成标准状态下的压力。(2) 确定比转数 。根据比转速公式决定转速和比转速。一般选取n再决定。选取较高的n时，也较高，通风机的效率也就较高。但此时压力系数较低， 较大，不利于降低噪声和增加强度。选取较低的转速n时，情况刚好相反。此外，如果要求通风机通过联轴器由电机直接驱动或者叶轮装在电机悬臂轴上，此时所选取的n必须为电机的转速。(3) 据已决定的通风机的比转速。，选取比转速与相等或者接近的某一类型的通风机。如果模型通风机的恰好等于，那么新通风机的工况点即为模型通风机的无因次性能曲线上的最高效率点。如果不相等，则应在比转速曲线上找到与相等的点，则该点就是新通风机的工况点。出新通风机工况点的全压系数 ，根据所要求的全压计算出周速度。由于转速n已经确定，因而叶轮的直径 也就确定了。(4) 确定后，根据空气动力学略图决定通流部分的其他尺寸，包括叶片安装角 和：以及叶片数Z。(5) 如果计算出的比转速过大，无适当的通风机用作模型时，可考虑采用双吸离心通风机或轴流通风机。如计算出的比转速过小，无适当通风机可选取时，可采用两级离心通风机，但机器结构复杂化了。在上述两种情况下，也可采用两台通风机并联运行或串联运行以满足要求。(6) 流部分的形状和尺寸决定以后，进行新通风机的结构设计。必要时验算部件的强度。(7) 如果通风机的全压大于2500Pa，需要考虑气体的压缩性。(8) 如果设计的新通风机与模型的 。相差超过2-3倍，则要对压力和效率进行修正。(9) 如果拟选取的工况点离模型通风机的最高点太远，为了提高设计工况点的效率，可以适当改变叶片的宽度，使工况点移至最高效率点。相似设计方法比较简单、可靠。可以缩短风机的设计周期，提高风机性能的可靠性，因而这种方法被广泛使用。2.2通风机的理论设计设计风机时给定的条件主要有：全压P、容积流量Q、工作介质及其密度p(或介质的温度)，还有就是结构上的要求以及工作场合的特殊要求。通风机的设计大致有以下几个方面的要求：(1) 满足所需的压力和流量，且工况点应保证在最高效率点附近；(2) 效率曲线应平坦，且最高效率点要尽快的高；(3) 压力曲线的稳定工作区间要宽；(4) 结构不能复杂，工艺性要好；(5) 要有足够的强度和刚度，确保工作安全可靠；(6) 调节性能好；(7) 噪声低；(8) 通风机体积尽可能小，重量轻；(9) 保养维护方便。第三章通风机结构设计3.1 通风机叶轮参数设计通风机的设计参数为：风机全压P=2000Pa，流量Q=25000m3/h，进口压力为Pa,进口温度为300，转速1500rpm。 1据给定的设计参数，如压力P、流量Q，介质以及其进进口状态等条件，可计算出比转数， 式中n为叶轮转速(转/分)，如果设计时没有给出要求，可进行初步的选定。然后根据比转数的值来大致的确定通风机类型及叶片型式。如下：=2.712通风机(前向叶片)=3.612通风机(后向叶片)=1617通风机(双吸入或并联)=1836 轴流通风机2初选叶片的出口安装角。据目前的实验统计资料知，对于机翼形叶片，当。时效率比较高；叶片出口角与压力系数 成线性关系，如图2-1所示。图3.1叶片出口和压力系数的关系通过经验公式选择出口安装角按照叶片出口安装角的大小，可以把叶轮分为三种：后向式叶轮(90。)。必须注意，叶片出口安装角。不宜过度增加，因为的增大势必使全压中的动压比例提高。气体从叶轮流出的绝对速度增大将导致后续静止部件中的损失增大，同时还会增大流动的扩散度导致效率下降。3根据所选的值由上图可查的值，按下式计算叶轮的圆周速度的大小： 一般有：=0.30.6 强后向叶片=0.60.7 径向叶片=0.71.2 前向叶片4确定叶轮外径，然后进行圆整。 叶轮外径改变，将离心风机全压、功率和效率的整体变化。受到离心风机蜗壳的限制，叶轮外径的可增加量较小。而且叶轮外径增大过多时，还将导致蜗舌间隙减小，风机噪声增大等危害。风机叶轮外径增大可以提高风机性能，但是由于优化时以不改变风机蜗壳结构为前提，叶轮外径可增大的范围相对较小。此外，风机叶轮外径增大后，蜗舌间隙减小，会带来离心通风机工作噪声增大的副作用。如果增大过多，还可能导致叶轮与蜗舌间产生动静碰磨，这样将严重影响到离心通风机工作的安全性。5按照叶道中损失为最小的原则，据式(3-4)确定叶片进口直径大小。 这里计算得=0.8m；除上述几个叶轮参数对离心通风机性能有较大影响外，还有叶片包角、叶片出口厚度、叶片冲角、叶轮前盘形式、轮毂形状等因素，也都会对离心通风机性能产生一定影响。但是气流在离心通风机内流动是高雷诺数的三维湍流流动，风机的内部流场十分复杂，各结构参数之间也有着相互的影响。我们以上所述，都只是在风机叶轮的一个结构参数发生改变，而其他参数不变的情况下，分析其对离心通风机性能的影响。实际上，风机叶轮的所有结构参数相互作用对离心风机性能产生一个综合的影响。通过对各主要因素的分析，有利于我们在对各因素影响综合考虑的时候，抓住主要影响因素并加以改进，从而最终达到最佳的优化效果。3.2 通风机进风口参数设计1通风机叶轮进口直径的确定。因为叶片进口一般要求稍有加速，所以常取： 2确定叶片数z。根据下式计算，然后进行圆整。 对z进行取整，z=14；叶片数Z少时，栅距f增大，流道相对长度缩小，并增大了流道的扩散度，从而将在流道中形成漩涡，使效率下降。反之，叶片数过多时会导致气流进入叶轮后受到过度收缩，并增大了气流的摩擦损失，从而使效率降低。叶片数z的选择应保证有足够长的流道，叶轮进口处因叶片的排挤所引起的收缩不应太大，同时摩擦面积也应恰当。在风机设计过程中，往往根据经验或半经验公式计算，确定最佳叶片数。合理的叶片数Z对风机性能有很大影响，根据埃克风机理论6，离心风机的最佳叶片数只能由实验来确定，而实际设计时往往是根据经验或半经验公式计算得到。这样虽然在保证叶轮效率的前提下简化了设计流程，但不能准确的得到风机叶片数的最佳值。此外，叶片数Z的改变，也不会改变风机叶轮的外形结构，符合优化前提。3确定叶片进口和出口的宽度 ，。对于前向叶轮，就研究表明：当其比转数=4.5-1 1.7时，叶片的进口宽度可按下面的范围选取：当=0.25-0.35时， ；当=0.35-0.5时， ；当0.5时， ；假如采用平直前盘，则=.假如采用锥形前盘，当一定时，盘倾斜角 不易过大。对于后向叶轮，大都是采用弧形或者锥形前盘，一般按经验公式根据值的大小选取 的值。验研究表明：在不同的下，取值范围如下：当时，当时，求值大小。 从而叶片进口宽度为： 这里平直前板结构所以=0.48叶轮出口宽度增大可以提高风机流量和全压，并且不会产生噪声增大和动静碰磨的问题。但是，叶轮出口宽度增大也就意味着叶轮宽度b要相应增大，其可增大范围受防涡圈结构的影响。而且叶轮宽度增大后，集流器的伸入度发生改变，需要对集流器进行改造，这也是违背优化前提的。4确定叶片进口安装角的值。由流体连续性方程，按下式先计算出的大小。 先选择，再进行验算，根据速度三角形可得： 一般可取冲角i=0-8。，则 合理的选择叶片进口安装角，可以提高风机的全压和效率。并且进口安装角的改变，不会改变风机叶轮的外形结构，这符合优化前提。另外，在不改变叶片叶型的情况下，即通过将叶片整体偏转来改变进口安装角也会使叶片包角和冲角相应变化。5对全压P进行验算。风机进气管道静压测点到风机入口之间的这段管道存在阻力损失，使测得的静压高于风机入口实际静压。这部分损失用几。表示，计根据下式计算无限多叶片的实际压力： 如果实际压力P的大小与使用要求接近则行，否则就要修改相关参数(、Z等)，重新进行计算。风机出气管道的动压采用皮托管测量，测量时由于气体为粘性流体，受管道内流动附面层的影响，在圆形管道横截面上不同半径处气体流速分布不均匀，管道中心处速度最大，而贴近壁面处的速度几乎为零。在通风机性能实验中，为了求得圆形管道横截面上气流的平均动压，一般将截面管分成若干个面积相等的圆环，每个圆环又分成面积相等的两部分，在这两部分的分界线上测量动压值。6叶片型线的绘制离心通风机叶轮的主要参数如D1、D2、 、和z确定后，就可决定并能绘制叶片的形状。 3.3 通风机传动结构设计计算风机所需的电动机功率：通常选择通风机电动机功率的方法是从满足驱动通风机所要求的功率,并适当地考虑安全储备,即为安全、运行的目的,并未从电动机运行的节电、运行的经济性等问题来考虑。国家标准采暖通风与空气调节设计规范(GBll9-87),通风机所配用的电动机,其功率应按下式确定: 式中P电动机功率kw,K电动机轴功率的安全系数Pz电动机的轴功率,kw一般离心式通风机K值选择在1.3-1.5之间选择。所谓最佳负载率是针对某一目标列出的目标函数,求出其约束条件下的最大值或最小值的负载率.当前只有以节电为原则的异步电动机效率最高时的最佳负载率,或称为经济负载率。由于目标不同而会得出不同的最佳负载率。文中提出四类不同的最佳负载率是由低到高逐步完善合理的过程。 3.4 通风机蜗壳参数设计蜗壳的作用是将离开叶轮的气体集中，导流，并将气体的部分动能扩压转变为静压。目前离心通风机普遍采用矩形蜗壳，优点是工艺简单适于焊接，离心通风机蜗壳宽度B占比其叶轮宽度b2大得多，则气流流出叶轮后的流道突然扩大，流速骤然变化。如图3.2所示， 为叶轮出口后的气流速度，为其气流角(分量为和)，蜗壳内半径为R处一点的流速为c，分量为和知，a为气流角。图3.2通风机蜗壳1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,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。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，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。一般经验公式为： 低比转数取下限，高比转速取上限。2. 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，而形成蜗壳内壁型线。其中 = =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。蜗舌尖部圆弧半径r=(0.03-0.06)D=1.3蜗舌与叶轮间间隙t=(0.05-0.10)D=0.8蜗壳出口宽度C=(1.31.4)A=32此处所用入口速度及转速皆为根据经验给定的近似值，但因本文重点是比较两种叶轮的流体动力性能差别，故只要两种叶轮风机的边界相同，对结果分析影响不大。第四章通风机零件的三维建模及装配离心通风机零件三维模型库的建立由于零件模型的结构设计是在零件三维建模的基础上实现的，零件模型的完善程度也将直接决定整体结构设计的开发难度和工作量，因此在离心通风机零件三维建模时要充分考虑到结构实现，合理标注尺寸、建立约束。4.1离心通风机零件的三维建模离心通风机三维模型建立的第一步是建立每一类型离心通风机的零件模型，以此模型为样板，从而在此模型的基础上，根据相似设计原理，实现离心通风机的结构造型设计。模型建立的好坏直接影响到设计过程的实现，建模是后继工作的基础和保障。因此，零件的三维建模在本课题中占相当大的比重。离心通风机必须满足以下条件：1本风机是各系列离心通风机中的典型风机，具有此系列离心通风机的典型特点。2本风机具有此系列离心通风机的典型零部件结构。在建立模型时，第一步：首先分析离心通风机的结构组成：其设计组件由机壳组、进风口组、叶轮组、后盖组、传动组这五大组件组成。而每个组件又是由不同的零件来构成。如离心通风机的叶轮组件是由轴盘、后盘、叶片、前盘等不同的零件组成。图4.1通风机叶轮组三维模型第二步：分析离心通风机中各零件的建模基准面、线、点，利用SolidWorks三维建模功能将离心通风机各零件由二维工程图纸生成三维零件模型，通过尺寸标注和施加相切、共线、垂直、对称等关系实现特征的全约束，同时正确设立控制三维零件模型的设计参数。4.2离心通风机的三维装配完整的离心通风机产品往往是由多个零件装配而成的，在三维设计软件SolidWorksqb除了可以构建真实零件的模型外，还具有按产品的要求，以一定的装配关系将各模型零件装配成一个完整产品的功能。在SolidWorks中，零件装配通过定义零件模型之间的装配约束关系来实现。在实际环境中，零件装配是将生产出来的零件通过一定的设计关系将零件组装在一起，使装配体能够完成某项功能。零件之间的设计关系是零件装配的关键，该设计关系将影响整个装配体的结构和功能。在SolidWorksqb，零件之间的装配约束关系就是实际环境中零件之间的设计关系在虚拟环境中的映射。SolidWorks的装配模式主要提供了两种基本设计方法：自顶向下(Top.DownDesign)和自底向上(Down.Top Design)的产品开发方法。(1)由顶向下：该方法是先生成装配体的布局关系，然后根据这种布局关系生成装配零件，产品的设计条件、限制、规格等明确定义清楚后，将这些设计规范传送到每一个子组件与零件中，以保持产品结构的一致性。因为在新产品的设计初期还不能细化到底层的各个零件，往往只有一个大概的设计轮廓，然后在设计过程中再逐步细化，在设计过程中生成所需要的各类零件。所以该方法比较适合新产品的丌发、大型组件的设计管理等。(2)自底向上：该方法是先生成底层的零件，然后然后生成装配体。在该设计模式中，先在零件模块中构造各个零件的三维模型或者调用模型库中已有的三维模型，然后在装配模块中建立零部件之间的联接关系，通过配对条件在零部件之间建立约束关系来确定零部件在产品中的位置。对一些比较成熟的产品，采用该方法进行设计，效率会更高一些，避免了层层布置约束关系和设置限制条件。对离心通风机的装配采用自底向上的方法。因为离心通风机产品设计已经是一个比较成熟的过程。其装配基本上是系列化产品的装配或替换，外构件和标准件较多，采用自底向上的装配方法，简化了装配过程，加快了设计速度。在装配零部件时，由零件三维模型装配成组件模型，然后由各组件模型装配成离心通风机总装图。基于产品零件特征模型进行装配模拟，主要考虑装配信息和装配顺
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