离心风机设计

离心风机设计一、应用背景离心风机是谷物清粮装置的重要部件之一，不仅在各种联合收割机和各种复式脱粒装置上得到广泛应用，而且在其他农业机械，如植保、干燥等机械上都有广泛的应用。风机在机械中应用很广泛，大多数情况下，利用风机产生的气流做介质进工作。例如，在植保机械上，用气流输送、分撒药粉和药液，并使药液雾化；在谷物收割机机械及清选机械上，用气流进行清洗及谷粒分级；在谷物干燥机械中，用气流做热介质传递热能加热烘干谷物并运出水汽；在输送装置中，则用气流输送各种农业物料。在某些情况下，如气吸式播种机，则利用风机产生的真空度使种子吸附于排种盘而排种。此外，农业中也常用风机进行通风换气机物料输送等工作。离心风机是稻麦联合收割机上重要的工作部件，利用谷粒和夹杂物的空气动力学特性的差异进行清选的方法在联合收割机上得到了普通应用。为了提高谷粒的清洁度和降低清选损失，风机出口的气流特性应符合要求，包括流量，动压和静压应沿叶轮宽度方向的分布是均匀的。二、结构组成和特点离心风机结构较简单，主要由叶轮和壳体组成。清粮风机的特点是风机宽度Bk较大（Bk/D2＝1~2，D2叶轮直径），叶片数较少（Z＝4~6片）叶片大多为径向直叶片或叶片安装角大于等于60°的后向直叶片，叶片两端切角以提高出口气流速度的均匀性。,一般为双面进气，用进风口大小或转速来调节风量。一般用圆筒形或张开度不大的蜗形外壳。~清粮风机通常与筛子配合工作，应根据工作条件如筛面负荷、筛面物体组成及湿度等的变化，经常调节风量(相当于调节出口风量)。所以要求调节机构构造简单，调节方便。新的谷物联合收获机上大多用无机变速器调节风机转速的办法来调节风量，也可用调节进风口面积的方法来调节风量。风机出风口上各点气流速度的均匀性对谷粒清洁率及损失率影响显著。由于清粮风机宽度很大，所以出风口气流速度很不均匀。三、工作原理离心风机利用空气的离心作用而工作，动力传至风机轴上，使叶轮高速旋转，进入叶轮的空气和叶轮一起旋转，在离心力作用下，被排除壳外。这时，叶轮中心处产生一定的真空度，因而周围空气又不断的被吸入叶轮，风机就这样连续进行工作。四、原始参数（1）清粮室的颍糠等轻杂物重量为0.35kg/s；（2）颍糠等轻杂物飘浮临界速度为3m/s；（3）清粮室宽度为800mm；采用单层圆筒筛配合离心风机工作，试确定该清选装置所需离心风机的结构参数及功率消耗。五、设计方法在参考教材和资料的基础上，结合参考现有机型进行设计。主要计算如下：1.风机的性能参数的计算：（1）)气流流量Q的确定流量Q与进入清粮室物料量成正比。式中：q0-进入清粮室的谷粒混合物质量（kg/s）；μ-进入清粮室物料重量与空气重量之比，清粮风机上，一般取μ＝0.8；γ-空气重度，取γ=1.2kg／m3因此有：=0.35/0.8*1.2=0.3646(m3/s)（2）气流出口速度v气流出口速度应大于轻杂物临界速度，颍糠等轻杂物飘浮临界速度为3m/s。为确保颍糠等轻杂物能够被有效吹出清粮室，设定风速略大于飘浮临界速度，取风速v=3.5m/s。（3）全压H的确定H=Hd+Hs式中：Hd为风机出口动压；Hs为风机出口静压,双筛结构Hs＝20-25kg／m2，单筛结构Hs＝15kg／m2因此有：=1.2*3.5*3.5/2=7.35因为采用单层圆筒筛配合离心风机工作，从而取Hs＝15kg／m2H=Hd+Hs=7.35+15=22.35（kg／m2）=219.03(N/m2)2.风机主要结构参数的计算：（1）计算叶轮外径D2D2＝60／（πn）对清粮风机，压力系数＝0.3-0.4。选择转速n及压力系数可算得D2，其值应符合总体配置要求，而转速应符合传动设计要求。比转数ns表示风机主要性能参数流量Q、压力P及转速n之间的综合特性。比转数ns愈大，则表示风机流量大、压力低，故可通过风机类型选取比转数。采用的风机为后向直叶片，因此确定风机比转数ns=8。=0.4根据n=nsH3/4/Q1/2=8*219.033/4/0.36461/2=754.326（r/min）因此有：D2＝60／（πn）=60/（3.14*754.326）=0.541（m）（2）风机宽度BB＝（0.9-1）BsBs-清粮室宽度,根据原始参数可得Bs=800(mm)通常B＝Bs=800(mm)（3）风机的流量系数Q1u2==21.361Q1=2Q/（D22u2π）=2*0.3646/(0.541^2*21.361*π)=0.037（4）风机进口孔直径D0和叶轮内径D1计算叶轮内径D1。D1过大或过小，都会使得相对速度w增大，增加也到损失，降低效率。为使w最小，可推出最佳内外径比公式D1/D2≥1.194∛Q1D1/D2≥0.398风机进口孔直径D0式中，c0-气流进入进风口的速度，c0=15m/s因此：D0=0.124(m)叶轮内径D1D1=（1.05~1.15）D0=1.1*0.124=0.1364（m）验证D1/D2：D1/D2=0.1364/0.541=0.252<0.398故参数选取不合适。因D2过大，影响风机的平衡，故修正D2=0.2728，这时D1/D2=0.1364/0.2728=0.5>0.398，能满足D1/D2≥0.398的要求，故合适。此时，Q1=2Q/（D22u2π）=2*0.3646/(0.2728^2*21.361*π)=0.146（5）出风口高度SS＝Q／（Bv）=0.3646/（0.8*3.5）=0.13（m）出风口高度还应根据气流对筛子的作用程度来修正。3.叶片参数的确定（1）叶片进口宽度b1和叶片出口宽度b2：前向叶轮：对前向叶轮，一般b1=b2，可按下式估算：Q1=（0.85~1.15）D1b1/D2因为Q1=0.146;D1/D2≥0.398所以b1=b2=0.367（m）(2)叶片安装角M:取M=600（3）叶片数Z：因为清粮风机叶片数少，取Z=4。4.风机外壳的设计（1）用型风机一般用蜗壳型外壳，清粮风机大多用圆筒形外壳。圆筒形外壳构造简单，外廓尺寸小、制造容易，但损失较大，气流出口速度不均匀。外壳直径DK=(1.05～1.12)D2=1.1*0.2728=0.3（m）通用型离心风机的蜗壳断面形状可为矩形、圆弧形及其他形状。矩形断面结构简单制造方便，风机效率较高；蜗壳外形为对数螺旋线，为了便于设计制造，可用简单画法。（2）画蜗壳外线螺旋线蜗壳形壳体的简便画法如图所示。图中正方形的边长为A/4。由此表可取A=40mm。从正方形的四个顶角，分别以R1、R2、R3、R4为半径绘出相连的圆弧，即为所求螺线蜗壳的外形。其中：R4=D2/2+A/8=0.1414mR3=D2/2+3A/8=0.1514mR2=D2/2+5A/8=0.1614mR1=D2/2+7A/8=0.1984m绘出相接触的圆弧，即为蜗壳的外线。（3）壳体宽度B蜗形外壳B=(1.5～2.0)b1圆筒形外壳B=b+(5～10)公式中，b叶轮宽度；b1-叶轮进口宽度。单位mm。本次设计中采用蜗形外壳从而B=(1.5～2.0)b1=2*0.367=0.734(m)5.风机功耗N式中η-风力效率，通常清粮室效率较低，一般取η≤0.5；ηm-传动效率,是联轴器和轴承的传动效率，ηm=0.95*0.995=0.94525故=0.3646*219.03/（102*0.5*0.94525）=1.676.电机的选型为生产机械选择电动机的种类，首先应考虑电动机的性能是否满足生产机械的要求，例如起动转矩、调速性能指标以及各种运行状态等。在这个前提下，优先选用结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便的电动机。（1）电动机型式的选择考虑到电机的使用环