离心风机的工作原理

1、离心风机的工作原理,离心风机的工作原理,（离心式风机的分类 1 、 风机按风压（相对压力）H的大小，可分为： 2 、 高压离心风机P=294014700N/m2 （H=3001500毫米水柱） 3 、中压离心风机 P=9802940N/m2 （H=100300毫米水柱） 4 、 低压离心风机P 980N/m2 （H100毫米汞柱）； 5、 高压轴流风机P=4904900N/m2 （H=50500毫米水柱） 6 、 低压轴流风机P490N/m2,离心风机的工作过程 离心风机主要由叶轮、进风口及蜗壳等组成（图142）。叶轮转动时，叶道（叶片构成的流道）内的空气，受离心力作用而向外运动，在叶轮中央产

2、生真空度，因而从进风口轴向吸入空气（速度为c0）。吸入的空气在叶轮入口处折转90后，进入叶道（速度为c1），在叶片作用下获得动能和压能。从叶道甩出的气流进入蜗壳，经集中、导流后，从出风口排出,图14-2 离心通风机内气体流动方向 1.出风口 2.蜗壳 3.叶轮 4.扩压管 5.进风口 6.进气室,叶轮的工作原理,（一）速度三角形 空气在叶道上任一点处，有绝对速度c，它是气流与叶轮的相对速度与牵连速度的向量和（图143a）。绝对速度c与牵连速度的夹角以表示。相对速度与牵连速度的反方向的夹角以表示。通常只画出叶片入口及出口的速度三角形，并以1点表示叶轮入口；2点表示叶轮出口（图143b、c）。,图

3、3 速度分析及速度三角形 .气流在叶道内的速度分析 b.进口气流速度三角形 c. 出口气流速度三角形,（二）基本方程欧拉方程,便于计算，作假设如下： 1、气体为理想气体，流动没有能量损失，风机功全部转化为气流能量。 2、叶轮叶片数无限多、无限薄。所以气体在叶道内的流线与叶片形状一致，气流相对速度2的出口角2与叶片出口安装角2A一致。 3、气流是稳定流，其流动不随时间而变化。 当风机流量为Q（m3/s）、压力为PT N/m2 时（PT 叶片数无限多理论压力），气流则得到的能量为 N=Q PT （Nm/s） 如风机轴上阻力矩为 M（Nm）、角速度为（1/s），）则驱动风机的功为 N=M （Nm/s

4、） 根据假设1，驱动风机的功全部转换为气流的能量，则,.,根据动量矩定律，单位时间内，叶轮中气流对风机的动量矩的变化，等于外力对此轴线的力矩和。 由图1可知，叶道内气体abcd经时间t后，移动到efgh。根据假设3，气流为稳定流，截面abgh内气体动量矩不变。因而在t时间内，气体动量矩的变化为面积abfe与dcgh动量矩之差，而面积abfe与dcgh内体质量相等，并等于每秒钟流过叶轮气体质量乘以时间t，即 m=Qt 叶轮入口及出口处的动量矩M1及M2分别为,.,单位时间内动量矩的变化为力矩M 或 所以 上式为离心通过风机的基本方程，又叫欧拉方程。因略去了全部损失，所以PT称为无穷多叶片时的理论

5、全压。 在上式中，C1u是叶轮进口处气流绝对速度C1在圆周方向的速度分量。由于叶轮入口处具有切线速度u1 ，按速度场作用规律，气流在进入叶轮时应该存在切向分速。但是空气的粘性很小，在没有导流器时，可以认为气流是径向进入叶轮的，即在叶轮入口处，1=90，C1=C1r，C1u=0。代入欧拉方程，可得： PT=u2C2u,图14-4 轴向涡流的产生原因及其c2u的影响,（三）轴向涡流,实际上风机的叶片数是有限的，相邻两叶片所形成的叶道占有一定的空间。当叶轮旋转时，叶道空间随叶片一起转动；而叶道内的气体，由于自身粘性小，又有惯性，它就有保持其本身方向不变的趋势。由图144可见，当叶轮旋转时，叶道内的气

6、体与叶道空间具有相对回转，转向与叶轮放置方向相反，这就是轴向涡流。轴向涡流使气流出口角2与叶片安装角2A不等且22A ，所以，在叶片数有限时，有： C2u=u2C2rctg2C2u 即 PTPT 或 PT=PT 式中 称为环流系数或压力减少系数。可见，当叶片数有限时，因C2u90，ctgB290），径向（2A=90）及后向（2A90）叶片三类，对应的风机叶轮称为前向、径向和后向叶轮。常用的叶轮形式如图1410所示。,图14-10 常用叶轮形式 a.前向叶片 b.多叶式前向叶片 c.径向曲叶片 d.径向直叶片 e.后向曲叶片 f.后向直叶片,（一）叶片形状对风机性能的影响 叶片形状影响出口安装角

7、2A的大小，因而也影响在叶轮出口处气流绝对速度C2 的大小（图1411）。C2不同，则风机性能也有较大差异。,图11 叶片出口角2A对叶轮出口速度C2的影响 (D2、 n、u2相等) a.前向叶片(2A90) b.径向叶片(2A=90) c.后向叶片(2A90) 1、由式PT=u2C2u可知，C2u愈大，则风机的压力愈高。由图1411可见，在叶轮直径相同、转速相同、流量相等时，前向叶轮风机压力最高，径向次之，而后向最低。,图14-11 叶片出口角2A对叶轮出口速度C2的影响 (D2、 n、u2相等) a.前向叶片(2A90) b.径向叶片(2A=90) c.后向叶片(2A90),2、随流量的增

8、加，前向叶轮风机功耗剧增，有超载的可能，称为过载风 机，后向叶轮则有功率不易过载的优点。 3、因C2大，前向叶轮出口处气流动压大，但风机出风口处气流动压较小，所以叶轮出口动压中的一部分将在蜗壳中通过扩压转化为静压，扩压损失大，而后向叶轮扩压损失小。另外前向叶轮叶道短、断面变化大，其叶道内的流动损失也大于后向叶轮，故后向叶轮效率高，前向叶轮效率低，径向叶轮则在两者之间。 4、前向叶轮噪声较大。 5、从工艺观点看，直叶片制作简单，但径向直叶片冲击损失大、效率低。 （一） 各种叶轮的应用 1、后向叶片风机效率高、噪声小、流量增大时动力机不易超载，因而在各种大、中型风机中得到广泛应用。它的缺点是在相同

9、的风量、风压时，需要较大的叶轮直径或转速，另外叶片容易积尘，不适于作排尘风机。,2、前向叶片风机效率较低、噪声大，但在相同风压、风量时，风机尺寸小，转速低。因而它用于高压通风机（P=78509810Pa）以及要求风机尺寸小的场合。在移动式农业机械中由于要求风机的尺寸较小，因此常采用前向叶片的中、高压风机。 3、多叶式离心通风机都用前向叶片，它的特点是轮径比（D1/D2）大、叶片数多，叶片相对宽度较大，因而用较小的尺寸可得较大的压力和流量，且噪声较低，但效率也低。农业机械中的一些小型风机如小型植保机械上，常采用多叶式风机。 4、径向直叶片风机的压头损失大，效率低，但形状简单、制作方便。当风机效率

10、不作为主要考核指标时，它常被用作低压风机。另外，后向直叶片风机效率较径向直叶片风机高，制造也比较简单，适用于动压低、静压与动压比值较高的场合，一般用于中、低压风机，应用较多。,离心叶轮的进口角直接影响风机的风量，出口角会影响风机的压力，从现有的风机资料看出口角在40度左右效率较高，如风机转速和直径没定的话可尽量把出口角定在40度附近。设计时有两个参数选取比较重要，一个是叶叶片的进口、出口处直径比d1/d2，另一个是c2r/u2，都会影响风机的性能好坏，设计时可以参照一下现有性能优秀的叶轮。 是的，c1r/u1也重要的，定了d1/d2和c2r/u2，进出口气流角度是可以计算了，进口角当然是尽量减

11、少气流的冲击损失为佳 一般进口角设计1等于A1即冲角为0是最佳的 但有时为了保证风机的风量，把进口安装角增加2-3度,风机叶轮的设计通常很复杂，一般老说他们在设计中的时候根据主要参数，通过模板来进行设计。 先做可调安装角的叶轮进行试验，试验合格后，再把叶片的各项参数定下来。 空气动力学的大多教程和材料里面没有讲风机设计. 翼形的设计是有的,但是飞机用的翼形和风机的翼形区别很大. 用计算流体力学来处理这个问题近年比较流行,但是坐的也不多.毕竟在高度湍流的流动状态下,和弯曲复杂的流动区域里,算出来的结果也是很难保证可靠.再者就是内部空间复杂要划分网只能用非结构网格,对机器的要求又提高了.gambi

12、t里面带的Turbo的工具用起来 方便具体那样划分网格 对模型的近似度如何,尚难确定。,二、基本参数的测定方法 绘制风机的空气特性曲线的基本参数为流量、压力、功耗及效率等。其测定及计算方法如下。 （一）流量 1、用集流器测流量 集流器有圆弧形和锥形两种型式（图14-28）。器壁上有孔，可用来测定静压，如果没有损失，则在j-j截面上（图14-27a）动压与静压相等；如 考虑损失，则可引入一流量系数 ，因而可算得风筒内气流速度V 流量Q,式中 F风筒在j-j截面处的面积 Psj在j-j截面处测得的静压(N/m2)，通常在j-j截面的风筒上，按四等分开四孔，分别测出静压，然后取平均值即Psj 流量系

13、数，对圆弧形集流器，=0.99；锥形集流器=0.98 2、用皮托管测定流量 皮托管结构如图14-29所示。用皮托管可测定管内某一点的动压力Pd (图14-30），因而可算出该点的气流速度。 为了测出平均流速，可将管道断面分为面积相等的若干个小块，分别测出每一小面积的中心的动压力Pdi，算出其速度Vi 及平均速度Vp，再求得流量Q。 （m/s）,式中 F管道面积（m2 ） D圆形管道直径（m） 矩形管道一般可分为16个或更多的小矩形面积（图14-31a），圆形管道一般可分为五个等面积圆环，依管道直径的大小在每一圆环测定2点或4点（图14-31b）。各测定点直径分别为D1=0.316D，D2=0.

14、548D，D3=0.707D，D4=0.837D，D5=0.949D,图14-29 皮托管,（二）压力 在风筒壁上开孔接上压力计，可测定此断面的静压（图14-27），也可用皮托管接入压力计测定某一断面的动压或静压，常用V形管压力计或微压计。测定结果须经换算才能得到风机全压P、静压Ps 及动压Pd 。换算方式在各种试验装置上不同。 1、动压Pd 风机动压Pd为风机出口断面CC的动压，如已知流量为Q，则 （ 1）进气试验装置 因为进风管内的动压是由静压的降低转换而来的，所以风机静压为出口断面CC的静压PSC和风机进口断面BB的全压Pb 之差，而Pb为II 断面的全压减去由II 断面到BB断面的压力损失P1-b 。因为没有出风管道，所以Psc =0，则： PS =PSC Pb (Ps1 Pd1 P1-b ),式中，Ps1 为真空度，Ps1 =Psl；又P1-b 包括进气整流栅损失及管道摩擦损失，可取Pb =0.15Pd1，因为Pd1 =2 Psj ，所以风机静压力为 Ps=Ps10.852Psj 将测得的Ps1 及Psj代入，即可算出风机静压Ps。 （2）排气试验装置 风机静压等于断面的全压（PsPd）加上断面CC断面到断面的压力损失，再减去CC断面