離心式鼓風機設計(畢業(yè)論文)

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1、重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文） 離心式鼓風機設計 學 生：*** 學 號：****** 指導教師： 校外指導教師： 專 業(yè)：熱能與動力工程 重慶大學動力工程學院 二O一一年六月 Graduation Design(Thesis) of Chongqing University Design of Centrifugal Blower Undergraduate:***** Supervisor at school: A.P. Liu yudong

2、 Supervisor out of school :Zhang Xueqin Major:thermal and power engineering College of Power Engineering Chongqing University June 2011 重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文） 中文摘要 摘 要 在設計條件下，風壓為30kPa~200KPa或壓力比e=1

3、.3~3的風機叫鼓風機。鼓風機的用途非常廣泛，根據(jù)其不同功效，鼓風機應用于生產(chǎn)、生活中多個環(huán)境中。它大量運用于冶金、化工、化肥、石化、食品、建材、石油、礦井、紡織、煤氣站、氣力輸送、污水處理等各工業(yè)部門。其中，在污水處理中，運用最多的鼓風機有離心式鼓風機和羅茨鼓風機。 本文設計的離心式鼓風機主要運用于污水處理，根據(jù)給定的的設計參數(shù)：進氣壓力1㎏f/㎡(A)，溫度20℃，相對濕度 80%，進氣流量 100m3/min，排氣壓力0.7㎏f/㎡(G)以及污水處理廠的實際情況，進行熱力計算及其結構設計。首先確定壓力比，根據(jù)壓力比來確定所設計的鼓風機的段數(shù)。當壓力比<3時，其段數(shù)為1。因為本次

4、設計壓力比為1.763，故鼓風機的段數(shù)為1。其次對氣體的物性參數(shù)進行計算，算出濕空氣的氣體常數(shù)和定熵指數(shù)。再次，運用效率疊加法，主要根據(jù)徐忠編寫的離心壓縮機原理一書，對吸氣室、葉輪、擴壓器和蝸殼進行詳細設計計算。最后，對葉輪輪盤和葉片進行強度校核，畫出葉輪、蝸殼結構圖及鼓風機總圖，并對鼓風機的喘振和噪聲進行分析。 通過上述工作，最后得到了多變效率為78.51%，葉輪葉片為長短葉片的單級曝氣離心式鼓風機。 關鍵詞：離心式鼓風機，污水處理，設計計算，噪聲，喘振 V 重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文）

5、 ABSTRACT ABSTRACT In the design conditions, the wind pressure is 30kPa ~ 200KPa or compression ratio e = 1.3 ~ 3 called the blower fan. The use of a wide range of blowers, according to its different effects, blowers used in all aspects of production and daily l

6、ife.It used a large number of metallurgical, chemical, fertilizer, petrochemical, food, building materials, petroleum, mines, textile, gas stations, pneumatic conveying, sewage treatment and other industrial sectors.And,in sewage treatment, the use of most of the blower is Roots blowers and centrifu

7、gal blowers. In the design, useing the given design parameters：Inlet pressure 1 kg f / m (A)，Temperature of 20C，80% relative humidity，Into the gas flow 100 m3/min，Discharge pressure 0.7kgf/m(G) and the actual situation of sewage treatment plants to the thermodynamic calculation and structural d

8、esign.First determine the pressure ratio, according to the design pressure ratio to determine the number of segments of the blower. When the pressure ratio <3, the number of segments is 1. Because of this design pressure ratio of 1.763, so the number of segments is 1. Secondly, the physical paramete

9、rs of the gas is calculated, calculate the gas constant of moist air and fixed entropy. Again, the use of efficient superposition method, mainly useing principles of centrifugal compressor which Xu Zhong written to the suction chamber, impeller, diffuser and volute detailed design calculations. Fina

10、lly, the impeller wheel and blade strength check, draw the impeller, volute sThrough this worktructure and general layout blower, and blower surge and noise analysis. Through this work,finally,the single-stage aeration centrifugal blower which the Variable efficiency is 78.51% with long and shor

11、t impeller blade come out. Key words：centrifugal blowers, sewage treatment, design calculations，noise, surge 重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文） 目錄 目 錄 中文摘要 Ⅰ ABSTRACT Ⅱ 1緒論 1 1.1 離心式鼓風機發(fā)展史 1 1.2 離心式鼓風機的研究現(xiàn)狀 1 1.3 課題研究的環(huán)境背景 2 1.4課題

12、研究的基本內(nèi)容 3 2 離心式鼓風機的基本原理 4 2.1 離心式鼓風機原理及工作過程 4 2.2離心式鼓風機基本結構 5 2.2.1 轉(zhuǎn)子 5 2.2.2 靜子 5 2.3 離心式鼓風機關鍵參數(shù) 6 2.4 離心式鼓風機設計方法 7 3 離心式鼓風機具體設計計算 8 3.1 熱力計算及結構參數(shù)設計 8 3.1.1 氣體的物理參數(shù) 8 3.1.2 流量計算 8 3.1.3 壓力比的確定 8 3.2 葉輪設計 9 3.2.1 葉輪主要參數(shù)的設計計算 9 3.2.2 葉輪的詳細計算 10

13、 3.3 進氣室設計 14 3.4 擴壓器設計 14 3.5 蝸殼設計 17 3.6 軸耗功率計算 18 3.7 多變效率校核 19 3.8 葉片數(shù)校核 20 4 強度校核 21 4.1 輪盤的強度校核 21 4.1.1 輪盤分段 21 4.1.2 附加厚度計算 23 4.1.3 輪盤應力的計算過程 24 4.2 葉片強度校核 26 5 離心式鼓風機喘振和噪聲分析 28 5.1理想是鼓風機喘振現(xiàn)象分析 28 5.1.1喘振的定義 28 5.1.2喘振產(chǎn)生的原因 29 5.1.3喘

14、振現(xiàn)象的表現(xiàn) 29 5.1.4喘振的消除措施 29 5.2離心式鼓風機噪聲分析 30 5.2.1離心式鼓風機噪聲的產(chǎn)生 30 5.2.2鼓風機降噪的主要措施 31 6 結論 35 致謝 38 參考文獻 39 附錄 40 重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文） 1 緒論 1 緒論 1.1離心式鼓風機的發(fā)展史 勤勞的中國人民在很早以前就懂得了離心式風機的原理。在東漢初

15、年, 南陽太守杜詩就設計并制造了一種水力鼓風機用于冶金鑄造業(yè)。它是用水轉(zhuǎn)動水輪，通過一系列的曲軸、連桿、往復桿裝置，把圓周運動轉(zhuǎn)化為拉風箱的直線運動。它包括動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和工作系統(tǒng)，具有真正機器的主要特征。不僅如此，把這種操作程序反過來，就是蒸汽機活塞的直線往復運動向圓周運動的轉(zhuǎn)換。我國冶金最初用的是冶金皮囊， 戰(zhàn)國時已有四囊。漢代用“馬排”、“牛排”以至杜詩的水排。宋代已有類似于手風琴的木風扇。這是一種有自動閥門的風箱。特別是到了明末, 已出現(xiàn)了活塞式鼓風機。但是由于近期封建地主的長期統(tǒng)治和一百多年來帝國主義和官僚資本主義的殘酷壓榨，使我國人民的才能和智慧得不到發(fā)展，造成了我國的貧窮落后

16、。解放前，離心式鼓風機的制造工業(yè)和和其他工業(yè)一樣非常落后，除了沿海大城市還能生產(chǎn)少量外，根本談不上離心式鼓風機的生產(chǎn)。 新中國成立以來，隨著社會主義經(jīng)濟的發(fā)展，離心式鼓風機制造業(yè)也從無到有得到了迅速的發(fā)展，除了各大汽輪機廠外，還有許多鼓風機專業(yè)生產(chǎn)廠，如沈陽鼓風機集團，陜西鼓風機集團、重慶通用集團等可以生產(chǎn)各種規(guī)格的工業(yè)壓縮機和鼓風機。壓縮機和鼓風機的理論研究和設計工作都取得了很大進展。除了自行設計外，還從國外引進技術，推動了我國工業(yè)壓縮機和鼓風機事業(yè)的發(fā)展。目前我國從通風機、鼓風機到高壓離心式壓縮機、各種規(guī)格的軸流式壓縮機都能生產(chǎn)，并為進一步的發(fā)展打下了堅實的基礎。所以，我們有理由

17、相信在以后的日子，隨著國力的增強，自主創(chuàng)新能力的提高，國產(chǎn)鼓風機的發(fā)展會越來越好。 1.2離心式鼓風機的研究現(xiàn)狀 離心式鼓風機的發(fā)展得益于許多學科發(fā)展和科技進步的成果，隨著當代科學技術的突飛猛進，離心式壓縮機無論是在性能上還是在安全可靠性上都獲得了很大的提高。隨著氣動力學三元流動理論的發(fā)展，離心式鼓風機的氣動設計方法、計算分析軟件日臻成熟并推廣應用，鼓風機理論得到深入研究，使當代的離心式壓縮機具有先進的熱力和氣動性能；轉(zhuǎn)子動力學的進步提高了壓縮機的可靠性，機械制造業(yè)的現(xiàn)代化，保證了壓縮機的先進設計性能和可靠性；軸端密封技術的不斷進步，如干氣密封的發(fā)展，有可能摒棄密封油系統(tǒng)；新型

18、軸承的出現(xiàn)，特別是當前氣體軸承、電磁軸承的發(fā)展，在不久的將來，很可能在支撐系統(tǒng)中摒棄滑油系統(tǒng)；故障診斷學的新成果為故障的診斷與排除提供了重要的手段；控制理論和計算機技術的新發(fā)展，先進的壓縮機性能控制、防喘控制和運行監(jiān)控系統(tǒng)的采用，更大程度上提高了壓縮機的運行安全可靠性等。 在國外，隨著“ 三元流動理論”在離心式壓縮機和鼓風機設計上的應用，設計制造了曝氣用的單級高速離心式鼓風機，由于它具有體積小、重量輕、效率高、節(jié)約能源、性能調(diào)節(jié)范圍廣泛，自動化水平高等特點，已取代了多級、低速離心式鼓風機，并得到廣泛應用。當前，國外一些著名的風機制造廠家，如美國的英格索蘭、德國的德馬克、瑞士的蘇爾壽、

19、日本的川崎重工等公司，在設計理論上，采用國際先進的三元流動設計理論，隨著科技進步的飛速發(fā)展，并將在航天領域的磁力軸承技術，應用在離心式壓縮機和鼓風機產(chǎn)品上，采用電子控制系統(tǒng)對磁力裝置進行監(jiān)控，提高了機組運行可靠性。比較有名的有瑞士蘇爾壽公司制造的V112型雙級離心式鼓風機，美國英格索蘭公司的X—FL0混流式鼓風機，德國德馬克公司的SEZ、KG兩個系列的單級高速離心式鼓風機。 在國內(nèi)，2002年，鼓風機得到了發(fā)展，浙江杭州德爾風機，制造了不用電的風機，采用不銹鋼材質(zhì)，利用空氣對流的原理達到通排風的效果，取名長林東無動力屋頂通風器（又名無動力鼓風機），屬于新型環(huán)保節(jié)能風機。近期，重慶通用公司生產(chǎn)

20、的單級高速離心式鼓風機，其主要性能指標達到了國際同期先進水平，是國內(nèi)目前更安全，更環(huán)保的新型設備。該產(chǎn)品的成功研發(fā)，打破了曝氣風機長期為進口產(chǎn)品所壟斷的格局，為盡快實現(xiàn)污水處理主要設備的國產(chǎn)化替代進口，降低用戶的投資和運行成本提供了有力的支撐，為我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻。 1.3課題研究的環(huán)境背景 本次設計的離心式鼓風機為單級離心式曝氣鼓風機，主要運用于污水處理廠曝氣。目前污水處理廠常用的鼓風機有羅茨鼓風機和離心鼓風機，鼓風機的能耗在污水處理中占很大的比例，是污水處理廠中的重要設備。合理的選型設計及配置、使用，對污水處理廠的正常運行，節(jié)約成本有重要的意義。 下表為羅茨風機和離

21、心式鼓風機的綜合性能比較： 羅茨風機與離心式鼓風機比較 表1.1 比較內(nèi)容 羅茨風機 離心式鼓風機 效率 效率低、能耗高 效率高，能耗低 噪聲 本機噪音在90 dB 以上 本機噪音在85 dB 以下 風量調(diào)節(jié) 通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速法和旁路放風閥法來調(diào)節(jié)風量風壓，調(diào)節(jié)范圍小 通過調(diào)節(jié)導葉片角度來調(diào)節(jié)風量風壓，調(diào)節(jié)范圍45%-100% 設備占地 設備占地大，所需鼓風機房面積大 設備占地、所需鼓風機房面積比前者小

22、 安裝 設備重量大，需配備大型起吊設備，安裝工程復雜，費用高 設備重量較大，需配備起吊設備，安裝工程比前者簡單 維護 維護工作量較大 維護工作量較小 從表中可知，羅茨鼓風機因為噪音較大，效率比離心風機要低，但是在小流量時相對離心鼓風機有價格上的優(yōu)勢。所以在污水處理廠中羅茨風機一般適用于池深較淺，需要的風量和風壓較小的情況。目前多用于曝氣沉砂池和濾池反沖洗的供氣上使用。而離心鼓風機在大氣量時相比羅茨鼓風機不僅效率高，而且噪音小，性能可靠，結構簡單，體積小，節(jié)約能源，維護方便等。所以在生化池曝氣供氧中目前多采離心風機。 1.4課題研究的基本內(nèi)容 1、查詢最新研究資料

23、，了解離心式鼓風機結構和工作原理及其在各方面的運用； 2、根據(jù)鼓風機設計參數(shù)：進氣壓力1㎏f/㎡(A)，溫度20℃，相對濕度80%，進氣流量100m3/min，排氣壓力0.7㎏f/㎡(G)進行熱力計算，計算出電機功率； 3、設計出鼓風機氣流通道結構參數(shù)，包括進氣通道、二元流葉輪、擴壓器、蝸殼； 4、熟悉使用YaoCCAD，繪出氣流通道結構圖及鼓風機總圖； 5、對離心式鼓風機噪聲和喘振問題的一些分析。 設計中的重點內(nèi)容：根據(jù)鼓風機的設計參數(shù)，運用效率法進行多種方案的熱力計算，選擇出最佳方案。 47 重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文）

24、 2 離心式鼓風機基本理論 2 離心式鼓風機基本理論 2.1離心式鼓風機原理及工作過程 在國民經(jīng)濟的許多領域，特別是在采礦、石油、化工、制冷、動力和冶金等部門中廣泛使用鼓風機來輸送氣體和提高氣體的壓力。圖1.1為單級離心式鼓風機示意圖，離心式鼓風機的工作原理跟離心式壓縮機的相似，它主要依靠旋轉(zhuǎn)葉輪與氣流間的相互作用力來提高氣體壓力，同時使氣流產(chǎn)生加速度而獲得動能，然后氣流在擴壓器中減速，將動能轉(zhuǎn)化為壓力能，進一步提高壓力。在壓縮過程中氣體流動是連續(xù)的。它廣泛用于各種工藝過程中輸送空氣和各種氣體，并提高其壓力。離心式鼓風機是一種葉片

25、式旋轉(zhuǎn)機械，它利用葉片和氣體的相互作用，提高氣體的壓力和動能，并利用相機的通流元件使氣體減速，將動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Φ奶岣摺? 它的工作過程是當電機轉(zhuǎn)動帶動風機葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉輪中葉片之間的氣體也跟著旋轉(zhuǎn)，并在離心力的作用下甩出這些氣體，氣體流速增大，使氣體在流動中把動能轉(zhuǎn)換為靜壓能，然后隨著流體的增壓，使靜壓能又轉(zhuǎn)換為速度能，通過排氣口排出氣體，而在葉輪中間形成了一定的負壓，由于入口呈負壓，使外界氣體在大氣壓的作用下立即補入，在葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)作用下不斷排出和補入氣體，從而達到連續(xù)鼓風的目的。 同等功率下，風壓和風量一般呈反比。 同等功率下，風壓高，風量就會相對低，而風量大，風壓就會低些，這樣才能充分利

26、用電機的功效率。 圖1.1 單級離心式鼓風機示意圖 2.2離心式鼓風機基本結構 離心式鼓風機零件很多，這些零件又根據(jù)他們的作用組成各種部件。我們把離心式鼓風機中可以轉(zhuǎn)動的零件統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)子。不能轉(zhuǎn)動的零部件稱為靜子。 2.2.1轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子是離心式鼓風機的主要部件。它是由主軸，葉輪和平衡盤等組成。 （1）葉輪 葉輪也稱為工作輪。它是鼓風機中最重要的一個部件。氣體在葉輪葉片的作用下，跟著葉輪作高速旋轉(zhuǎn)。而氣體由于受到旋轉(zhuǎn)離心力的作用，以及在葉輪里的擴壓流動，使氣體通過葉輪后的壓力得到了提高。此外，氣體

27、的速度能也同樣是在葉輪里得到了提高。因此，可以認為葉輪是使氣體提高能量的唯一途徑。 葉輪按照結構形式可以分為開式、半開式和閉式三種，在大多數(shù)情況下，后兩種葉輪在鼓風機中得到了廣泛的運用。 葉輪根據(jù)彎曲形式不同，分為前彎式、后彎式和徑向式三種。前彎式葉輪由于效率低，在鼓風機中不采用，僅在通風機中采用。工業(yè)壓縮機和鼓風機普遍采用后彎式，它又分為一般彎曲和強后彎式兩種。 葉輪根據(jù)加工方法不同可以分為鉚接型、焊接型和整體型，鉚接型葉輪分為一般鉚接和整體鉚接。 （2）主軸 主軸上安裝所有的旋轉(zhuǎn)零件，其作用就是支持旋轉(zhuǎn)零件及傳遞轉(zhuǎn)矩。主軸的軸線也就是確定各旋轉(zhuǎn)零件的幾何軸線。 主軸是階梯

28、軸，以便于零件的安裝。各階段突肩起軸向定位作用，也可以用光軸，因為它又形狀簡單、加工方便的特點。 2.2.2靜子 靜子中所有零件均不能轉(zhuǎn)動。它是由機殼、擴壓器、蝸室和密封等組成。 （1）機殼 機殼也稱為氣缸。機殼是靜子中最大的零件。它通常是用鑄鐵或者鑄鋼澆鑄出來的。對于高壓離心式壓縮機，都采用圓筒行鍛鋼機殼，以承受高壓。 機殼一般有水平中分面，以便于裝配。上下機殼用定位銷定位，用螺栓連接。下機殼裝有導柱，便于裝拆。軸承箱與下機殼分開澆鑄。 吸氣室是機殼的一部分，它的作用是把氣體均勻的引入葉輪。吸氣室內(nèi)常澆鑄有分流肋，使氣流更加均勻，也起增加機殼剛性的作用。 （2）擴壓

29、器 氣體從葉輪流出時，它具有較高的流動速度。為了充分利用這部分速度能，常常在葉輪后面設置了流通面積逐漸擴大的擴壓器，用以把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能，以提高氣體的壓力。擴壓器一般有無葉擴壓器、葉片擴壓器、直壁擴壓器等多種型式。 （3）蝸殼 蝸殼的主要目的是把擴壓器后面或者葉輪后面的氣體匯集起來，把氣體引到壓縮機外面去，使它流向氣體輸送管道或流到冷卻器去進行冷卻。此外，在匯集氣體的過程中，在大多數(shù)情況下，由于蝸殼外徑的逐漸增大和通流截面的漸漸擴大，也對氣流起到一定的降速擴壓作用。 （4）密封 密封有隔板密封、輪蓋密封和軸端密封。密封的作用是防止氣體在級間倒流及向外泄露。為了

30、防止通流部分中的氣體的級間倒流，在輪蓋處設有輪蓋密封。在隔板和轉(zhuǎn)子之間設有隔板密封。這兩種密封統(tǒng)稱為內(nèi)密封。為了減少和杜絕機器內(nèi)部的氣體向外泄露，或者外界氣體竄入機器內(nèi)部，在機器端安裝了端密封。這種密封統(tǒng)稱為外密封，最常見的是迷宮式密封。密封片為軟金屬制成，可以用車削制成，將它嵌入密封體內(nèi)。由于密封片較軟，當轉(zhuǎn)子發(fā)生振動與密封片相碰時，密封片易磨損，而不致于轉(zhuǎn)子損壞。密封的作用原理就是利用氣流經(jīng)過密封時的阻力來減少泄漏量。 2.3離心式鼓風機關鍵參數(shù) 流量、壓力比、軸功率、轉(zhuǎn)速及效率是表示鼓風機性能的主要參數(shù)，稱為鼓風機的性能參數(shù)。 1、 流量 單位時間內(nèi)流經(jīng)通風機的氣體容

31、積或質(zhì)量數(shù)，稱為流量。 容積流量：單位時間流經(jīng)鼓風機的氣體容積。常用單位為/s、/min、/h，分別用表示。 質(zhì)量流量：單位時間內(nèi)流經(jīng)鼓風機的氣體質(zhì)量。單位為kg/s、kg/min、kg/h，分別用表示。 2、壓力比 鼓風機的壓力比是指進口絕對壓力與排氣絕對壓力的比值。 壓力比 3、轉(zhuǎn)速 指鼓風機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度，鼓風機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的快慢將直接影響鼓風機的流量、壓力、效率。單位為r/min,常用n表示。 4、軸功率 驅(qū)動鼓風機所需要的功率N稱軸功率，或者說單位時間內(nèi)傳遞給鼓風機軸的能量，單位為KW。 5、級效率 鼓風機是用來提高壓力的機械。離心式鼓風機

32、或級的效率，主要是用來說明傳遞給氣體的機械能的利用程度。在離心式鼓風機中，經(jīng)常采用的是多變效率和定熵效率。 多變效率是指由進氣壓力增加到排氣壓力所需的多變壓縮功與實際所消耗的功（即總耗功）之比。 定熵效率是指由進氣壓力增加到排氣壓力時，定熵壓縮功與實際所消耗的功之比。 2.4離心式鼓風機設計方法 離心式鼓風機的熱力計算無論是對離心式鼓風機的熱力設計，還是使用部門選配鼓風機以及對特定鼓風機進行熱力氣動性能分析都是十分重要和基本的計算。目前，離心式鼓風機的設計方法大致可以分為以下三種： 其一，是根據(jù)鼓風機的生產(chǎn)經(jīng)驗和科學實驗結果，選取各元件的形式，有關的主要幾何參數(shù)相對值和有

33、關損失系數(shù)、效率值，進行熱力計算，計算出各特征截面的氣動熱力參數(shù)和流道的幾何參數(shù)。在計算各元件時，早期一般按元件效率等于級效率，不考慮各元件效率的不同，這種方法稱為平均效率法。顯然，這種方法缺點是沒有按各元件性能特點的級熱計算方法。 其二，以各元件的實驗為基礎，設計計算通流部分各元件，確定有關幾何尺寸。這種方法常稱為按元件設計法，又稱為流道法。比較以上兩種方法可以看出，第二種方法比第一種方法合理些，但是需要有各典型元件的完善實驗數(shù)據(jù)，而且對各元件間相互影響也很難在計算中考慮，因此，難具有普遍意義。 其三，以相似原理為基礎的模化設計法，以性能好的機器作為樣機，用相似換算方法設計出新的機器稱為

34、整機模擬，根據(jù)性能好的級用相似法來設計新的級，稱為級模擬。顯然，按照這種方法設計出來的新機器性能是可靠的，而按照前兩種方法，性能方面會有偏差。當然，在沒有性能呢好的級或者機器做樣本時，或者需要設計出比現(xiàn)在有的機器更好的性能時還得用前面2種方法。 根據(jù)前面三種方法的講述，我們選擇使用最為廣泛的方法一效率法為本次設計的主要方法。 離心式鼓風機設計時熱力計算大致可以分為三步：?整理設計要求和有關氣體性質(zhì)參數(shù)的計算；?方案計算；?各個元件的詳細計算。 重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文） 3 離心式鼓風機具體設計計算 3

35、離心式鼓風機設計計算 3.1熱力計算及結構參數(shù)設計 3.1.1氣體的物理參數(shù) 確定含水蒸氣的濕空氣的氣體參數(shù)R，定熵指數(shù)。 已知相對濕度為=0.8，則1干燥混合氣體所含有的水蒸氣為 （3.1） 其中，為干燥氣體常數(shù)為287.1，為水蒸氣的氣體常數(shù)為461.89，是水蒸氣在溫度下的飽和壓力，當時， 。 濕空氣的氣體常數(shù) （3.2） 濕空氣的定熵指數(shù)為

36、 （3.3） 所以 其中， 3.1.2流量計算 考慮到鼓風機存在外漏氣，鼓風機的進口流量應取得比設計任務中所提出的流量大一些，現(xiàn)取 （3.4） 3.1.3壓力比的確定 由給定的進出口壓力，計算壓力比 （3.5） 為了提高鼓風機的性能，要求把升壓提高4%，確定出設計計算的壓力比. 則計算的壓力比

37、 （3.6） 因為壓力比，所以選用單段的壓縮機。 3.2葉輪設計 3.2.1葉輪主要參數(shù)的設計計算 根據(jù)經(jīng)驗初步選取出口安裝角，流量系數(shù)=0.26，葉片數(shù)Z為22片，輪阻及漏氣損失系數(shù)，多變效率 根據(jù)前面選取的參數(shù) 流動效率 （3.7） 周速系數(shù) （3.8） 能量頭系數(shù)

38、 （3.9） 段的指數(shù)系數(shù) （3.10） 多變壓縮功 （3.11） 無論從結構復雜程度、主機重量、調(diào)節(jié)范圍和效率方面，單級式都要優(yōu)于多級式，故本次設計采用單級式，則級數(shù)，設計的鼓風機為單級高速鼓風機。 整圓后的圓周速度 （3.12） 葉輪出口的徑向分速

39、 （3.13） 葉輪出口氣流角 （3.14） 葉輪出口的絕對速度 （3.15） 吸氣室進口到葉輪出口的溫度變化 （3.16） 葉輪出口比容比 （3.17） 因為徑向直葉片式葉輪比后彎型葉輪的反作用度小，葉輪出口馬赫數(shù)高，葉道內(nèi)擴

40、壓度以及速度不均勻性大。因而徑向直葉片式葉輪的效率一般比后彎式葉輪低，于是只要強度允許，采用后彎式更為有利。故選用后彎式葉片。 因為是后彎式葉片，故選取相對寬度 則葉輪轉(zhuǎn)速 （3.18） 我們選取等厚兩邊打薄葉片，取葉片厚度，出口厚度 則出口阻塞系數(shù) （校核） （3.19） 相對出口寬度 （校核） （3.20） 內(nèi)功率

41、 （3.21） 考慮到，如果采用閉式葉輪，則強度校核不能滿足要求，故采用半開式葉輪。 3.2.2葉輪的詳細計算 選取進口法蘭的氣流速度 由于輪轂比 ，在轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速允許的情況下，盡量取下限值。 故選取 選取速度系數(shù) 由式 ，取直徑比 （3.22） 選取進口阻塞系數(shù) 葉輪進口比容比

42、 （3.23） 葉輪出口比容比 （3.24） 葉輪進口直徑由公式 （3.25） 葉輪進口面積 （3.26） 葉輪進口氣流速度 （3.27） 吸氣室進口到葉輪進口的溫升

43、 （3.28） 葉輪進口比容比 （校核） （3.29） 葉片進口直徑 （3.30） 葉片進口圓周速度 （3.31） 氣流進入葉片前的速度 （3.32） 氣流進入葉片后的速度

44、 （3.33） 葉片進口氣流角 （3.34） 在設計流量較小而出現(xiàn)氣流角偏小時，安裝角可以比氣流角略大一點 故取安裝角，則沖角 對于進口阻塞系數(shù)的校核時，要達到一個較為合理的效率值時，就要適當提高，由于 （3.35） 故進口葉片厚度要適當減小，取進口葉片厚度 采用長短葉片，進口葉片數(shù)片 則進口阻塞系數(shù) （校核）

45、 （3.36） 進氣室到葉片出口的溫升 （3.37） 葉片進口比容比 （3.38） 葉片進口寬度 （3.39） 葉輪進口相對速度 （3.40） 葉片進口處氣流溫度

46、 （3.41） 葉片進口馬赫數(shù) （3.42） 葉輪出口相對速度 （3.43） 葉輪擴壓度 （3.44） 葉輪出口絕對速度 （3.45） 葉輪出口絕對速度的切向分速

47、 （3.46） 葉輪出口絕對速度的徑向分速 （3.47） 葉輪加給氣體的總能量 （3.48） 進氣室進口到葉輪出口的溫升 （3.49） 葉輪出口比容比 （校核） （3.50） 葉輪出口溫度 （

48、3.51） 葉輪出口馬赫數(shù) （3.52） 級的反作用度 （3.53） 圓弧葉片的曲率半徑 （3.54） 圓心半徑 （3.55） 根據(jù) （3.56） （3.57） 則長葉片的弧長

49、 （3.58） （3.59） 3.3進氣室設計 進氣室的作用是把氣體從進氣管道或中間冷器順利的引導到葉輪入口。進氣室的形狀應滿足如下要求：盡量減少氣體流動損失；出口處氣流應盡可能的均勻，一般情況下出口氣體不會產(chǎn)生切向旋轉(zhuǎn)而影響葉輪的工作；結構尺寸盡量小。進氣室的結構很多，這里我們選用軸向進氣式進氣室。 前面已經(jīng)選取吸氣室進口氣流速度 進氣室的壓力損失（其主要是連接管道、閥門等產(chǎn)生的壓力損失）

50、進氣室的進口壓力 （3.60） 進氣室進口氣流密度 （3.61） 進氣室進口直徑 （取整0.3） （3.62） 進氣室進口面積 （3.63） 進氣室進口氣流速度 （校核） （3.64）

51、3.4擴壓器設計 擴壓器是葉輪兩側(cè)隔板形成的環(huán)形通道，其主要作用是增壓減速，擴壓器的結構形式主要有無葉擴壓器和葉片擴壓器。 擴壓器結構的選擇：?葉片擴壓器與無葉擴壓器相比，無葉擴壓器結構簡單，造價低；?在工況發(fā)生變化的情況下，葉片擴壓器氣流入口發(fā)生沖擊，損失增加較快，因而和無葉擴壓器相比，葉片擴壓器的變工況性能差；?經(jīng)驗表明，帶葉片的擴壓器常使葉輪出口氣體壓力分布不均勻，這也是引起零件共振的重要原因，而采用無葉擴壓器不會出現(xiàn)這種情況。 綜上所述，我們采用無葉擴壓器。 無葉擴壓器是由隔板兩個平壁構成的環(huán)形通道，通道截面為一系列的同心圓柱面。早期壓縮機擴壓器進口截面

52、軸向?qū)挾瘸１热~輪出口寬度略寬，以便葉輪一旦和擴壓器通道不對準時避免氣流碰撞隔板壁。近年來，隨著離心式壓縮機的發(fā)展，為了減少進口流量損失，從葉輪出口至擴壓器進口做成了略有收斂的通道，擴壓器內(nèi)流通道一般做成等寬形，因為兩側(cè)壁做成擴張形，使流道擴張程度增加，氣體分離損失加大，而減少擴壓器內(nèi)的效率；做成收斂形，而寬度隨半徑按某函數(shù)關系變化，若考慮葉輪出口到擴壓器進口做成收斂形，而在以后的基本擴壓段做成等寬度，由于減少了進口過渡段得損失，實驗證明，對減少流動損失，提高效率有利。 根據(jù)以上所訴，取 則無葉擴壓器進口直徑 的選擇與值有關。當時，最佳值時。當時，通常取。有時在較小時，也可以取稍大于，以避

53、免葉輪出來的氣體對擴壓器避免的沖擊，以及加快葉輪出口不均勻氣流的混合過程。 因為設計的，故設計的最佳值是， 擴壓器進口寬度 （3.65） 無葉擴壓器進口氣流角 （3.66） 無葉擴壓器的進口氣流密度 （3.67） 取，則無葉擴壓器出口直徑

54、 （3.68） 無葉擴壓器的出口寬度 （3.69） 無葉擴壓器的出口面積 （3.70） 無葉擴壓器的出口氣流角 （3.71） 選取無葉擴壓器的出口比容比 （3.72） 無葉擴壓器的密

55、度 （3.73） 無葉擴壓器的氣流速度 （3.74） 進氣室到無葉擴壓器出口溫升 （3.75） 無葉擴壓器出口比容比 （校核） （3.76） 無葉擴壓器的出口溫度 （3.77） 無葉擴壓器出口壓比

56、 （3.78） 無葉擴壓器出口壓力 （3.79） 損失系數(shù) 無葉擴壓器的效率 （3.80） 無葉擴壓器出口速度的切向分速 （3.81） 無葉擴壓器出口速度的徑向分速

57、 （3.82） 3.5蝸殼設計 蝸殼的作用是把從擴壓器或者葉輪（無擴壓器時）出來的氣體匯集起來，引到機外輸氣管道或冷卻器中去，并把較高的氣流速度降低至蝸殼出口的氣流速度，使氣體壓力進一步提高。 蝸殼可以由不同的形式，在離心式壓縮機中最典型的是一種形似蝸牛殼的排氣蝸殼。橫截面可以由許多形式其中最常見的是橫截面為圓的圓形截面蝸殼。蝸殼可以布置在擴壓器之后也可以直接布置在葉輪后面，相對于葉輪來說可以是對稱的也可以是不對稱的。 目前，蝸殼截面一般多采用圓形、梯形、矩形和梨形。為確定蝸殼型線即蝸殼半徑隨角的變化規(guī)律，通常假定氣流為不可壓縮并取其密度，擴壓器出口氣流參

58、數(shù)沿圓周均勻，流過各橫截面的流量和該截面所處的位角成比例，為確定橫截面面積，通常有兩種做法：其一是按常數(shù)確定蝸殼型線，這方法常稱為自由運動速度法；其二是假定各橫截面的氣流平均速度，在一般按從擴壓器出口至蝸殼出口逐漸減少的原則來設計。在這次設計中，運用的是自由運動速度法即方法一，這次設計選用的橫截面為圓形截面。 按氣流自由流動的軌跡設計蝸室，選擇圓形對稱外蝸室。 其中 （3.83） 圓截面半徑 （3.84） 圓

59、截面中心離軸心距離 （3.85） 蝸殼型線見表3.1 蝸殼型線參數(shù)表 表3.1 位置角 半徑（m） （m） 15 0.0128 0.2968 30 0.0183 0.3023 60 0.0262 0.3102 90 0.0324 0.3164 120 0.0377 0.3217 150 0.0424 0.3264 180 0.0468 0.3308 210 0.0508 0.3348 240 0.0546

60、 0.3386 270 0.0582 0.3422 300 0.0616 0.3456 330 0.0649 0.3489 360 0.0681 0.3521 取蝸殼出口法蘭直徑 法蘭出口面積 （3.86） 蝸殼法蘭出口體積流量 （3.87） 蝸殼出口的速度 （3.

61、88） 3.6軸耗功率計算 葉輪對氣體所做的總能量 （3.89） 葉輪加給氣體的總功率 （3.90） 對于由齒輪傳動的壓縮機，當壓縮機內(nèi)耗功率在2000以上，；當內(nèi)耗功率在之間，；當功率小于1000的，則，這是最好直接估取機械損失功率進行計算。故取機械損失 則要所急的軸耗功率 （3.91） 3.7多變效率校核 對于氣體在鼓風機中的流動可以近似為多變過程。則定值，其中為一個常數(shù)即多

62、變指數(shù)。 可以根據(jù)葉片進出口的參數(shù)來求取。 葉片進口壓力 （3.92） 葉片進口比容 （3.93） 葉輪出口壓力 （3.94） 葉輪出口比容 （3.95） 多變指數(shù)

63、 （3.96） 蝸殼的出口壓力即排氣壓力 蝸殼的出口比容比 （3.97） 蝸殼出口氣流密度 （3.98） 蝸殼的出口溫度 （3.99） 因為進口出口速度相差很少 故多變效率 （校核） （

64、3.100） 等熵效率 （3.101） 3.8葉片數(shù)校核 由公式 （3.102） 其中 葉片數(shù)為 考慮到在不影響效率的情況下，適當?shù)娜∩舷?，可以減弱噪聲。 故取葉片數(shù)22很合理。 重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文） 4 強度校核 4 強度校核 4.1輪盤的強度校核 離心式鼓風機的葉輪處在高速旋轉(zhuǎn)和過盈配合之中，其應力

65、或變形對機組連續(xù)可靠的運行產(chǎn)生嚴重的影響，故必須對其強度進行校核，特別對于半開式葉輪的輪盤的強度校核。因為等候輪盤的應力較大，變厚度輪盤的應力較小些，故實際上離心式鼓風機的輪盤多數(shù)采用錐形盤。 葉輪初選材料Cr17Ni2鋼，則密度，泊松比，彈性模量 葉輪的基本結構如下圖： 圖4.1 葉輪結構圖 4.1.1輪盤分段 應用遞推—帶入法將輪盤分為三段： 1）段1：，則 則錐頂直徑 （4.1） 則由，查附圖1得，附圖2得 附圖3得，附圖4得 附圖5得 附圖6得 附圖7得 附圖8得

66、 （4.2） 2）段2：，則 則錐頂直徑根據(jù)公式（4.1） 則由，查附圖1得，附圖2得 附圖3得，附圖4得 附圖5得 附圖6得 附圖7得 附圖8得 3）段3：，則 則錐頂直徑根據(jù)公式（4.1） 則由，查附圖1得，附圖2得 附圖3得，附圖4得 附圖5得 附圖6得 附圖7得 附圖8得 4.1.2附加厚度計算 葉片質(zhì)量對輪盤應力有一定的影響，故在葉輪輪盤應力計算時，必須考慮葉片質(zhì)量的影響。已知旋轉(zhuǎn)輪盤的應力主要由質(zhì)量所引起，為此可將葉片質(zhì)量均勻分布在輪盤所在段得圓周上，作為附加厚度的形式加以考慮，稱其為帶有側(cè)面質(zhì)量的輪盤。也就是說，葉片質(zhì)量使輪盤產(chǎn)生離心力的厚度增加，而承受離心力的厚度并不增加，仍為原來輪盤的厚度。其實質(zhì)相當于增加了輪盤該處材料的密度，增加了由離心力所引起的應力值。這樣處理結果，保持了輪盤的幾何尺寸未變，故帶側(cè)面質(zhì)量的輪盤應力計算仍可采用不帶附加質(zhì)量的計算公式，