多翼离心风机设计

三、蜗壳设计方法
• 蜗壳的任务是将离开叶轮的气体导向机壳出口，并将气 体的一部分动能转变为静压；
• 为了制造方便，离心通风机的蜗壳采用矩形截面。
• 现对蜗壳做出如下假设：
1）气流在蜗壳中的流动为稳定流动，因此流体质点的流线 即为它的轨迹；
2）流体沿着整个叶轮圆周均匀的流出，即通过蜗壳各个不 同截面上的流量与该截面到蜗壳起始截面之间的夹角成
7）确定叶片数 z
取栅距 t 0.7Rk
Rk
2 4
(D2

D1)

0.0212,
m
z D2 12.7 1 66.6
t
[1 D]
选定 z 64
7）验算流量 已求叶片有效宽度为 b' ，且 c1r u2 16.2, m / s 流量：QT 2D1b1'c1r 5720, m3 / h 风叶与叶轮间的漏气损失
• 通风机最大圆周速度较低，因此运 行时的噪声也低。
多翼式叶轮示意图
二、设计
1
2
3
设计要求 （流量、压力、
转速）
估算比转速 选用多翼式风机
计算周速 叶轮设计 （内、外径、 叶片宽度）
4
5
6
叶片设计 （叶片数、 安装角）
蜗壳设计 集流器设计
设计验算
2.1 轮径比及相对宽度
• 估算比转速大小，确定通风机
噪特点。
• 多翼式叶轮的叶片大都由金属薄板冲 压而成。为了制造方便，其叶片一般 做成圆弧瓦状。
• 由于多翼式叶轮叶道短，叶片弯曲程 度大，为减小分离损失，一般取：
180 (1 2) 90 • 根据流体连续性方程有：
D1b11 sin 1 D2b22 sin 2
t
[1 D]
• 实际应用中为了工艺简化，叶片数不易过多，一般选 z 32 ~ 64 • 常用结果列于表中：
直径比
栅距
0.8
0.85
0.9
0.95
t 0.7Rk
64
t 1.0Rk
44
叶片数
85
127
254
60
89
178
2.5 压力系数
•
便于分析，取叶片中心角 90
速度三角形如图所示：
，1 2 90其进、出口
c1 c1r u1 tan 1
•
按照式
tan 1

D2 D1
带入，得： c1

c1r

u1
D2 D1

u2
• 由几何关系有：c2u 2u2
• 多翼式叶轮的压力系数为：
PT ,

u2c2u u22
2
• 实际上由于各种损失使压力系数小于2，一般 P 1.2
形状。
• 对于中心角 90的叶片，在 叶轮的外圆圆周上取任意点B， 过B点作角PB2 2 ，和PB的 垂线MB。以逐步近似法，在MB 上截取不同长度 BMi ，再分别 作角BMiCi ，而MiCi 与内 圆周交于Ci 。
• 若MiB MiCi 则MiB Rk ，便是 叶片圆弧半径，Mi 即叶片圆弧 中心。
正比：
q

q
2

3.1 等环量法
3）忽略摩擦影响时，按动量矩 不变原理： R2c2' u Rcu 常数
4）蜗壳的整个截面都充满着有 效气流：
R
q R2 BdRcu
综上方程可得：
上R式表R明2e：2流Bqc2'体uR2质 点的运
动轨迹为一对数螺旋线。
•
q
q
图中的A称为张开度。现将
5）确定叶轮宽度 b
取
b

2 5
D2
，则： b

0.124, m
实际气流进入叶片的有效宽度为 D1
b' 0.0625, m
4
6）确定叶片中心角 和进、出口角1、2 取 90, 1 2 90
tan 1

D2 D1
1.288
则： 1 51, 2 39
R

R2[1

m

1 2
e 2Bc2uR2 (m)2
3
展开，并令
1 (m)3
2

2Bc2u
]
R2
m，则：
• 则任意角度 处的机壳张开度为：
A

R
R2

R2[m

1 (m)2
2

1 (m)3
3 2
]
系数 m 的值视通风机比转速 ns 而定。
• 经验证明，对低、中比转速的通风机，只取方括号中的第一项进行计算是
，个别能达到1.4。
• 许多情况下 1 2 90，而且 2 的值变化范围也较大。
当 较小，叶片表现为强前向叶片，其特点是具有加
速叶道，噪声有所降低，效率略有提高。
2.6 叶片型线的绘制
• 以叶片中心角 90 ，叶片栅距 t 0.7Rk 为例进
行说明，如图所示：
a Rk (cos 1 cos 2 ) Rk (sin 1 sin 2 )
b) 圆弧形集流器，其损失就较小，气流进入叶轮后，所形成的涡区比以上 两种集流器所形成的的涡区小得多；
c) 锥弧形集流器应该损失最小，效果最佳。在现代离心通风机中获得了广 泛的应用。
• 不仅是集流器的型式，集流器与叶轮入口间隙的型式和大小 ，都对通风机的性能有影响。
• 集流器和叶轮入口的间隙型式分为轴向间隙和径向间隙，目 前广泛采用径向间隙的集流器。在装配允许的条件下，径向 间隙当然是越小越好。
• 在叶轮上任意作半径OR与叶轮内、外圆的圆周交于A
及B，自B点作
2
OBC 1 1 D
2D
• 与内圆交于O点，然后过B点作角 2 45 ，过 O点作角 1 45 ，再由O点及B点分别做C1和B2
的垂线，两者交于M点，则 MB MC Rk ，即叶片 的圆弧半径，以M点为圆心作圆弧，便得所求的叶片
多翼离心风机设计
内部培训参考
主讲人：王军 教授
一、多翼式通风机特点
• 应用中有时把尺寸小、低噪声作为 设计时的主要指标。
• 多翼式离心风机的主要特点是：轮 径比大、叶片数目多，相对宽度大 ，而且都是前向叶片，压力系数较 高；
• 气流在扩压部分中能量转换时损失 大；叶片短而宽，且弯曲度较大， 气流在叶道中分离严重，因此效率 比较低。
D2

60u2
n

60 15.8
1000

0.303, m
选定外径 D2 0.31m，则：
u2

D2n
60


0.311000 60
16.2, m
/
s
4）确定叶片进口直径 D1 大小
取 D D1 0.81 ，则：
D2
D1 0.81D2 0.251, m
选定 D1 0.25m。
t (0.7 ~ 1.0)Rk • 由几何关系，有：
z D2
t
• 若叶片中心角 90，当 ( 1 2)
较小时，可得：
Rk
2 4
(D2

D1)
• 选 t 0.7Rk ，则 z D2 12.7 1
t
[1 D]
• 选 t 1.0Rk ，则 z D2 8.9 1
Ra R2 3.5a Rb R2 2.5a Rc R2 1.5a Rd R2 0.5a
• 此方法画出的螺旋线与对数螺旋线有一 定的误差。通风机的比转速越高，误差 越大。
3.3 不等距方形法
A

R2[m

1 2
(m )2

1 3 2
(m )3
]
• 取前三项求出：A、A、A3、A2
Q D1 2u2
P 3
取间隙 0.01D2, 0.7 则双吸叶轮的泄露损失为：
Q 2D1 2u2
P 230, m3 / h 3
实际流量：Q QT Q 5490, m3 / h 所得值可以满足设计要求。
8）验算压力
90, 1 2 90的多翼叶轮的压力系数 PT , 2，则其无限 多叶片的理论压力：
• 四个小正方形的边2长a、b、2c、d取：
a a

1 2 1 2
( (
A2 A3 2
A A )
2
)
b a

1 2 1 2
( A3 2
A
2

A
)
• 分别以四个小正方形的顶点为圆心，
以下数据为半径 画圆弧，即可得出
蜗壳型线：
Ra R2 A2 a Rc R2 A c
d) 平舌：多用于低噪声通风机，但效率降低。
• 蜗舌顶端与叶轮外圆周的间隙 t (0.05 ~ 0.10)D2
该间隙值对噪声的影响较大。
•
集流器
• 集流器的作用是将气体导向叶轮 • 集流器的型式：
a)筒形
b)锥形
c)圆弧形
d)锥弧形
a) 圆筒形和圆锥形集流器，流力损失都比较大，引导气体进入叶轮的流动 情况也较差，但加工工艺方便；
• 如果叶轮进出口相对速度相等，宽度相等。则：
sin
1

D2 D1
sin
2
• 为了简化作图和计算常取：1 2 90
• 则有
tan
1

D2 D1
2.4 栅距和叶片数
• 如图所示，叶片栅距为 t ，叶片圆
弧半径为 Rk 。为了改善叶道内流 动分离，栅距宜小，此时叶片数又 会过多。根据经验一般选取
四、设计实例
• 例：已知风Q量 5400m3 / h ，全P压 295N / m2 ，要求
转速n 在1000r / min 左右。式设计双吸多翼式离心通风 机。进口为标准进口状态。
• 解：
1）计算比转速大小ns ，确定通风机类型
今要求双吸入，则风量按照一半计算。
ns

1
Q2
3
n

(
2700
)
2.2 叶轮宽度
• 增加叶片宽度 b 同样使风机的流量系数增加。所以多翼型 叶轮的叶片宽度 b 也比一般叶轮大。
• 但是，叶片宽度也不能过大，否则靠近前盘处将形成较大的 漩涡区或倒流，引起效率的降低。
a) 过宽叶片
b) 正常宽度叶片
过宽叶轮和正常宽度叶轮的比较

通常取叶片宽度
b

2 5
D2
2.3 叶片及流道设计
• 为了制造方便，叶片一般为圆弧形； • 根据气流在叶道内速度变化的情况，叶道可分成：
a)
b)
c)
a)先减速后加速流道:δ>90°，损失大，效率低，目前少采用； b)气流速度基本不变的流道：δ≤90°，气流速度在叶道中基本不
变，相对速度保持不变。常用δ=90°； c)加速流道：流道截面积不断减小，气流不断加速，具有高效低
1 2
3600
3
960
11.6
P4
2954
ns 11.6 属于前向叶轮离心通风机范围。设计成双吸多翼 式叶轮的要求是合理可行的。
2）估算周速 u2 多翼式通风机的压力系数 P 1 ~ 1.5 ，选择 P 1.0
u2
P
P
95 15.8, m / s 1.2 1
3）确定叶轮外径 D2 及周速 u2
Rb R2 A3 b 2
Rd R2 A d
2
蜗舌
• 蜗舌是用来防止少部分气体在机壳内循环流动。 • 蜗舌可分为尖蜗舌、深舌、短舌、及平舌。
a) 尖舌：最大效率值较高，但效率曲线陡， 经济工作区域小，噪声大；
•
b) 深舌：多用于低比转速通风机；
c) 短舌：多用于大比转速通风机，效率曲线 较平坦，经济工作区域较宽；
环流系数： 理论压力为：
PT , u22 PT , 630, N / m2
K
1
1.5 1.1 2
0.921
1
90
2
z[1 D ]
PT KPT , 581, N / m2
假定流动效率 h 0.52 ，实际压力为： P PT , h 302, N / m2
类型。
• 设计要求有风量 Q 和全压 P 比转速 ns 通风机类型
，以及转速 n 。
1
2.7-12 前弯型离心通风机
ns

Q2
3
n
3.6-16.6 后弯型离心通风机
P4
•
若设计为双吸式则风量按一半 计算。
16.6-17.6
单级双进气或并联离心通风 机
• 估算的比转速 ns 按下表
18-36
轴流式通风机
适宜的，即：
A R2m
就是阿基米德螺旋线方程。
•
螺线终了截面的张开度：
A2

R2
q
2Bc2' u R2
2

q Bc2' u
3.2 正方源自文库法
• 设P为螺线的开始点，在叶轮中央作出
正方形，边长 a A 。然后分别以正 4
方形的四个顶点为圆心，从P点开始， 依次以 Ra、Rb、Rc、Rd 为半径画圆弧， 便获得所需要的螺旋线。
• 计算周速 u2
• 多翼式通风机的压力系数 P 1 ~ 1.5 范围内。
u2
P
P
• 确定叶轮外径：
D2

60u2
n
• 多翼离心风机的流量系数
4DbC1m
式中：D ——叶片入口轮径比 D D1 / D2 b ——叶片相对宽度 b b / D1
• 为了得到较大的流量系数，应当增加 D 。所以叶轮的轮 径比比一般叶轮的大得多，通常取 D 0.8 ~ 0.95 。