采棉机风力输送装置设计

前言
新疆是我国最大的棉花生产基地，棉花种植已经成为新疆的主导产业。

以前，以人工为主的棉花收获，不仅生产效率低，而且费时、耗资巨大，棉花收获季节劳动力短缺凸显。

随着播种面积以及产量的日益增加，近年来国内普遍存在的劳动力短缺问题在新疆显得更加突出，因此采用机械化采棉技术是实现棉花持续发展的必然选择。

但目前，使用中的采棉机多为进口产品，由于价格、维修费用高和服务不及时等因素的影响，限制了广泛推广。

因此，采棉机国产化必将是未来新疆采棉机发展的趋势。

国产自走式采棉机采用风力将采摘下的籽棉输送到棉箱。

离心式风机是风力输送系统中的关键部件。

离心式风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。

经过近几年的田间采收试验及理论研究不断进行和完善，证明国产自走式采棉机的采摘机理合理，结构理论完善，具有采净率高、落地棉少等优点；但存在采摘物输送不畅，易堵塞且含杂率高，难以分离等现象。

针对以上存在的问题，本文通过对棉花物料特性进行研究，对离心式风机的选型已及风送系统进行优化设计，最终设计出更顺畅的采棉机风力输送装置。

目录
1.绪论 (1)
1.1采棉机国内(外)现状 (1)
1.2本课题研究的关键问题及解决思路 (1)
2.离心式风机的结构及原理 (2)
2.1离心式风机的基本组成 (2)
2.2风送系统工作原理 (2)
3.离心式风机叶轮的主要形式及传动方式 (2)
3.1离心式风机叶轮的主要形式 (2)
3.2离心式风机的叶轮特点 (3)
3.3离心式风机的主要传动方式 (3)
4.采棉机离心风式机设计时几个重要参数选择 (5)
5.采棉机离心式风机传动装置的设计与选型 (5)
5.1风机设计的常用参数 (5)
5.2离心式风机原动机的设计计算 (6)
5.3离心式风机带传动的设计计算 (7)
5.4带传动的运动和动力参数计算 (9)
5.5V带轮的设计计算 (9)
6.采棉机离心式风机叶轮的优化设计 (10)
6.1叶轮尺寸的决定 (10)
b设计 (11)
6.2叶轮最佳进口宽度1
β设计 (11)
6.3叶轮叶片最佳进口角A
1
β设计 (13)
6.4叶轮叶片最佳出口角A
2
7.采棉机离心式风机的进气装置设计 (14)
7.1离心式风机进气室 (14)
7.2离心式风机进气口及进口集流器 (14)
8.采棉机离心式风机风送系统参数确定 (15)
8.1风送系统参数确定 (15)
8.2风送系统参数优化结论 (17)
9.结论 (18)
致谢 (19)
参考文献 (20)
1.绪论
1.1采棉机国内(外)现状
目前，国内市场上采棉机主流产品主要有美国迪尔公司、凯斯公司和贵航集团生产的水平摘锭式采棉机。

国产采棉机虽各项性能都能满足要求，但与美国产采棉机相比还有一定的差距，关键零部件仍依赖于进口，使用成本大大增加。

(1)国外棉花收获机械化发展状况
大约30%的世界棉产量是机器采收:美国、以色列、澳大利亚是世界上全部用机器采棉的国家。

早在1850年美国就开始了对采棉机的研究,到20世纪40年代开始批量生产采棉机，而且采棉机由单一行采收发展到多行采收，由背负式发展到自走式，采棉工艺由一次采收发展到一次采收和分次采收两种形式。

截止20世纪80年代末，采棉机械化程度已达100%，生产中主要使用水平摘锭自走式采棉机。

1988年拥有量达到5万台由于采用了复杂的静液压驱动技术以及维修费用昂贵，采棉机的生产厂家由开始的10多家以减少至2家。

前苏联1934年开始对采棉机研究，1936年进了水平摘锭采棉机的研究设计,但因结构复杂,采棉部件工艺水平和加工精度高,产品质量达不到设计要求，工作可靠性差，未能推广。

1939年开始垂直摘锭采棉机的研究，1948年投入批量生产，1989年已拥有3.3万台。

自美国第一台棉花收获机械出现后，经过不同国家和地区一个多世纪以来的试验研究和生产实践，世界上各种棉花收获机械专利已达l000多项，采棉机械化已发展成为成熟的
技术[1]。

(2)我国棉花收获机械发展概况
我国对棉花收获机械的研究始于20世纪50年代，最早出现的是对引进机型进行试验研究。

1954年新疆生产建设兵团引进了37台前苏联生产的CXM-48M型单行垂直摘锭后悬挂式采棉机和几十台X4型剥铃机1961年农垦部又为兵团引进了7台前苏联XBC一1.2型双行垂直摘锭自走式采棉机。

但由于没有引进相应的清花设备，采棉机采摘的籽棉因含杂太高而无法使用。

为解决美、苏摘锭式采棉机结构复杂，投资大，甚至机械采棉在经济上无利的问题，1959年综述至1974年，中国农机院组织全国60多名科技人员进行国产棉田自动底盘拖拉机及配套采棉机的研制，并自力更生设计、研制、试验过斜摘辊式摘棉铃机和气吸振动式分次采棉部件。

1988年以后，在国家科委支持下，新疆科委正式将“采棉机及清花设备的引进试验”作为重点科研项目。

1990年新疆生产建设兵团从乌兹别克引进14XB一2.4型采棉机。

1993年新疆农机研究所引进美国2022型采棉机。

经过4到5年时间分别进行了试验分析比较，取得较系统的数据。

1996年，国家经贸委和国家科委正式将“棉花生产及加工技术与成套设备”和“4MZ一2(3)型国产自走式采棉机的研制”两个项目立项，经过3年时间，在兵团、中国农机院、新疆农机化所等单位的共同努力下，国产自走式采棉机和与铁牛一80型拖拉机配套的背负式采棉机均已研制出来，4MZ一2(3)型采棉机通过鉴定，清理加工设备也有了第一轮样机。

2003年新疆一生产建设兵团研制的4ZT一8型摘棉桃机通过新产品鉴定
并投入批量生产。

从2001年开始，国家机械工业局将棉花收获机作为重点发展的项目[2]。

当前，我国棉花的收获机械研究及推广方面存在的主要问题是：(l)棉花种植的品种、行距、株距、种植密度等方面在我国各产棉区存在很大的差异,对棉花收获机械的研发提出了挑战。

(2)对棉花收获机械采摘部件工作机理的研究进行得很不充分,新型机具开发困难很大。

(3)对于实施棉花收获机械的必要性及紧迫性,在思想认识上不统一,投入的科研经费力度不大，导致研究工作裹足不前。

(4)对机采棉农艺配套技术的研究不足，不利于机采棉技术的发展。

(5)机采棉的质量现没有国家标准，比人工手采棉降低1～2级，短纤维含量高，杂质多，机采棉市场销售比较困难，影响了机采棉技术的推广。

(6)采棉机及清花设备投资较大,由于一次性投入大,且功能单一,仍然严重制
约着机采棉技术的推广[3]。

1.2本课题研究的关键问题及解决思路
本课题重点研究：风机的结构设计、参数研究及流场分析。

风送系统主要有风机和管道两部分组成：风机是输送系统动力装置，其必须满足以下 3个条件:提供足够的风压；提供足够的风速；提供足够的风量。

通过对风送系统设计及风送参数的研究,改善风力输送环境,确定在风速约多大的情况下采摘物输送通畅，无堵塞现象。

通过设计以及流场的改善在输送过程中清除比重较大的杂质，降低棉花含杂率，提高机采棉的品质。

解决思路：设计风机叶轮为独特的叶片线型，叶片线型为双圆弧,两圆弧相切。

风机气动性能的优劣主要取决于叶轮的形式和主要结构参数，这种形式的叶片提供了良好的气动综合指标。

工作转速高，风机性能调节中转速调节是最重要的调节手段，这为满足不同性能的使用提供了更大范围。

1
2.离心式风机的结构及原理
2.1离心式风机的基本组成
主要由叶轮、机壳、进口集流器、导流片、联轴器、轴、皮带轮、电动机等部件组成。

旋转的叶轮和蜗壳式的外壳。

旋转叶轮的功能是使空气获得能量；蜗壳的功能是收集空气，并将空气的动压有效地转化为静压。

图2-1 离心式风机基本结构
1-吸气口；2-叶轮前盘；3-叶片；4-叶轮后盘；6-机壳；6-排气口；7-截流板；8-支架2.2风送系统工作原理
风机3提供正压风，将采摘下的棉花送入集棉器 2，并进行横向机械输送，将集棉器中棉花推送至吸棉管道的喇叭口；风机 4 提供的负压风将籽棉以及杂质吸入 6 辊清杂机构 6，进行籽棉与杂质的分离；杂质经旋风分离器排出。

除杂后的籽棉通过避风器后由风机3 提供的正压风吹入棉
箱[4]。

图2-2 风送系统原理图
1-采摘头；2-集棉器；3-正压风机；4-负压风机；5-旋风分离器；6-辊除杂机构；7-集棉箱3.离心式风机叶轮的主要形式及传动方式
3.1离心式风机叶轮的主要形式
图3-1 叶轮的结构
2
3
图3-2 叶片的主要形式
如图所示，离心风机的主要结构参数如下。

(1)叶轮外径, 常用D 表示；
(2)叶轮宽度, 常用b 表示；
(3)叶轮出口角,一般用β
表示。

叶轮按叶片出口角的不同可分为三种:
前向式──叶片弯曲方向与旋转方向相同, )160~90(900002>A β （3-1）
后向式──叶片弯曲方向与旋转方向相反,
)70~20(900002<A β （3-2）
径向式──叶片出口沿径向安装,
290=A β （3-3）
后向式叶片风机的效率一般在0.9~0.8之间，前向式叶片风机的效率在0.65~0.6之
间。

3.2离心式风机的叶轮特点
三种叶片型式的叶轮，目前均在风机设计中应用。

(1)前向式叶轮的特点是叶片形状与空气在
离心力作用下的运动方向完全相反，空气与叶片之间撞击剧烈。

因此能量损失和噪音都较大，故效率就低。

(2)后向式叶轮叶片的弯曲度较小，而且符合气体在离心力作用下的运动方向，空气与叶片之间的撞击很小。

因此能量损失和噪音较小，效率较高，可节约能源。

故在现代生产的风机中，特别是功率大的大型风机多数用后向式。

(3)径向式出口叶片在我国已不常用，在某些要求耐磨和耐腐蚀的风机中，常用径向出口直叶片。

采棉机离心式高压风机功率大，效率高，采用后向式叶轮可有效改善风机的性能。

3.3离心式风机的主要传动方式
表3-1传动方式及机械效率
传 动 方 式
机 械 效 率 电动机直联传动 (A 型)
联轴器联接转动(D 、F 型)
皮带传动(B 、C 、E 型) 1.00 0.98 0.95
1 2
图3-3 A 型直联传动
1-叶轮；2-电动机
图3-4 D型联轴器联接转动
1-叶轮；2-轴承座；3-联轴器；4-电动机
图3-5 F型联轴器联接转动
1-轴承座；2-叶轮；3-轴承座；4-联轴器；5-电动机
图3-6 B型皮带传动
1-叶轮；2-轴承座；3-v型皮带；4-皮带轮；5-电动机
图3-7 C型皮带传动
1-叶轮；2-轴承座；3-v型皮带；4-皮带轮；5-电动机
图3-8 E型皮带传动
1-轴承座；2-叶轮；3-v型皮带；4-皮带轮；5-电动机
4
5
4.采棉机离心风式机设计时几个重要参数选择
(1)叶片型式的合理选择：常见风机在一定转速下，后向叶轮的压力系数中t ψ较小，则叶轮直径较大，而其效率较高；对前向叶轮则相反。

(2)风机传动方式的选择：如传动方式为A 、D 、F 三种，则风机转速与电动机转速相同；而B 、C 、E 三种均为变速，设计时可灵活选择风机转速。

一般对小型风机广泛采用与电动机直联的传动A ，对大型风机，有时皮带传动不适，多以传动方式D 、F 传动。

对高温、多尘条件下，传动方式还要考虑电动机、轴承的防护和冷却问题。

(3)蜗壳外形尺寸的选择：蜗壳外形尺寸应尽可能小。

对高比转数风机，可采用缩短的蜗形，对低比转数风机一般选用标准蜗形。

有时为了缩小蜗壳尺寸，可选用蜗壳出口速度大于风机进口速度方案，此时采用出口扩压器以提高其静压值。

(4)叶片出口角的选定：叶片出口角是设计时首先要选定的主要几何参数之一。

为了便于应用，我们把叶片分类为：后向式叶片；径向式叶片；前向式叶片。

(5)叶片数的选择：在离心风机中，增加叶轮的叶片数则可提高叶轮的理论压力，因为它可以减少相对涡流的影响(即增加K 值)。

但是，叶片数目的增加，将增加叶轮通道的摩擦损失，这种损失将降低风机的实际压力而且增加能耗。

因此，对每一种叶轮，存在着一个最佳叶片数目。

(6)全压系数t ψ的选定：设计离心风机时，实际压力总是预先给定的。

这时需要选择全压系数t ψ。

(7)叶轮进出口的主要几何尺寸的确定：叶轮是风机传递给气体能量的唯一组件，其设计对风机影响甚大；能否正确确定叶轮的主要结构，对风机的性能参数起着关键作用。

它包含了离心风机设计的关键技术--叶片的设计。

而叶片的设计最关键的环节就是如何确定叶片出口角A 2β。

5.采棉机离心式风机传动装置的设计与选型
5.1风机设计的常用参数
风机主要技术性能参数[5]
外形尺寸）（mm : 657465755⨯⨯
叶轮直径）（mm : 480 工作转速）（m in r : 3750 风量）（h 3m : 50004000～
全压）（a p : 72006800～
配套动力）（W k : 16≤
带动通风机的电动机额定功率按下式计算： 1d 1023600P N ηη⨯=Q （5-1）
d N (轴功率)×K (电机贮备系数)=电机所需功率
式中：
d N ——电动机额定功率（千瓦），Q ——风机风量（时米/3）,
P ——风机风压（毫米水柱）,
η——风机效率（%）, 1η——机械传动效率（%），
K ——电机容量安全系数。

9.8073Pa O 1m m H 2= ，O m m H 13.59511m m Hg 2=。

6
表5-1 电动机容量贮备系数
轴 功 率 (KW)
电 动 机 容 量 贮 备 系 数(K) <0.5
>0.5～1
>1～2
>2～5
>5
一般风机
高压风机(>7500Pa 直接启动的)
引风机
凡采用软启动(偶合器、水电阻、变频器等) 1.5 1.4 1.3 1.2 1.15 1.15 1.2 1.15～1.3 1.08～1.1
风机的转速n 可用转速表直接测量，其数值用每分钟多少转（转/分）来表示。

小型风机的转速一般较高，往往与电动机直接相连。

大型风机的转速较低，一般用皮带传动与电动机相连，改变皮带轮的直径即可调节风机的转速，其关系如下：
1
221n n d d = （5-2） 式中：
1n ，2n ——风机；电动机的转速
1d ，2d ——风机和电动机的皮带轮的直径。

从上述可见，如要改变风机的转速，只要改变通风机或电动机中任意一个皮带轮的直径即可。

5.2离心式风机原动机的设计计算
传动装置用来将原动机输出的运动和动力，以一定的转速、转矩或推力传递给执行机构。

采棉机离心式风机选择带传动，只需改变皮带的直径即可调节风机的转速。

(1)电动机的计算
选择电动机的容量，电动机所需工作功率d P 为：
K ×N d =d P （5-3）
轴功率1
d 1023600P N ηη⨯=Q （5-4） 其中风机风量/h 4000m Q
3=,风机风压6800pa P =，为风机配套风量压强，叶轮η效率约为0.85。

型传动方式机械效率）（C 0.951
=η
由表可得： 0.810.990.850.96≈⨯⨯=∙∙==球轴承叶轮皮带总ηηηηη 则：
9.820.950.8110236009.8073680040001023600P N 1d ≈⨯⨯⨯÷⨯=⨯=ηηQ
由于轴功率5kW 9.82kW >，
则选电 动 机 容 量 贮 备 系 数
15.1K =）（ 11.29kw 1.159.82K ×N d =⨯==d P
7
表5-2 部分常见机械传动和支撑的效率取值范围
传动种类及工作状态
效率η 带传动 链传动 滚动轴承
平带无张紧轮
平带有张紧轮
V 带
滚子链
齿形链
球轴承
滚子轴承 0.98 0.97 0.96 0.96 0.97 0.99（一对） 0.98（一对） (2)电动机的选择
由于所选电动机的容量应不小于工作要求容量，即电动机额定功率d P e 一般要略大于设备工作所需电动机功率d P ，此功率也是电动机的实际输出功率，即：
d P
e ≥d P （5-5） 故电动机的额定功率可选范围在d P e ≥W 29.11k 。

查机械技术手册得：
表5-3额定功率为15kw 时电动机选择对总体方案的影响
方案
电动机型号 额定功率/kw 同步转速/满载转速 （r/min ） 1
2
3 Y160M2-2 Y160L-
4 Y180L-6 1
5 15 15 3000/2930 1500/1460 1000/970
已知风机工作转速为3750 r/min ，可知方案3总传动比大，传动装置外廓尺寸大，制造成本高，结构不紧凑，故不可取。

而将方案1与方案2相比较，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量、价格以及总传动比，可以看出，如为使传动装置结构紧凑，选用1方案较好；如考虑电动机质量和价格，则应选用方案2。

现选用1方案，即选定电动机型号为Y160L-4。

由电动机型号，查询机械技术手册，可知电动机的安装及外形尺寸。

电动机伸出轴长度110mm E =,轴直径mm 24D =，轴键槽宽度12mm F =。

轴键槽底部垂直于轴表面的高度37mm G =
5.3离心式风机带传动的设计计算
采棉机风机传动采用v 带传动，由于v 带传动允许的传动比大，结构紧凑；传动时，v 带的两个侧面和轮槽接触，槽面摩擦可以提供更大的摩擦力，因而可以有效的提高风机的性能。

（1）确定计算功率ca P
由机械技术手册查得A K ＝1.1，故
ca P ＝A K ∙
d P
e ＝151.1⨯=16.5kW （5-6） （2）选择v 带的带型
根据ca P 、1n 查技术手册选用B 型。

（3）确定带轮的基准直径d d 并验算带速v mm d /d m in ）（
20 50 75 125 200 355 500 1）初选小带轮的基准直径1d d 。

由技术手册查得，取小带轮的基准直径1d d =125mm 。

2）验算带速v 。

按式验算带的速度
8 =⨯=
100060d v 11n d π≈⨯⨯⨯1000
60 3750125π24.53m/s （5-7） 因为s m v s m /30/5<<，故带速合适。

3）计算大带轮的基准直径，根据式1
221n n d d =，计算大带轮的基准直径2d d 2d d mm n d n 2130
6141253750d 2112≈⨯=⋅== 根据技术手册，圆整为2d d =355mm 。

（4）确定v 带的中心距a 和基准长度d L
1）根据公式
0.7（1d d +2d d ）≤0a ≤2（1d d +2d d ） （5-8） 初定中心距0a =500mm
2）由公式计算所需的基准长度 1780mm 500
4)125355()355125(250024)()(22L 2
2212100d ≈⨯-++⨯+⨯≈-+++≈mm a d d d d a d d d d ππ （5-9） 查技术手册，选带的基准长度d L =1800mm
3）按公式计算实际中心距
a mm mm L a d 510)2
178********(2L -a 0d 0≈-+=+≈ (5-10) 中心距的变化范围为555mm 483mm
～。

（5）验算小带轮上的包角1α
000
12
011202.1545103.57)d -180≥≈-≈d d d （α (5-11) （6）计算带的根数
1）计算单根V 带的额定功率r P 。

由1d d =125mm 和1n =3750r/min ，查机械技术手册可得单根v 带的基本额定功率0P =2.96kw 。

根据
1n =3750r/min , 2.6i =和B 型带,查机械技术手册得单根普通v 带额定功率的增量△0P =0.89kw
查机械技术手册得
,95.0,93.0K ==L a K 于是得：
r P =(0P +△0P )·L a K ⋅K =W 41.3W 95.093.0)89.096.(2k k =⨯⨯+
2）计算v 带的根数
z
8.441
.35.16p P z r ca ≈== (5-12)
取5根，为了使各根V 带受力均匀，带的根数不宜过多，一般应少于10根。

否则，应选择横
截面积较大的带型，以减少带的根数。

对于B 型带来讲，带数一般不多于6根，对于所计算的65<
，符合要求。

（7）计算单根v 带的初拉力的最小值min 0F ）（
表5-5 V 带单位长度的质量
带型
Y
Z A B C D E q/（kg/m ）
0.02
0.06
0.10
0.18
0.30
0.61
0.92
由表得B 型带的单位长度质量,所以
min 0F ）（=N qv zv K P a ca 94153.2418.053
.2493.02
.24)93.05.2(500)K -2.5500
22a =⨯+⨯⨯-⨯=+（
应使带的实际初拉力0F ＞min 0F ）（。

（8）计算压轴力p F
压轴力的最小值为：
N
N F z 87982
154sin 941522sin )(2)(F 0
1
min 0min
p =⨯⨯⨯==α
5.4带传动的运动和动力参数计算
0轴（电动机）：
0P =d P =kw 75.19
0n =2n =min /1460r
m N n P ⋅≈⨯==9120
61475.1995509550T 000 （5-13） 1轴（风机轴）：
18.96kW
0.9619.75P v 01=⨯==带ηP
m in
/3750n 1r =
m N n P ⋅≈⨯==3.483750
96.1895509550T 11
1
5.5V 带轮的设计计算
根据带轮的基准直径和带轮转速等已知条件，确定带轮的材料，结构形式，轮槽、轮辐和轮毂的几何尺寸、公差和表面粗糙度以及相关技术要求。

(1）带轮的材料
常用的带轮材料为HT150或HT200。

转速较高时可以采用铸钢或用钢板冲压焊接而成。

小功率时可用铸铝或塑料。

(2)带轮的结构形式
V 带轮由轮缘、轮辐和轮毂组成。

根据轮辐结构的不同，V 带轮可以分为实心式、腹板式、孔
板式、椭圆轮辐式。

V 带轮的结构形式与基准直径有关。

当带轮基准直径为
)
m m (5.2d 为安装带轮的轴的直径d d d ≤时，可采用实心式；
m m 300d ≤d 时，可采用腹板式； m m 300d ≤d ，同时
mm d D 10011≥-时，可采用孔板式；
m m
300d ≥d 时，可采用轮辐式。

其中，大带轮基准直径355m m D 1=，小带轮基准直径mm 251d 1=，安装带轮轴的直
径mm 45d
=
可知：mm 300d 1≤且mm d D 100125-35511≥=-；300m m
D 1≥，
则大带轮选择轮辐式，小带轮选择孔板式。

轮毂和轮辐的尺寸经验公式：
d 21.8d 1）～（=，为轴的直径d ；
114.0b h =，为轮辐的辐宽1h 。

(3）V 带轮的轮槽
V 带轮的轮槽与所选用的V 带的型号相对应，查找相应技术手册可得。

V 带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使V 带工作面的夹角发生变化。

为了使V 带的工作面与带
轮的轮槽工作面紧密贴合，将V 带轮轮槽的工作面的夹角做成小于0
40。

V 带安装到轮槽中以后，一般不应超出带轮外圆，也不应与轮槽底部接触。

为此规定了轮槽基
准直径到带轮外圆和底部的最小高度amin h 和fmin h 。

根据带型B ，查询机械技术手册得：
3.50m m h am in =，mm 8.10h fmin
=
轮槽工作表面的粗糙度为1.6或3.2. (4）V 带轮的技术要求
铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮辐及轮毂上不允许有砂眼、裂缝、缩孔及气泡；铸造带轮在不提高内部应力的前提下，允许对轮缘、凸台、腹板及轮毂的表面缺陷进行修补；转速高于极限转速的带轮要做静平衡，反之要做到平衡。

6.采棉机离心式风机叶轮的优化设计
6.1叶轮尺寸的决定
叶轮的主要参数:
2D ：叶轮外径、0D ：叶轮进口直径、1D ：叶片进口直径；
2b :出口宽度； 1b :进口宽度；
A
2β:叶片出口安装角；
A
1β:叶片进口安装角；
Z :叶片数
]
)
(2[1
2211
D D b b tg --=-θ:叶片前盘倾斜角；
图6-1 叶轮主要尺寸
6.2叶轮最佳进口宽度1b
设计
在叶轮进口处如果有回流就造成叶轮中的损失，为此应加速进口流速。

一般采用，叶轮进口面积为：
1110
b D D D π= (6-1)
而进风口面积为2
14
D π，令ξ为叶轮进口速度的变化系数，故有：
11214
b D D ξππ
= (6-2)
由此得出：ξ
4D b 11
=
当考虑到轮毂直径引起面积减少时，则有：0d
)
1(4])(1[4b 21
21011v D D d D -=-=ξ
ξ （6-3）
其中10
D d v =
，在加速20%时，即 1.2=ξ,
8.4b 1
1D =
6.3叶轮叶片最佳进口角
A 1β 设计
(1)径向进口时的A 1β优化值
同样，根据为最小值时，优化计算进口叶片角A 111w D β。

当气流为径向进口时且均布，那么从进口速度三角形得
A u 111
cos w β= （6-4）
A D n 12
21
22
1
cos )60
(W βπ= （6-5） 11th 1C Q D τπb = （6-6）
代入值后得出值，最后得出：11D b
A
v n 1221th 123
1cos 1
)1(Q 4)
60(
w βπτξπ-= （6-7）
A
112
21th
23
1
sin c v -1900Q ββτξπA os n w ）（= （6-8）
求极值，即
0d A
131
=βd w 0135.26=A β
这就是只考虑径向进口时的A 1β优化值。

把0
135.26=A β式代入上式得： 32111)1(3.25D n
v Q th -=τξ （6-9）
进而当0.1,2.1,011===τξv
时：
32
1
194.1D D ϕ= 或者：3
2
1)D (
702.1D =ϕ (2)当气流进入叶片时有预旋，即0C 1u
≠：
图6-2 进气口速度三角形
由图进口速度三角形可以得出：
)u C
1(c u c C -u W 1
1u 1111u 11-==
A A os os ββ （6-10）
111u C αtg C m = （6-11）
）（1
1111sin cos u W αββtg A
A += （6-12）
1m 2112
2
1221C 1(900)60n u ）（v Q n D th -==τξππ （6-13）
A w 111m sin C β= （6-14）
2
11112113
3
1
)sin (cos sin 1)1(900αβββτξπtg v Q n w A A A th +-= （6-15）
求极值后：
2
1
116914312
11++=ααβtg tg tg A
可以看出当气流偏向叶轮旋转方向时（正预旋），
A 1β 将增大，同时得到：
3113
12
121
th 11tg v -1240Q D αββτπξtg tg n A A +=）
（ （3）叶轮的型式不同时
A 1β有所区别
一般推荐叶片进口角A 1β稍有一个较小的冲角。

后向式叶轮中叶道的摩擦等损失较小，此时
A 1β 的选择使叶轮进口冲击损失为最小。

111
1tg u c m
-=β （6-16）
111+=ββA （6-17）
冲角0
80）～（±=i
一般后向式叶轮：0
13515～=A β
对于前向式叶轮，由于叶道内的分离损失较大，过小的进口安装角导片弯曲度过大，分离损失增加。

较大的安装角虽然使进口冲击损失加大，但是流道内的损失降低，两者比较，效率反而增高。

一般前向式叶轮： 016040～=A β
6.4叶轮叶片最佳出口角
A 2β设计
一般后向叶轮叶片出口角A 2β 范围为最好。

机翼型叶片时效率较高。

前向式──叶片弯曲方向与旋转方向相同, )160~90(900002>A
β；
后向式──叶片弯曲方向与旋转方向相反,
)70~20(900002<A β；
径向式──叶片出口沿径向安装,
0290=A β。

ψ
与
A 2β成线性关系。

0.60
0.007872A +=βψ
（6-18）
或：
0.30
0.00394P
2A +=β （6-19）
图6-3
ψ
与A 2β线性关系
根据所选的
A 2β，有相关的线性关系，给出ψ。

一般：
ψ
=0.8～1.2 后向叶片 ψ=1.2～1.4 径向叶片 ψ
=1.4～2.4 前向叶片
7.采棉机离心式风机的进气装置设计
7.1离心式风机进气室
进气室一般用于大型离心式风机上。

由于离心式风机进口之前需接弯管，气流要转弯，使叶轮进口截面上的气流更不均匀，因此在进口可增设进气室。

进气室设计的好坏将会影响风机的性能。

（1）进气室最好做成收敛形式的，要求底部与进气口对齐。

（2）进气室的面积与叶轮进口截面之比01
F F
2.01.75F F 0
1
～==
λ （7-1）
1F 一般为矩形，长宽之比3
1
~21a =b 为最好。

7.2离心式风机进气口及进口集流器
进气口有不同的形式：
一般锥形比筒形的好，弧形比锥形的好，组合型的比非组合型的好。

例如锥弧型进气口的涡流区最小。

此外还注意叶轮入口的间隙型式，套口间隙比对口间隙形式好。

风机进口进口集流器
若要扩大离心式风机的使用范围或提高调节性能，可在进气口或进气室流道装设进口集流器
【4】
图7-1 进口集流气的主要形式
1-圆筒形 2圆锥形 3-弧形 4-锥筒形 5-弧筒形 6锥弧形
8.采棉机离心式风机风送系统参数确定 8.1风送系统参数确定
采棉机的工作原理类似吸尘器。

由柴油机作动力, 带动风机运转, 这时在风机的进风口产生一定的负压, 形成有一定流速的空气流, 棉枝上的棉花在空气流的吸引作用下进入采棉机, 这相当于人工将棉花从棉枝上采摘下来。

棉花在采棉机中与空气流分离,通过出棉口直接进入棉花收集箱, 而不含棉花的洁净空气通过风机的排风口直接排入大气中。

风机运转所形成的空气流只起到输送介质的作用, 在采棉机之前, 棉花与空气流共同流动, 而在采棉后, 由于棉花已经被分离出来, 所以只有洁净的空气经过风机。

采棉机风送系统的设计 （包括风速大小、空气流量及管道设计） 均以采摘物 （采摘物包括棉花、铃壳、棉叶及枝秆等杂物，下面将采摘物统称为含杂籽棉）的物理特性为基础，其中包括含杂籽棉的输送量、含杂籽棉的悬浮临界速度等因素[6]。

(1)含杂籽棉输送量的确定
据采棉机田间试验测试可得，统收式采棉机（3 行机）田间收获行驶速为：
）（0.70m/s 2.50km/h v =；
棉花产量约为）亩亩（2hm 1/15 1kg/ 400.00m
==。

统收式采棉机 （3 行机）实
际扫掠宽度为 cm 195.00
66/2310266c =+⨯+⨯=（现新疆机采棉的播种模式为cm 1066cm +），
得：
/k m v c U λ⨯⨯⨯= （8-1）
式中U ———单位时间内输送含杂籽棉的质量；
λ———含杂修正系数，取1.33；
k ———棉花单位面积， hm 0.0667k 2=；
由公式（8-1）得单位时间输送籽棉质量：
725.8kg/s 0.0667
1.33
154000.71.95/k m v c U ≈⨯⨯
⨯=⨯⨯⨯=λ 则理论单位时间输棉体积：。