9-19离心风机设计说明书

毕业设计(论文)
专业机械制造及自动化
班次10113
姓名李志鹏
指导教师黄兆飞
毕业设计任务书
专业___机械制及自动化______________
班次___ 10113_____________
学生姓名___李志鹏____________
指导教师____黄兆飞_______
设计评分_________________
二0 年月日
设计(论文)题目：9-19高压冷却风机设计与有限元分析专题：
任务开始日期：20 年月日
任务完成日期：20 年月日
设计人:李志鹏
同组人:
等人指导教师（签名）:
教研室
主任
(签名）:
系主任（签名）:
毕业设计评语
目录
一.摘要 (7)
二.离心式通风机的结构及原理 (8)
三.离心风机的设计任务与要求 (12)
四.离心风机的设计方法一 (13)
1.设计原理：相似性原理 (13)
2.利用相似原理所能解决的问题 (13)
3.风机的相似设计 (16)
五．离心风机的设计方法二 (18)
1.叶轮气动设计 (18)
2.确定蜗壳尺寸及轮廓 (25)
3.集流器设计 (26)
六.风机的有限元分析 (26)
1关于有限元： (26)
2基于Inventor的叶轮有限元分析： (27)
3.分析并求出叶轮厚度 (30)
4.对调整后的叶轮整体进行有限元分析 (31)
七.离心风机的强度校验 (36)
1.叶轮零部件强度分析的传统计算方法 (37)
1.1叶片的强度计算 (37)
2.1叶轮前的强度计算 (39)
2.2叶轮后盘强度的校验 (41)
3.1叶轮用铆钉强度计算 (42)
4.1叶轮轴盘的设计计算 (42)
八.风机的固有频率校核 (42)
1.叶片的震动校核 (42)
九.通风机的降噪 (45)
1.噪声的概念 (45)
2.降噪方法 (45)
十.总结 (47)
十一.参考文献 (49)
致谢 (50)
一.摘要
研究一个良好的风机对生产具有很大的意义。

合理设计、选择和使用风机，关系到安全生产和职工身体健康，对主要技术经济指标也有一定影响。

本设计查阅有关离心式通风机设计的技术资料，严格执行相应的标准，参照现有的在实际应用的风机设计加工的图纸，对相应的尺寸、技术要求等借鉴经验。

主要采用了相似性设计方法与有限元分析法相结合的方法，设计出风机的主要尺寸，并进行校验。

此外本文尝试使用多种方法进行校验，并比较其中的不同。

所使用的动力学公式来自书籍、网络与期刊。

可能有不当的错误借鉴，切不可作为设计依据。

关键词：离心式通风机；有限元；动力学计算。

ABSTRACT
A good fan of the production of great significance. Rational design, selection and use of wind turbines, related to the safety and health of workers, on the main technical and economic indicators also have some impact. The design of access to the relevant centrifugal fan design tech-nical information, strict implementation of appropriate standards, with reference to the practical application of existing fan design and pro-cessing of the drawings, the corresponding size, technical requirements, etc. draw experience. Mainly adopted similar design methods and finite element analysis method are combined to design a wind turbine main di-mensions, and for verification.
Besides, the paper attempts to use a variety of methods used to veri-fy and compare them differently. Kinetic equations used from books, network and journals. Errors may have improper reference, must not be used as the design basis.
Keywords: centrifugal fan; finite element; dynamics calculations.
二.离心式通风机的结构及原理
通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。

通风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。

通风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。

能有很大影响。

叶轮经静平衡或动平衡校正才能保证通风机平稳地转动。

按叶片出口方向的不同，叶轮分为前向、径向和后向三种型式。

前向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转方向倾斜；径向叶轮的叶片顶部是向径向的，又分直叶片式和曲线型叶片；后向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转的反向倾斜。

前向叶轮产生的压力最大，在流量和转数一定时，所需叶轮直径最小，但效率一般较低；后向叶轮相反，所产生的压力最小，所需叶轮直径最大，而效率一般较高；径向叶轮介于两者之间。

叶片的型线以直叶片最简单，机翼型叶片最复杂。

为了使叶片表面有合适的速度分布，一般采用曲线型叶片，如等厚度圆弧叶片。

叶轮通常都有盖盘，以增加叶轮的强度和减少叶片与机壳间的气体泄漏。

叶片与盖盘的联接采用焊接或铆接。

焊接叶轮的重量较轻，流道光滑。

低、中压小型离心通风机的叶轮也有采用铝合金铸造的。

轴流式通风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。

轴流通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式三种，小型的叶轮直径只有100毫米左右，大型的可达20米以上。

小型低压轴流通风机由叶轮、机壳和集流器等部件组成，通常安装在建筑物的墙壁或天花板上；大型高压轴流通风机由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩散筒和传动部件组成。

叶片均匀布置在轮毂上，数目一般为2～24。

叶片越多，风压越高；叶片安装角一般为10°～45°，安装角越大，风量和风压越大。

轴流式通风机的主要零件大都用钢板焊接或铆接而成。

斜流通风机又称混流通风机，在这类通风机中，气体以与轴线成某一角度的方向进入叶轮，在叶道中获得能量，并沿倾斜方向流出。

通风机的叶轮和机壳的形状为圆锥形。

这种通风机兼有离心式和轴流式的特点，流量范围和效率均介于两者之间。

横流通风机是具有前向多翼叶轮的小型高压离心通风机。

气体从转子外缘的
一侧进入叶轮，然后穿过叶轮内部从另一侧排出，气体在叶轮内两次受到叶片的力的作用。

在相同性能的条件下，它的尺寸小、转速低。

与其他类型低速通风机相比，横流通风机具有较高的效率。

它的轴向宽度可任意选择，而不影响气体的流动状态，气体在整个转子宽度上仍保持流动均匀。

它的出口截面窄而长，适宜于安装在各种扁平形的设备中用来冷却或通风。

通风机的性能参数主要有流量、压力、功率，效率和转速。

另外，噪声和振动的大小也是通风机的主要技术指标。

流量也称风量，以单位时间内流经通风机的气体体积表示；压力也称风压，是指气体在通风机内压力升高值，有静压、动压和全压之分；功率是指通风机的输入功率，即轴功率。

通风机有效功率与轴功率之比称为效率。

通风机全压效率可达90％。

通风机未来的发展将进一步提高通风机的气动效率、装置效率和使用效率，以降低电能消耗；用动叶可调的轴流通风机代替大型离心通风机；降低通风机噪声；提高排烟、排尘通风机叶轮和机壳的耐磨性；实现变转速调节和自动化调节。

2.1离心风机的基本组成
主要由叶轮、机壳、进口集流器、导流片、联轴器、轴、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。

2.2离心风机的原理
离心式通风机的工作主要依靠离心力完成。

气体的离心通风机巾的流动足为轴向，后转弯垂直于通风机轴的径向，当气体通过旋转叶轮的叶道问，由于叶片的作用
气体获得能量，即气体孤力提高和动能增加。

当气体获得能量足以克服其阻力时则可将气体输送到远处或高处。

离心通风机的理论压头公式即离心通风机的基本方程式是利用流体力学的动量
矩原理推算而得，其表达为
p t=u2c2cosα2−u1c1cosα1r/g
p t……………………….离心通胍机产生的理论压头
u1、u2…………………..叶轮进出U的圆周速度
c1、c2………………….气流质点在叶轮进出口处的绝对速度
α1、α2…………………叶轮进出口处圆周速度与绝对速度的夹角r…………………………..气体的重度
g………………………….重力加速度
1-进气室；2-进气口；3-叶轮；4-蜗壳；5-主轴；6-出气口；7-扩散器
2.3离心风机的主要结构参数
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, β> 90°(90°～ 160°)；
后向式──叶片弯曲方向与旋转方向相反, β< 90°(20°～ 70°)；
径向式──叶片出口沿径向安装,β= 90°。

2.4离心风机的传动方式
如图所示。

三.离心风机的设计任务与要求
（1）设计任务
通风机给定的设计条件主要有流量、全压及运行条件。

通风机气动设计的任务是根据给定的设计条件，以气流损失最小为原则，确定风机通流部件的结构和尺寸。

影响通风机中流动损失的参数主要有：进口和出口叶片几何角和安装角、进口和出口的直径比、转速、进口和出口的轴向宽度、叶片数、叶片形状、机壳形状以及进气和扩压装置的结构等，所以，离心通风机气动设计的内容包括叶轮设计、进气装置设计、机壳设计及扩压器设计。

（2）设计要求
9-19型离心通风机，一般用于锻冶及高压强制通风，并可广泛用于输
送物料，空气等无腐蚀不自然，不含粘性物质的气体。

在电力和冶金
行业中应用较多。

本风机用于密封冷却场合，风机设计要求：
1.根据9-19空动图进行设计；
2.风机转速2900r/min，流量3400m3/s,风机全压：5300Pa，叶轮直径为
500mm；
3.通过静力分析确定风机的前盘厚度，叶片厚度，后盘厚度（可通过有限元法）；
4.确定风机的固有频率，若共振对其进行规避；
5.通过计算选择电机；
6.设计完整9-19高压风机图纸；
7.做出爆炸图与3D装配动画;
四.离心风机的设计方法一
相似理论在风机的相似设计和性能的相似换算中是非常重要的。

所谓相似设计，即根据实验研究出来的风机模型来设计与模型相似的风机。

我国目前生产的风机系列产品，是利用样机模型根据几何相似原理生产各种不同型号的风机。

性能相似换算是用于实验条件下不同于设计条件时，将实验条件下的性能利用相似原理换算到设计条件下的性能。

1.设计原理：相似性原理
风机的相似原理。

集合相似的两体系中进行同一性质的过程，切体系中各对应点上表示现象特征的同类量成比例关系时，则此两体系称为互为相似的现象。

要保证气体在风机中流动相似，必须具备三个相似条件，即几何相似，运动相似和动力相似。

也就是说，必须满足模型与实物中任何对应点的上的同一物理量之间保持比例关系。

两通风机相似是指气体在风机内流通过程相似，或者说他们之间在任一对应点的同名物理量之比保持常数，这些常数叫做相似常数或比例系数
2.利用相似原理所能解决的问题
（1）绘制同类型风机的无量纲参数特性曲线。

根据在一定转速下模型风机的性能曲线，可利用相似原理绘制出这一类风机的无量纲参数特性曲线。

这种性能曲线适用于几何形状相似，尺寸大小不同的一系列风机。

（2）对通风机的改造。

由于运行环境工况的变化，当已有风机工作点偏离最高效率区时或风机选型时没有完全适合实际工况的风机，可利用相似原理对风机进行改造，使其在最高效率区工作。

（3）进行相似设计。

目前风机动力设计理论设计结果与实际结果有相当大的差距，利用相似原理。

可根据已有性能优越、运行可靠的通风机或模型来进行相似设计保证所以需要的结果。

（4）新风机设计。

在新型通风机的设计与研制开发过程中，根据风机气动理论设计出模型风机后，要对模型风机反复进行试验，再根据实验结果，利用相似原理设计预测实际风机的结果，对模型风机不断进行完善，直到满足设计要求。

9-19-11NO5A离心风机空气动力学简图如下：
15
3.风机的相似设计
通风机的相似设计可以依据已有的风机或模型，也可以依据某一类通风机的无量纲性能
曲线。

事实上，风机的无量纲性能曲线就是根据该类风机的特定模型试验得到的。

根据无量纲性能曲线进行相似设计的步骤如下。

①标准进气状态时，要将风机的性能参数换算成标准状态下的值。

②选择风机转速n。

转速选择应综合考虑风机尺寸、噪声、效率及强度。

一般需要初选
的转速，如不合适，可以根据计算结果调整重新计算。

3计算比转速n s
不考虑压缩性修正系数时，式中Kp =1。

④根据n s。

的大小，选择风机类型。

尽可能多地找出与计算比转速相近的效率较高的风
机。

并确定选定类型风机在该比转速下的无量纲性能参数φ、ψt、ηi。

如果计算出的比转速过大，无适当的通风机用作模型时，可以考虑采用双吸离心通风机
或轴流通风机作为模型通风机。

如计算出的比转速过小，无适当通风机可选取时，可采用两级离心通风机，但风机结构复杂化了。

在上述两种情况下，也可采用两台通风机并联运行或串联运行以满足要求。

如果模型风机的比转速n′s恰好等于n s，模型通风机的无量纲性能曲线上的最高效率点
即为新通风机的工况点。

如果n′s不等于n s。

，应在模型通风机比转速曲线上找出与以n s相等点,则该点即为新通风机的工况点。

如果相差过多．工作点效率过低，可以通过适当改变叶
片的宽度，使工况点移至最高效率点。

16
⑤确定叶轮直径D 2。

根据所要求的全压系数公式和和流量系数由式(2-26)和式(2-27)
计算叶轮直径D 2。

即
如果计算结果较为接近，则D2即为所需要的风机直径。

如果两者相差较大，需要考虑
用变型设计的方法（风机变型设计方法将在下节介绍）。

⑥确定通流部分尺寸。

由D2，根据模型通风机的空气动力学略图，确定所要设计通风机通流部分的其他尺寸，包括叶片安装角βA 1和βA 2及叶片数z 。

⑦结构设计与强度验算。

通流部分的形状和尺寸决定后，进行新通风机的结构设计。

必要时需验算部件的强度。

解：
由空气动力简图可求得：φ=234°，由设计要求可知：Q v =3400m 2/s 带入公式计算：
D 2Q =
(240Q V 2)1
3=(
240×3400
2)13
=0.5m
所以可以求得相似系数为：500/100=5
将9-19-11NO5A 空气动力学简图上的尺寸按照5倍放大后便可以得到所需的风机尺寸。

五．离心风机的设计方法二
设计原理：根据给定的设计要求和数据，通过空气动力学计算确定出结构上的各种数据。

然后进行校验。

此种方法需经过复杂的计算，需掌握较多的空气动力学知识，并借鉴大量的经验公式。

可以得到较为精确的设计数据，有利于减少设计误差。

但耗时较长，与设计人员的能力与相关知识有很大关联，所以不用在同类风机的设计中。

而是在设计新型号的风机中使用。

要求：风机转速2900r/min，流量3400m3/s,风机全压：5300Pa，叶轮直径为500mm 解：
1.叶轮气动设计
（1）确定比转速n s与通风机类型
通风机设计流量
Q VO=Q
3600=3400
3600
=0.944m3/s
由于，p tF=5300Pa>2500Pa,考虑气体可压缩性影响，压缩性系数
K p=
k
k−1
×
p1
p
[(1+
p
p1
)
k−1
k−1]
代入数据算得K p=0.987
初取转速n=2900r/min，比转速为
n s=5.54n Q VO1/2
K p p tF0
=28.33
应选离心式风机
（2）选择叶片出口角β2A与全压系数ψt
由于叶片全压较高，选择前弯叶片离心式通风机。

前弯叶片出口角度β2A=100。

~150。

，初选叶片β2A=126。

，初步计算全压系数ψt
ψt
2
=0.00394β2A+0.3
带入计算得到ψt=1.6
（3）叶轮周向速度u2和出口直径D2
u2=√2p tF
ρψt
=√
2×5300
1.2×1.6
=74.45 m/s
D2=60u2
πn
=
60×74.45
2900π
=0.49 m
取D2=0.5m，则
u 2πnD 260=π×2900×0.560=75.9m/s
ψt =p tF 12ρu 22=530012
×1.25×75.92=1.7
参考“全压系数与出口角推荐范围” ψt =1.6~1.8，β2A =110°~135°；所选ψt =1.7，β2A =126°合适 （4） 确定叶轮进口直径D 0和叶片进口直径D 1
前向叶轮应尽量充分考虑各项损失
D 0=3.25√ξi +ξr +ξimp ξ2ξimp 6
√Q V0
nμ0（1−d ̅2）
3 根据13−5【1】，轴向自由进气，选择进气装置损失系数ξi =0，拐弯处损失系数为ξr =0.2叶道损失系数ξimp =0.4。

对于前向叶轮，叶轮进口速度的变化系数ξ （叶道入口前子午线速度与叶轮入口轴向速度之比）应取较大值，选取ξ =0.65；采用锥弧形集流器，叶轮入口截面气流充满系数μ0=1；取容积效率ηv =0.93；叶轮入口为无阻
碍结构，故轮轴比d =0。

带入上式，得：
D 0=3.25√0.2+0.4+0.6520.46
×√0.944
2900×0.93
3=0.267m
确定D 0=0.25m 取D 1=D 0=0.25m ，
（5） 确定b 1与进口叶片角β2A
u 1=πD 1n 60=0.25×2900π60
=37.96 m/s
根据式（3-15a ），自由进气b ̅=0，取叶道入口界面气流充满系数μ1=0.91
b 1=1ξ×μo (1−d 2)μ1×D O 4=10.65×10.91×0.254
=0.1056 m
由式（13-7b ），进入叶道前的子午速度
c’1m =Q v πμ1D 1B 1ηV =0.944
π0.91×0.25×0.1056×0.93=13.44 m
选择冲角i ≈9°，估算进口叶片角
β1A =arctan c’1m u 1+i =arctan 13.44
37.96
+9°=36.5°
取β1A =38°
（6） 确定叶片数Z
Z=8.5sinβ2A
1−
D1
D2
=8.5×
sin38°
1−
0.25
0.5
=10.4
高压离心风机一般叶片数Z=10~16，所以确定Z=10（7）确定叶片出口宽度b2
根据（13-28）
b2=
b1
k cm
×
D1
D2
×
μ1
μ2
取k cm=0.64，μ2=0.91，则
b2=0.1056
0.64×
×
0.25
0.5
×
0.91
0.91
=0.08 m
取b2=0.8
（8）验算全压p tF
○1有限叶片数理论全压p th∞：
叶片无穷多时，根据欧拉方程，计算通风机理论全压
p th∞=ρu22（1−C2m∞
u2
cotβ2A）
其中
C2m∞=
Q V
πb2D2
=
0.944
0.8×0.5π
=7.51 m
则
p th∞=1.2×75.92(1−7.51
75.9
cot126°)=7409.9 m/s
按B.Eck公式计算滑移系数
ε=1+
1
1.5+
1.1β2A
90
Z[1−(
D1
D2)
2
]
=1+
1
1.5+
1.1×38°
90
10[1−(
0.25
0.5)
2
]
=0.8593
考虑有限叶片数影响，理论全压为
p th=εp th∞=7409.9×0.8593=6367 Pa
○2泄漏量∆Q f与容积效率ηv：
集流器与前盘的间隙δr=0.0005，间隙边缘系数α=0.7，根据（4-26）估算泄漏量
∆Q f=πD1δrαu2(2ψt
3
)
1/2
=0.25π×0.0005×75.9×(
2×1.7
3
)
1
2
=0.0168 m2/s 考虑泄漏量后的理论流量
Q th=Q v+∆Q f=0.944+0.0168=0.9608
ηv=Q v
Q th
=
0.944
0.9608
=0.978
○3叶道入口及出口速度：叶道入口前速度
c’1m=
Q th
πD1b1μ1
=
0.9608
0.25×0.1056×0.91π
=12.73 m/s
叶片厚度δ1=δ2=0.0025m，计算阻塞系数
τ1=1−
δ1
sinβ1A
D1π
z
=1−
0.0025
sin38°
0.25π
10
=0.83
τ2=1−
δ2
sinβ1A
D2π
z
1−
0.0025
sin126°
0.5π
10
=0.98
叶道入口后度
C1m=C′1m
τ1
=
12.73
0.9
14.14 m/s
ω1=
C1m
sinβ1A
=
14.14
sin38°
=22.9m/s
叶道出口前速度
C2m=
Q th
πD2b2τ2μ2
=
0.9608
0.5×0.045×0.98×0.91
=15.24 m/s ω2=
C2m
sinβA2
=
15.24
sin126°
=18.83 m/s
叶道出口后速度
C′2m=τ2c2m=0.98×15.24=14.93 m/s
C2u∞=u2−C2m cotβ2A=75.9−14.93×cot126°=86.74 m/s
C’2u=εc2u∞=0.8593×83.74=71.95 m/s
C′2=√C′2m2+C′2u2=√14.932+71.952=73.48 m/s
○4估算流动损失：
估算风机的流动总损失数，即
∆p hf=∆p r+∆p s+∆p imp+∆p V
计算各项流动损失，选择各项流动损失系数ξr=0.15,ξimp=0.2,ξV=0.2
进弯转损失∆p r=ξrρ
2c′1m2=0.2×1.2
2
×14.142=23.99 Pa
叶道内的损失∆p imp=ξimpρ
2ω′12=0.2×1.2
2
×22.92=62.9Pa
蜗壳内流动损失∆p V=ξvρ
2c′22=0.2×1.2
2
×73.48=647.9 Pa
冲击损失∆p sξrρ
2
c′1m2
额定工况下冲击损失∆p s=0
则总流动损失为
∆p hf=23.99+62.9+647.9=734.79 Pa ○5验算全压
实际全压
P tF=P th−∆p hf=6367−734.8=5633 Pa
P tF−P tF0
tF0×100%=
5633−5300
=6%
计算风机效率
ηℎ=P tF
P th
=
5633
6367
=0.88
（9）计算风机功率
轮阻损失，取β=0.85
ΔP df=ρβu23D22×103=1.2×0.85×75.93×0.53×10−6=0.055 KW 内部功率
N i=ΔP df+
P tF Q th
1000ηvηℎ
=0.055+
5633×0.960
1000×0.978×0.88
=6.3KW
取摩擦效率ηm=99%，则风机轴功率
N s=N i
ηm
=
6.3
0.99
=6.36 KW
取安全系数K=1.15，所需电机功率
N=KN S=1.15×6.36=7.314 KW
(10)确定叶轮前型线
令气流子午速度C m由叶道入口C1m=14.14 m/s，线性变化至叶道出口C2m= 15.24m/s;忽略叶片厚度影响，可近似认为C′m也由叶道入口的C′1m线性变化至叶道出口C′2m，叶轮宽度为：
b=
Q th πDc’mμ
取μ=0.91，将R1~R1之间均等分为十等分计算结果如下
（11）叶形型线确定
前向叶轮气流平均相对速度ω由叶道入口至出口的变化规律为先减速，后增速，推荐拐点处折算半径R̅90=0.55~0.70。

取R̅90=0.60，平均相对速度ω拐点处的半径
R=R̅(R2−R1)+R1=0.6×(0.25−0.125)+0.1=0.175 m
根据减速初始段快速减速的原则，绘出截面上平均相对速度ω及子午速度c m变化曲线，(其中c m按线性减速)，如图所示
根据上图按下面步骤绘制叶片型线。

○1将R1R2分为10等分，得到11个点;由上图读出每个分点R i处对应的ω与c m值。

○2根据下式计算各分点处叶片角βiA。

βi=arcsin c im ωi
○3取径向步长，ΔR=0.0125 m,计算叶片中心角增量Δφ
i，
进而计算出各分点的中心角φi：
Δφi+1=90°
π
(
1
R i tanβi
+
1
R i+tanβi+1
)∆R i
○4将上述计算结果，根据φ−R，取点后光滑连接各点，得到叶片曲线，下图所示
2.确定蜗壳尺寸及轮廓
（1）计算蜗壳厚度B
B=(1.3~2.2)b2=1.3~2.2×0.045=0.0585~0.099 m 取B=0.080 m
（2）计算蜗壳截面张开度A
A=
Q n
Bc’2u
=
0.944
0.08×71.95
=0.164
则基变长度a为
a=A
4
=
0.164
4
=0.041 m
按等基元发法绘制蜗壳型线，叶轮外径R2=0.5 m，蜗壳型线半径分
别为
R a=R2+3.5a=0.6435
R b=R2+2.5a=0.6025
R c=R2+1.5a=0.5615
R d=R2+0.5a=0.5205
绘制蜗壳内壁型线如下图所示
（3）确定蜗舌尺寸
前向叶轮，估算蜗舌间隙τ
τ=(0.07~0.15)D2=(0.07~0.15)×0.5=0.035~0.075 m 由于风机的压力较高，取τ=0.056
估算蜗壳顶端的圆弧角r
r=(0.03~0.06)D2=(0.03~0.06)×0.5=0.015~0.03 m 取r=0.015 m
3.集流器设计
采用锥弧形集流器。

主题为锥形，取当量收缩角φ=60°，喉部为圆弧形，如下图所示。

集流器的出口端必须与轮盖的入口紧密配合，取间隙为0.5mm。

集流器喉部直径取148mm略小于叶轮入口直径，为了保持叶轮入口状态良好，集流器末端的型线与轮盖入口段的型线一致。

集流器喉部圆弧半径取31.5mm，与轮盖入口相差不大。

集流器扩压段不宜过长，取90mm。

六.风机的有限元分析
1关于有限元：
有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。

有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。

有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。

经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。

在解偏微分方程的过程中, 主要的难点是如何构造一个方程来逼近原本研究的方程, 并且该过程还需要保持数值稳定性.目前有许多处理的方法，他们各
有利弊. 当区域改变时(就像一个边界可变的固体), 当需要的精确度在整个区域上变化, 或者当解缺少光滑性时, 有限元方法是在复杂区域(像汽车和输油管道)上解偏微分方程的一个很好的选择. 例如, 在正面碰撞仿真时, 有可能在"重要"区域(例如汽车的前部)增加预先设定的精确度并在车辆的末尾减少精度(如此可以减少仿真所需消耗); 另一个例子是模拟地球的气候模式, 预先设定陆地部分的精确度高于广阔海洋部分的精确度是非常重要的。

有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。

20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz法+分片函数”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。

不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。

随着市场竞争的加剧，产品更新周期愈来愈短，企业对新技术的需求更加迫切，而有限元数值模拟技术是提升产品质量、缩短设计周期、提高产品竞争力的一项有效手段，所以，随着计算机技术和计算方法的发展，有限元法在工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重视和应用，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径，从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源和科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃。

2基于Inventor的叶轮有限元分析：
叶轮叶片的有限元分析
在理想状态下，我们认为叶片所受力为叶轮旋转所产生的离心力，自身所受重力，和运动时的空气阻力。

因为该叶轮较小，所以忽略空气阻力进行分析。

诺需要对风场进行分析则需要ANSYS等大型有限元分析软件进行分析。

在进行分析前需进行三维建模，参阅风机手册与同类型风机。

初选叶片厚度2.5mm，前盘厚度，后盘厚度皆为2mm
如下图。