三元流动理论在高压离心风机设计中应用

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林业机械与木工设备设计计算

林林业业机机械械与与木木工工设设备备

林业机械与木工设备

林林业业机机械械与与木木工工设设备备

三元流动理论在高压离心风机设计中的应用

王振东

（哈尔滨林业机械研究所，黑龙江哈尔滨 150086）

摘要：通过对一些林业机械用高压小比转数离心风机结构特点及其气动损失的分析，提出了改进风机叶轮

结构的措施。依据三元流动理论，采用变分有限元法对叶轮叶道内的流场进行了计算，从理论上分析所采取措施的

正确性，并通过试验进行了验证。

关键词：离心风机；叶片；气动损失；三元流动

中图分类号：文献标识码：文章编号：（）

TH112 A 1001-4462 2004 08-0021-03

离心风机作为一种通用机械，应用领域非常广泛。有限数目叶片的叶轮中流动，叶片又具有一定厚度，所

其在林业机械中也得到了大量应用，如常用的弥雾喷以气体在叶轮内流动时必然会产生能量损失。其损失

粉机、风力灭火机、气力播种机，及其它清扫和木材综主要有叶轮叶道内的摩擦损失、接近叶轮出口处的边

合利用设备等。由于林业机械作业对象和对机具性能界层分离损失和叶轮入口处的冲击损失。

的要求，在弥雾喷粉机、风力灭火机、气力播种机上所由于叶道的宽度是随着叶片数变化的，叶片数多，气

使用的风机均系高压小比转数离心风机。体与叶轮接触面积增加，故而气体在叶轮中的分离损失减

根据一般的设计规范，这类风机叶轮宽度相对很窄，小，但摩擦损失增大。反之分离损失增大，摩擦损失减小。

而且叶片数又较多，为获得高压，叶片均系前向。这样，在另外，叶片数的增加，也会使叶轮入口处的冲击损失增加。

叶轮进口处阻塞比较严重，入口冲击损失和摩擦损失较由此可知，叶片数对叶轮的能量损失起着重要作

大，分离损失也较严重。针对这一特点，在设计上述用途用，减少冲击损失和摩擦损失与减少分离损失是相互矛

的离心风机时，应考虑其结构特点和内部流动特性，进行盾的。尤其是对高压小比转数风机叶轮，其宽度较窄、叶

合理设计，以期得到性能满足设计要求的高效风机。片数较多，叶轮的气动损失比较大，造成风机效率低。

1.2 改进措施

1 风机叶轮气动损失分析

由于叶轮内气体流动的复杂性和测试困难，目前

1.1 气动损失分析

还没有建立起叶片数和三种气动损失之间的数学模

离心风机在实际工作中，由于气体具有黏性，且在型，无法采用最优化计算方法确定叶片数。所以我们在

收稿日期：叶片结构上采取措施以减少气动损失，提出采用长、短

2004-01-13

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

2003 年 10 月，由国家林业局哈尔滨林业机械研究 3500kg 樟子松球果经干燥后出种量为 70kg，达到

所研制的该设备在大兴安岭加格达奇营林局技术推广了 50kg 球果出1kg 种子的比率，比自然晾晒提高近一

站安装，年月对该设备进行了调试验收，总烘干倍（原自然晾晒为每球果出种子）。现

2004 4 50kg 0.4～0.6kg

量为 3500kg 樟子松球果，干燥周期为 5 天，球果开裂程在市场上樟子松种子的价格大约为 600 元 /kg，这样就

度达到 99%。随后进行了种子成活实验，成活率达到大大提高了经济效益。

98%。实验表明，新型热源加热效率极高，最高可使干燥该设备干燥周期短，热效率高，除可进行林木球果

间内温度达到 75℃，并彻底杜绝了火险隐患。由计算机调制外，还可为当地的林副产品服务，例如木耳、磨姑

自动控制干燥间内温湿度，误差小，效率高。采用层架和山野菜的烘干，

只需在干燥工艺上作一些调整即可，

式结构装卸方便，球果受热均匀，开裂一致。这为地方经济的发展带来了很大的效益空间。

21

第 32 卷 2004 年第 8 期

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设计计算林业机械与木工设备

林业机械与木工设备林业机械与木工设备

林业机械与木工设备

林林业业机机械械与与木木工工设设备备

叶片相结合并适当增加叶片数的方法。

普通离心风机叶轮的叶片都一样长，如果为减少

分离损失而增加叶片数势必使叶轮入口阻塞严重，使

冲击和摩擦损失增加。但如果在增加叶片数的同时，将