单级轴流风气动设计

单机轴流通风机的气动设计 一、设计参数

全压： P=900P a 流体密度：ρ=1.2kg/m 3 流量： Q=30m 3/s 转速： n=750r/min 二、轴流风机方案设计

电机转速选取

确定通风机转速n 、叶轮直径D 及圆周速度，通风机采用同步电动机直接驱动，选取起转速n 分别为750r/min,1000r/min 和1450r/min ；转速已给，取n=750r/min 。

在设计中，初选级的形式为叶轮后设置导叶，涉及叶轮参数的选取时，对其采用相同参数的R+S 级叶轮（即叶轮后设置导叶）选取。

对于已给定流量Q=30m 3/s 和全压P=900P a 条件下的通风机，应采用孤立翼型设计方法。

三、叶轮参数的选取

1．计算轴功率：

取η=0.88，0.98m η=，得

kw P Q N m 3.3198

.088.01000900

301000=⨯⨯⨯=••=

ηη

2.比转数

25900

30

7504

3

21

4

3

2

1=⨯

==P

Q n

n s

3.查图？？，取v=0.65,查图？？，取Ku=1.8 叶轮外径：m n P K D u t 77.1750

14.3900

184.774.77=⨯⨯⨯==

π

轮毂直径：m D D t h 15.177.165.0=⨯=•=ν 4.圆周速度

s m n D u t t 7060

75077.114.360=⨯⨯==π

s m u t 70=满足u t ≤60~80，属于低噪音轴流风机的设计，符合标准

压力系数

153.070

2.19002

2=⨯==

t u P P ρ 当P =0.15~0.25或n s =20.8~32.5（115~118）时，可以采用叶轮加后导叶的级。根据压力系数与比转数验证采用叶片加后导叶的方案是合理的。

5.轴向速度

s m D D Q c h t a 1.21)15.177.1(4

30

)(42

222=-=-=ππ

6.等环量级的优点是沿半径能量头和轴向速度不变，计算简单。而且具有无旋运动的形式，可以认为它的效率比较高。实践证明，等环量级的空间流动形式与计算值是很接近的。对于轮毂比较大的叶片，用等环量计算可以满足要求。

将叶片分为五个截面，按等环量计算各参数

s m D D D h t m 49.12

15.177.122

22

2=+=+=

s m n

D u m m 48.5860

750

49.114.360

=⨯⨯=

=

π

s m u P c m um 57.1488

.048.582.1900

=⨯⨯==

∆ηρ 取1=a

85.10)2

49.1(57.14)2(

=⨯=•∆m um D c r

c u 85

.10=∆

7. 选取LS 叶型，取平均相对厚度0.10c =，叶片计算结果列于表中。

注：１、前缘相对半径r

1/C

max

=12%；后缘相对半径r

2

/C

max

=9%。

２、重心距翼弦的距离y

0=0.42C

max

。

３、重心距翼型前缘的距离x

=0.445b。

表中叶片数的选取：

当叶栅的速度三角形不变时，升力系数Cy与弦长b的乘积（Cy×b）具有定值。对于选定的叶型来说，在额定工况下，Cy是一定的。因而，叶片数z的改变，意味着b的改变。z增加则b减小，z减少则b增加。对同一轮毂比和叶片弦长而言，叶片数增加则叶栅稠度增加，这将引起叶栅升力系数的下降，使得流道内的流动损失迅速上升。如果叶片数过少，将使每个叶片的负荷增大，从而使气动性能变坏，导致风机的全压降低。因此，为保证两级叶轮流动的匹配，对于一定的轮毂比和叶片弦长的风机，存在一个最佳叶片数的问题。根据叶栅试验数据，叶

片数z 可用下列公式算出：

61z ν

ν

=

-， 也可查表？？得

ν=0.65，Z=12

8.叶片的绘制

弦长b 在叶栅额线及叶栅轴向方向的投影列于下表

各计算截面翼型的重心坐标，重心距翼型前后缘的距离在叶栅额线及叶栅轴向方向的投影列于下表。

根据LS翼型断面坐标值，可计算出各截面的翼型尺寸列于下表

根据上述数据，绘制各计算截面的翼型，。为改善叶片受力情况，各计算截面的翼型重心都落在同一径向线上。根据这一原则绘制了叶片的投影图。

9.后导叶参数选取

后导叶即出口导流器，它与前导叶不同，是一种扩压叶栅。其作用是把流出叶轮的偏转气体旋回轴向，同时将偏转气流的动能转变为静压能。因此，相对于无后导叶的单叶轴流风机而言，装置后导叶的风机，其静压效率显著提高，并使风机最高全压效率工况点和最高静压工况点彼此接近。

对于在管网阻力比较大的场合下使用的轴流风机，如果它所要求的功率较大，一般可设置后导叶。这样，风机的出力能够得到充分的发挥，并改善了风机的运转使用性能。

后导叶可采用机翼型，也可采用等厚度的圆弧板叶型。一些试验表明，在其他条件相同时，采用曲率相同的等厚度圆弧板形后导叶代替机翼型后导叶，也具有较良好的空气动力性能，而制造很方便。

后导叶的计算与叶轮的计算方法基本相同，可按孤立叶型法与叶栅法进行。以前推得的叶栅气动参数和几何参数之间的关系，对静止叶栅同样适用。只需以气流角α代替β，以导叶内的平均速度m c 代替动叶栅m w 即可。

后导叶数一般取为叶轮片数的1.5-2.0倍，为防止叶片震动，应使动叶叶片数与导叶叶片数互为质数。由于动叶为12片，所以取后导叶为18片。

叶栅法对后导叶进行计算

（1）根据叶轮计算得到的速度三角形，求出导叶的进出口气流角*

2α、*3α

u z

c c tg 21

22-*

==αα u

z

c c tg 31

33-*

==αα 理论和实践证明，若取u c 3不为零时，对于提高效率更为有利，故一般取

u u c c 23)25.0~0(=

（2）根据2α、3α求出气流转折角α∆

*∆=-=∆αααα23

然后由*∆α查图？？，选取最佳稠度b 。 （3）选择后导叶叶片数，求出t 。

（4）确定叶片宽度)(t t

b

b •=

（5）求出弯折角θ

b

t m

i --∆=

*

*1αθ