DGF3.55A外轉子離心風機的設計【含19張CAD圖紙】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 本科畢業(yè)設計 題 目：DGF3.55A外轉子離心風機的設計 學 院： 專 業(yè)： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 職 稱： 本科畢業(yè)設計(論文)材料目錄 學院 學生 姓名 成績 指導教師姓名 導師團 成員姓名 機電院 蔣雪松 畢業(yè)設計 (論文)題目 DGF3.55A外轉子離心風機的設計 序 材料名稱 份數 備注 1 畢業(yè)設計(論文)正文 1 2 畢業(yè)設計(論文)任務書 1 3 畢業(yè)設計圖紙 19 4 開題報告(含綜述或參考文獻翻譯) 1 5 中期檢查表 1 6 指導教師評閱意見表 1 7 同行教師評閱意見表 1 8 答辯記錄表 1 畢業(yè)設計（論文）電子文檔 1 檔案編號 備 注 本科畢業(yè)設計說明書 摘要 當今時代能源緊缺，然而風機又是耗能大戶。所以，提高風機的運行效率己成為風機行業(yè)不可推卸的責任，也是風機技術發(fā)展的必然趨勢。由此，本文提出離心式風機個性化設計。 所謂離心式風機個性化設計就是針對一個特定用戶提出的氣動性能參數及使用條件，設計者應設計出一種專用的離心式風機，除了滿足用戶的使用條件外，還應保證用戶需求的性能參數(即正常運行工況)處于風機氣動性能曲線的最高效率點，至少應處于高效區(qū)域內，以達到最佳節(jié)能目的[34]。 外轉子離心風機屬于風量適中、風壓偏高類型，同時外轉子離心風機體積小、占用空間小、噪聲低、運轉平穩(wěn)、經久耐用。主要適用于吊頂空調、立柜式空調以及凈化、通風等場合[1]。 關鍵字：外轉子；離心式；離心式風機 Abstract In modern times, the energy shortage, but the fan is a large energy consumption.Therefore, improving the efficiency of the fan's unshirkable responsibility has become a fan industry, is also a air blower technology development inevitable trend.Hence, the personalized design of centrifugal fan is presented. So-called personalized centrifugal fan is designed for a particular user's aerodynamic performance parameters and conditions of use, the designer should design a special centrifugal fan, in addition to meet the user's use condition, also should guarantee the performance parameters of user requirements (i.e., normal operating conditions) is in the highest efficiency point of the fan aerodynamic performance curve, at least in high efficient area, in order to achieve the best energy-saving purpose[34]. Outer rotor centrifugal fan belongs to moderate volume, high wind pressure type, and at the same time the outer rotor centrifugal fan is small size, small footprint, low noise, smooth operation, durable. It is mainly suitable for ceiling air conditioning, cabinet air conditioning and cleaning, ventilation, etc[1]. Key word: Outer rotor；Centrifugal；Centrifugal fan. 目錄 第一章 緒論·······················································1 1.1 引言···················································1 1.2 國內外離心風機的研究現狀·······························2 1.3 離心風機概述及DGF3.55A外轉子離心風機的特點············5 1.3.1 離心風機的基本概述·······························5 1.3.2 DGF3.55A外轉子離心風機的特點·····················6 1.3.3 外轉子電機的概念·································6 1.4 本文研究的目的和意義···································7 第二章 離心風機的基本原理·········································8 2.1 離心風機的基本結構·····································8 2.1.1 離心風機的基本結構·······························8 2.1.2 離心風機的工作原理·······························9 2.2 離心風機的基本理論特性································10 2.2.1 離心風機的特性參數······························10 2.2.2 離心通風機的基本方程式··························12 2.2.3 離心通風機的理論特性曲線························12 2.2.4 離心風機的損失和效率····························14 第三章 相似設計理論··············································15 3.1 相似理論··············································15 3.1.1 概述············································15 3.1.2 相似原理········································15 3.2 通風機的無因此特性曲線································16 3.3 通風機的相似設計步驟··································17 3.4 校核理論··············································18 第四章 DGF3.55A外轉子離心風機的總體設計··························19 4.1 相似設計數據分析和計算································19 4.1.1 概述············································19 4.1.2 風機尺寸換算和結構設計··························20 4.1.3 設計風機空氣動力略圖····························22 4.1.4 風機各部分材料的選擇····························23 4.1.5 外轉子電機的選擇································25 4.2 校核計算··············································25 4.2.1 葉輪的強度計算··································25 4.2.2 鉚釘的強度計算··································26 4.2.3 軸承的壽命······································26 4.2.4 風機平衡校核····································27 4.3 離心風機設計時幾個重要方案的選擇······················27 第五章 性能分析···················································28 第六章 DGF3.55A外轉子離心風機整體及零件Pro/E圖··················29 致謝·······························································30 參考文獻···························································31 附錄·······························································33 6 第一章 緒論 1.1引言 離心通風機是一種依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械，即一種從動的流體機械。離心式通風機廣泛用于工廠、礦井、隧道、車輛、船舶和建筑物的通風、排塵和冷卻；鍋爐和工業(yè)爐窯的通風和引風；空氣調節(jié)設備和家用電器設備中的冷卻和通風；谷物的烘干和選送；風洞風源和氣墊船的充氣和推進等。離心風機的工作原理與透平壓縮機基本相同，只是由于氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理[1]。 葉輪經靜平衡或動平衡校正才能保證通風機平穩(wěn)地轉動。按葉片出口方向的不同，葉輪分為前向、徑向和后向三種型式。前向葉輪的葉片頂部向葉輪旋轉方向傾斜；徑向葉輪的葉片頂部是向徑向的，其又分直葉片式和曲線型葉片；后向葉輪的葉片頂部向葉輪旋轉的反向傾斜。前向葉輪產生的壓力最大，在流量和轉數一定時，所需葉輪直徑最小，但效率一般較低；后向葉輪相反，所產生的壓力最小，所需葉輪直徑最大，而效率一般較高；徑向葉輪介于兩者之間。 圖1-1 通風機 為了使葉片表面有合適的速度分布，一般采用曲線型葉片，如等厚度圓弧葉片。葉輪通常都有蓋盤，以增加葉輪的強度和減少葉片與機殼間的氣體泄漏。葉片與蓋盤的聯接采用焊接或鉚接。焊接葉輪的重量較輕，流道光滑。低、中壓小型離心通風機的葉輪也有采用鋁合金鑄造的[33]。 離心式風機實質是一種變流量恒壓裝置。當轉速一定時，離心式風機的壓力-流量理論曲線應是一條直線。由于內部損失，實際特性曲線是彎曲的。離心式風機中所產生的壓力受到進氣溫度或密度變化的較大影響。對一個給定的進氣量，最高進氣溫度(空氣密度最低)時產生的壓力最低。對于一條給定的壓力與流量特性曲線，就有一條功率與流量特性曲線。 離心式風機的工作原理與透平壓縮機基本相同，只是由于氣體流速較低，壓力變 化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理[7]。 風機已有悠久的歷史。中國在公元前許多年就已制造出簡單的木制礱谷風車，它的工作原理與現代離心式風機基本相同。 圖1-2 通風機 1862年，英國的圭貝爾發(fā)明離心式風機，其葉輪、機殼為同心圓型，機殼用磚制，木制葉輪采用后向直葉片，效率僅為40%左右，主要用于礦山通風。 1880年，人們設計出用于礦井排送風的蝸形機殼，以及后向彎曲葉片的離心式風機，其結構已算是比較完善了。 1892年法國研制成橫流風機。 1898年，愛爾蘭人設計出前向葉片的西羅柯式離心式風機，并為各國廣泛采用。 19世紀，軸流風機已應用于礦井通風和冶金工業(yè)的鼓風，但其壓力僅為100～300帕，效率僅為15～25%，直到二十世紀40年代以后才得到較快的發(fā)展。 1935年，德國首先采用軸流風機為鍋爐通風和引風。 1948年，丹麥制成運行中動葉可調的軸流風機；旋軸流風機、子午加速軸流風機、斜流風機以及橫流風機。 2002年，中國的防爆離心式風機，在化工、石油、機械等領域廣泛采用[4]。 隨著離心式風機的應用范圍越來越廣，各種不足和問題也都開始逐一被發(fā)現并改進。但是單一的發(fā)現問題后再改進已經無法滿足市場快速發(fā)展的需求。離心式風機的發(fā)展必須以滿足市場需求為前提，加以創(chuàng)新，研發(fā)出新式的離心式風機，如此才能推動市場的發(fā)展。 離心式風機是一臺構造復雜的設備，主要有進風口、風閥、葉輪、電機、出風口等組成。在不同的狀態(tài)下，離心式風機的用途也不相同。因此，不同的部分運行狀況不同時，離心式風機的效果會受到影響[6]。 1.2 國內外離心風機的研究現狀 離心風機是工業(yè)生產不可或缺的通用機械之一，并且對日常生活也起著至關重要的作用，且離心風機行業(yè)規(guī)模約占整個風機行業(yè)的一半左右。 我國的離心式風機設計起步較早，從20世紀50年代開始，起初主要是消化吸收國外的先進風機設計制造技術，生產一般離心風機；20世紀60、70年代，我國開始獨立進行風機設計，設計生產的風機共11個系列，包括109種規(guī)格，其中很大一部分作為節(jié)能高效產品得到國家大力扶持、推廣；20世紀80、90年代，我國離心風機工業(yè)發(fā)生了巨大變化，不斷地積累風機生產的經驗，不斷地消化國外技術，使風機行業(yè)不斷發(fā)展壯大，一批風機生產企業(yè)得到巨大發(fā)展，為能源、化工、紡織以及環(huán)保等重要行業(yè)的生產提供離心風機。如今已經基本上能夠設計生產與重大裝備相匹配的風機。從2000年開始，我國不斷加快工業(yè)化進程，給離心風機行業(yè)的快速發(fā)展創(chuàng)造了機會，2000年～2007年該行業(yè)收入總額以年增長率20%左右持續(xù)增長，離心風機銷售市場規(guī)模在2007年達到大約230億元[3]。 圖1-3 風機部件 雖然我國的離心風機行業(yè)獲得了巨大的發(fā)展，但與國外的先進企業(yè)技術相比，仍然存在著較大的差距，主要表現在以下幾個方面： 1）我們國內的絕大多數風機企業(yè)只生產中、小型風機，設計生產大型設備用風機的能力較弱，無法與國外公司競爭。 2）中、小型離心風機產品普遍存在的不足是外觀質量不好，產品表面處理工藝與國外有較大差距，很難進入國際市場。 3）設計的離心式通風機，由于過分提高風機運行效率，使產品不容易加工制造，增加生產成本。 4）部分離心風機基本系列不全，技術水平比較落后，效率較低，噪聲較高。 5）制造工藝上存在較大差距，國外已經使用了釬焊、開槽焊等先進工藝制造葉輪，而在國內還沒有采用這些工藝。在葉輪焊接方面，國外采用焊接質量更好的數控自動焊接工藝，而國內還是普遍使用手工弧焊的落后工藝。 隨著工業(yè)技術的不斷進步，為滿足相關行業(yè)對配套離心風機的需求，國內外離心風機技術將朝以下幾個方面發(fā)展： 1）大型化。其容量還會進一步的增大。隨著能源、化工和礦工等行業(yè)生成設備的不斷增大，與其相配套的風機的容量也必須增大。 2）高效化。進一步完善三元流動理論，將三元流動理論應用到離心風機的葉輪設計中，提高離心風機的性能。通過增大離心風機的節(jié)能范圍，可以提高離心風機在其負荷不斷變化的情況下的效率。 圖1-4 離心通風機 3）高速小型化。采用三元流動葉輪的各類風機，不僅提高了效率，而且也增加了風機全壓，所以相同條件下，葉輪直徑可以減少10%～30%，使風機體積減小和重量減輕。在提高轉速的同時也可以極大地減小風機尺寸。保證高速旋轉的一批技術成果的不斷涌現，極大地促進了風機高速小型化的發(fā)展。 4）低噪聲化。工業(yè)生產的日常生活中廣泛使用的風機產生的噪聲嚴重影響著人們的日常生活。風機大容量化及高速化將會加重噪聲問題，降低噪聲即成為風機設計中需要重點研究的問題。 5）節(jié)能化。離心風機的節(jié)能潛力很大，開發(fā)節(jié)能型離心風機產品，并從各個方面考慮降低離心風機的能耗，更有助于降低國家能源的消耗[8]。 國內離心風機廠家主要產品有大型工業(yè)鼓風機、通風機、煤氣鼓風機、焦爐鼓風機、多級高壓離心鼓風機、單級高速離心鼓風機等五十多個系列，四百多種規(guī)格的節(jié)能離心風機產品，廣泛應用于鋼鐵冶煉、火力發(fā)電、新型干法水泥、石油化工、污水處理、余熱回收、煤氣回收及核電等領域。 未來隨著我國工業(yè)化進程的推進，工業(yè)行業(yè)正大力開展節(jié)能降耗工程，進行產業(yè)升級和整合重組，所以工業(yè)基礎設備需要大量更新，離心風機作為工業(yè)的重要配套設備，將更多的應用于電力、水泥、石油、化工、煤炭、礦山和環(huán)保等領域，在新的經濟發(fā)展形勢下，將繼續(xù)保持較快的增長速度。同時國內離心風機企業(yè)在如燒結主抽離心風機、污水處理離心風機、焦化循環(huán)離心風機等產品研制與開發(fā)制造上發(fā)展緩慢，與國外競爭顯得勢單力薄，市場開拓緩慢[5]。 1.3 離心風機概述及DGF3.55A外轉子離心風機的特點 1.3.1 離心風機的概述 風機在工作中，氣流由風機軸向進入葉片空間，然后在葉輪的驅動下一方面隨葉輪旋轉；另一方面在慣性力的作用下提高能量，沿半徑方向離開葉輪，靠產生的離心力來做功的風機稱為離心式風機。 圖1-5 帶傳動離心式通風機 離心式風機是根據動能轉換為勢能的原理，利用高速旋轉的葉輪將氣體加速，然后減速、改變流向，使動能轉換成勢能（壓力）。在單級離心式風機中，氣體從軸向進入葉輪，氣體流經葉輪時改變成徑向，然后進入擴壓器。在擴壓器中，氣體改變了流動方向造成減速，這種減速作用將動能轉換成壓力能。壓力增高主要發(fā)生在葉輪中，其次發(fā)生在擴壓過程中。在多級離心式風機中，用回流器使氣流進入下個葉輪，產生更高的壓力。通風機廣泛地應用于各個工業(yè)部門，是各企業(yè)普遍使用的設備，鍋爐通風、輕煙除塵、通風冷卻都離不開通風機。在電站、礦井以及環(huán)保工程通風機更是不可缺少的重要設備，在采暖通風以及特殊用途，如高溫通風、防暴通風、強腐蝕條件下通風，由于其用途不同，要求其必須具有相應的結構特點和性能，并且要求高效率、低噪音、大型化和調節(jié)自動化，這一切都要求我們對通風機有較高的認識和設計能力，我們以學習的態(tài)度來完成本次設計[27]。 通風機的種類繁多，按作用原理可分為容積式、透平式、噴射式。其中容積式有分為往復式（用曲軸連桿機構使活塞在氣缸內做往復運動，以減小氣體所占的容積，從而使壓力上升）、回轉式（主要是羅茨式風機）、透平式又分成離心式（氣體進入旋轉葉片通道，在離心力作用下，氣體被壓縮并拋向葉輪外）、軸流式（氣體軸向進入旋轉葉片通道，由于葉片與氣體相互作用，氣體被壓縮并軸向排出）、混流式（氣體與主軸成某一角度的方向進入旋轉葉道）、橫流式（氣體橫貫旋轉葉道而受到葉片作用而升高壓力）[2]。 1.3.2 DGF3.55A外轉子離心風機的特點 圖1-6 外轉子離心風機 外轉子離心風機屬于風量適中、風壓偏高類型，且風機體積小、占用空間小、噪聲低、運轉平穩(wěn)、經久耐用。主要適用于吊頂空調、立柜式空調以及凈化、通風等場合。 DGF3.55A系列外轉子離心風機主要特點： 1）效率高于普通外轉子風機； 2）驅動電機與風機連為一體，無傳動損耗，運行成本較其它傳動型式經濟； 3）噪聲低于普通外轉子風機； 4）徹底克服普通外轉子風機在大流量時，極易產生振喘的弊病； 5）性能曲線較普通外轉子風機平坦，風機可用工況范圍寬[35]。 1.3.3 外轉子電機的概念 當電機帶動外轉子(即外磁鋼)總成旋轉時,通過磁場的作用磁力線穿過隔離套帶動內轉子(即內磁鋼)總成和葉輪同步旋轉,介質完全封閉在靜止的隔離套內,從而達到無泄漏抽送介質的目的,解決了機械傳動泵的軸封泄漏,是全密封、無泄漏、無污染的新型電機。 1.端蓋 2.轉子 3.定子 4. 機軸 5.軸承 圖1-6 外轉子電機結構圖 外轉子電機的結構特點及裝配工藝如下：該電機轉子部分采用鋁殼整體鑄造，把轉子疊壓片通過鑄鋁模與外殼澆鑄成一體，既保證了轉子的強度，其鋁外殼又有利于電機的散熱；在電機的裝配過程中，先把電機機軸通過轉子底部的軸套孔壓入轉子內部，為了保證機軸與轉子內腔的同心度和垂直度專門制造了壓軸的胎具，確保其同心度在0.05mm以內；然后再把端蓋壓入嵌線定子，為保證端蓋壓入后它的上下兩個軸承箱與定子外圓的同心度和垂直度，也是制造了專用的壓裝胎具；在電機的裝配過程中，特別是軸承的安裝，為了不使軸承的內外圈受偏心力造成軸承損壞，分別制作了軸承壓裝套。端蓋壓入嵌線定子后，通過其上下軸承箱內的軸承與轉子內的機軸配裝在一起，這樣電機就裝好了[10]。 1.4 本文研究的目的 當今時代能源緊缺，而風機是耗能大戶。故提高風機的運行效率己成為風機行業(yè)不可推卸的責任，也是風機技術發(fā)展的必然趨勢。由此，提出離心式風機個性化設計。所謂離心式風機個性化設計就是針對一個特定用戶提出的氣動性能參數及使用條件，設計者應設計出一種專用的離心式風機，除了滿足用戶的使用條件外，還應保證用戶需求的性能參數(即正常運行工況)處于風機氣動性能曲線的最高效率點，至少應處于高效區(qū)域內，以達到最佳節(jié)能目的[34]。 隨著離心式風機的應用范圍越來越廣，各種不足和問題也都開始逐一被發(fā)現并改進。但是單一的發(fā)現問題后再改進已經無法滿足市場快速發(fā)展的需求。離心式風機的發(fā)展必須以滿足市場需求為前提，加以創(chuàng)新，研發(fā)出新式的離心式風機才能推動市場的發(fā)展。雖然功能各異，但是總體上離心式風機的發(fā)展正朝著低能耗、低噪音、高效率的方向發(fā)展。 然而外轉子離心風機屬風量適中，風壓偏高類型，風機體積小、占用空間小、噪聲低、運轉平穩(wěn)、經久耐用。主要適用于吊頂空調、立柜式空調以及凈化、通風等場合[1]。 圖1-7 DGF3.55系列外轉子離心風機 第二章 離心風機的基本原理 2.1離心風機的基本結構 2.1.1 離心風機的基本結構 由于本次設計的是離心式通風機，故以介紹離心式為主。離心式通風機的主要部件一般由葉輪、蝸殼、導流器、集流器、進氣箱以及擴散器等組成。如圖： 圖2-1 離心通風機 1-葉輪 2-蝸殼 3-集流器 （一） 葉輪 葉輪是風機的主要部件，它的尺寸和形狀對風機的通風機性能有著重大影響，其作用是轉化能量、產生能量。葉輪分為封閉式和開式兩種。封閉式葉輪一般由前盤、后盤、葉片、輪轂等組成。而葉片又有前彎式、徑向式、后彎式。根據葉片形狀又分為平板型、圓弧形、機翼形等。葉片出口角度不同又可分為前向、徑向、后向。 （二）蝸殼 風機的蝸殼由蝸舌和進風口等組成。其中螺形室是由蝸板和左右兩塊側板（鋼、塑料板、玻璃鋼等為材料）焊接而成，其作用是收集從葉輪甩出的氣流，并將高速氣流的速度降低，使其靜壓力增加，以此來克服外界的阻力并將氣流送出。螺形室的輪廓線是阿基米德螺旋線或是對數螺旋線，其出口附近的“舌頭”結構稱為蝸舌，作用是防止部分氣流在蝸殼內循環(huán)流動。蝸舌有深舌、平舌、線舌三種。蝸舌處流體的流動比較復雜。它的幾何形狀由蝸舌尖部的圓弧半徑r以及距葉輪的距離t決定，對風機性能和噪音影響較大[14]。 （三）導流器 導流器又稱為進口風量調節(jié)器。在風機的集流器之前，一般裝置有導流器，運行時通過改變導流器葉片的角度來改變風機性能，擴大工作范圍和提高調節(jié)的經濟性。 （四）集流器與進氣箱 集流器的作用是在損失最小的情況下引導氣流均勻地充滿葉輪進口。集流器的形狀與葉輪入口的間隙大小對風機的性能均有影響。其基本形狀有圓筒形、圓錐形和錐弧形等。 （五）擴散器 擴散器又稱為擴壓器。因蝸殼出口斷面的氣流速度很大，所以在蝸殼末端裝有擴散器。其作用是降低氣流速度，使部分動能轉化成為壓能，另外蝸殼出口到擴散器出口截面流速分布不均勻并向葉輪旋轉方向偏斜。因此，擴散器一般要做成向葉輪一邊擴大，其擴散角通常為6°—8°[9]。 2.1.2 離心風機的工作原理 離心式通風機的工作主要依靠離心力完成。氣體在離心風機中的流動是軸向的，后轉彎垂直于通風機軸的徑向，當氣體通過旋轉葉輪的葉道間，由于葉片的作用氣體獲得能量，即氣體壓力提高和動能增加。當氣體獲得能量足以克服其阻力時則可將氣體輸送到遠處或高處[15]。 離心通風機的理論公式即離心通風機的基本方程式是利用流體力學的動量矩原理推算而得，其表達為： （2-1） －――――――――――――――――――離心通風機產生的理論壓頭 、――――――――――――――葉輪進出口的圓周速度 、――――――――――――――氣流質點在葉輪進出口處的絕對速度 －――――――――――――――――――重力加速度 、――――――――――――葉輪進出口處圓周速度與絕對速度的夾角 ―――――――――――――――――――氣體的重度 氣體在離心式通風機內的流動如下圖：葉輪安裝在蝸殼1內，當葉輪旋轉時，氣體從進氣口軸向吸入，然后氣體約轉折90度流經葉片構成的流道，而蝸殼將甩出的氣體集中，再導流，從風機出口6排出，其原理是：氣體在離心式風機中的流動先為軸向，而后轉變?yōu)榇怪庇陲L機的徑向運動，當氣體通過旋轉葉輪葉片流道，由于葉片的作用，氣體獲得能量，即氣體的壓力提高和動能增加[11]。 1-蝸殼 2-葉輪 3-輪轂 4-主軸 5-集風器 6-蝸殼出口 7-軸箱 8-機架 9-聯軸器 圖2-2 氣體流動狀態(tài)示意圖 2.2 離心風機的基本理論特性 2.2.1 離心風機的特性參數 （一） 通風機進口標準狀況 它是指通風機進口處空氣的壓力為一個大氣壓。溫度為20 ℃，相對溫度為 50％的氣體狀況。 （二）氣體密度 氣體密度由氣體狀態(tài)方程決定： （2-2） （三）流量 流量是指單位時間內流過通風機入口的氣體體積或稱為容積流量，其單位為m3/h、m3/min、m3/s，用Q來表示。 （四）通風機的全壓P 氣流在某一點或某一截面上的總壓等于該點或截面上的靜壓和動壓之和。而通風機的全壓則定義為通風機進氣口截面上的總壓之： （2-3） 注：、、、、、通風機進、出口截面的靜壓、密度、速度 （五）通風機的動壓Pdf 通風機出口截面上氣體的動能表示壓力： （2—4）[26] （六）通風機的靜壓Psf 用通風機的全壓減去動壓，即： （2-5） （七）通風機的轉速 指葉輪每秒鐘旋轉的速度，一般稱為角速度，用表示。 （八）通風機的功率 1、通風機的有效功率 即在單位時間內獲得有效能量： （2-6） 2、通風機的內部功率 等于有效功率加上通風機內部流動損失功率： （2-7） 3、通風機的軸功率 等于通風機內部功率加上軸承和傳動裝置的機械損失（輸入功率）： （2-8） （九）通風機效率 1、通風機的全壓內效率sn 等于通風機全壓有效功率與內部功率的比值： （2-9） 2、通風機的靜壓有效功率sf.in 等于通風機靜壓有效功率與通風機內部功率之比值： （2-10） 3、通風機的全壓效率if 等于全壓有效功率與輸出功率之比： （2-11） 4、通風機靜壓效率sf 等于靜壓有效功率與軸功率之比： （2-12）[13] 2.2.2 離心通風機的基本方程式 假設把它當做一元流體來討論，但是氣體在通風機內的流動是非常復雜的，為了簡便起見，流速原理分析，基本假設有： （1）氣體流動時沒有任何能量損失； （2）葉輪葉片無限多，葉片厚度無限??； （3）氣體做穩(wěn)定流動； （4）不考慮氣體的壓縮性（壓縮機除外）。 而現實中有些情況與上述條件是有差異的。所以，我們對那些與實際情況不符合的地方可以加以修正[16]。 根據第一條假定，原動機到通風機軸上的外力矩等于葉輪傳給氣體的力矩有： （2—13） 又因為 （2—14） 得到 （2—15） 根據動量定理，單位時間內經由葉片流出的氣體動量對軸心的動量矩與葉片入口前流入氣體動量對軸心的動量矩之差，等于加給氣體的外力矩： 即 （2—16） 注： -------------氣體的重度 、------葉片無限多時葉片出入口氣流切向分速度 、----------葉片入、出口的半徑 所以 （2—17） （2—18） 當氣流徑向進入時，有： （2—19） （1—20）[12] 2.2.3 離心通風機的理論特性曲線 1、理論特性曲線 通風機在一定的吸氣狀態(tài)和一定轉速下，工作時通風機的理論全壓和理論流量之間關系曲線叫做通風機的理論全壓特性曲線。 （2—21） 圖2-3 理論全壓特性曲線 2、理論功率特性曲線 通風機在一定轉速工作下，不考慮任何損失時軸功率與理論流量之間的關系成為： （2—22） 把（1—9）代入（1—10）中得： （2—23） 由特性曲線可以看出，后向葉片功率增加較慢，前向葉片功率增加較快，徑向葉片處于兩者之間。所以，后向葉片的超載能力大[19]。如下圖： 圖2-4 理論功率特性曲線 2.2.4 離心風機的損失和效率 一般情況下通風機的損失包括流動損失、容積損失、摩擦損失和外部機械損失。其中流動損失引起通風機壓力下降，容積損失引起流量減小，摩擦損失和外部機械損失則引起外部功率的消耗[17]。 1、流動損失和流動效率 流動損失產生的原因在于氣體的粘性，包括氣體摩擦損失和渦流損失兩類，流動效率是實際全壓和理論全壓之比。 2、容積損失和容積效率 由于存在間隙而引起泄漏所造成的損失就叫容積損失。容積效率為實際流量與吸入葉輪流量之比。 3、輪盤摩擦損失 葉輪旋轉時，葉輪的輪盤外表面積和輪蓋與周圍氣體產生摩擦而引起的損失叫做輪盤摩擦損失[14]。 第三章 相似設計理論 3.1 相似理論 3.1.1 概述 所謂相似設計理論，即根據實驗研究出來的性能良好、運行可靠的模型來設計與模型相似的通風機。通風機的相似設計，在通風設計中具有重要地位。在掌握較多空氣的動力學略圖和無因次性能曲線的情況下，遇見具體產品設計時，只要在這些空氣動力學略圖中進行選擇后即可做產品的結果設計，而無需在空氣性能上做更多的研討[24]。 3.1.2 相似原理 現象相似條件，在幾何相似的兩體系中。進行同一性質的過程，而且體系中各對應點上表示現象特性的同類量的比值等于常數，即成比例關系時，則此兩體系為互相相似的現象，對于兩通風機來說必須具備下列條件，才能稱為相似現象[18]。 1、幾何相似 相似現象只有發(fā)生在幾何相似的體系內，所有幾何相似時相似的先決條件，是指模型和原型各對應點的幾何尺寸對應邊成比例，對應角相等，葉片數相等。 注：下式中帶“ˊ”指模型尺寸，不帶“ˊ”指設計尺寸 （3-1） （3-2） （3-3） 2、運動相似 原型與模型各對應點的同類量速度方向相同，大小比值等于常z數時，叫做運動相似。就通風機葉輪的流動過程而言，運動相似是指 （3-4） （3-5） （3-6） （3-7） 即對應點速度三角形相似，且對應點兩速度三角形大小相差的倍數相等。 3、動力相似 原型與模型內容對應點的同類力方向相同，而大小比值等于常數時叫動力相似。就通風機內流動而言，作用在基元流體上主要力有慣性力I、粘性力R和總壓力動力相似指： （3-8） （3-9） （3-10） （3-11） 根據理論力學和流體力學原理，上式可得 （雷諾數） （3-12） ---------------------------運動粘性系數 ---------------------------特征常數 ---------------------------特征速度 Re是一個無因次項，因為它是用來表示動力相似的，所以稱為相似準則數。要驗查所有點是否滿足上述各種關系式，來判斷兩通風機是否相似是很困難的，實際上幾何相似的通風機中，只要能保持葉片入口速度三角形相似，且對應點的慣性力和粘性力比值相等，則流動過程必然相似。因此，兩通風機流動過程相似條件為：1、幾何相似 2、流量系數相等 3、Re相等[10]。 3.2 通風機的無因此特性曲線 在Re不變的情況下，P-Q和N-Q關系曲線為無因次特性曲線。這組曲線適用于轉速不等，尺寸不同的同一類通風機，所以又叫同類型特性曲線。無因次特性曲線可直接由試驗求得，或由單體特性曲線換算得到。 圖3-1 通風機無因次特性曲線 要保持尺寸不同的所有同一類型的通風機的Re都相等，不是隨便可以辦到的，不過只要Re大于它的臨界值，即通風機的流動狀態(tài)處在阻力平方區(qū)時，或是兩通風機的Re值相差不超過2-3倍時可以忽略Re的影響，同一無因次特性曲線它們都適用[20]。 同系列通風機愛不同轉速，尺寸和氣體密度條件下的特征： 1、轉速不同的通風機的特性 （3-13） （3-14） （3-15） 2、尺寸不同的通風機的特性 （3-16） （3-17） （3-18） 3、密度不同的通風機的特性 （3-19） （3-20） 4、比轉速直徑系數和周速系數 只靠流量系數Q和全壓系P表示通風機的特性是不夠的。因為它們不能反映通風機的尺寸和轉速，所以需要討論另外一些系數。 （1）比轉數 （3-21） 兩通風機在相似情況下工作時，它們的比轉數相等，在不同的工況下對應不同的比轉數。通常把通風機最高效率點的比轉數作為該系列通風機的比轉數 （2）直徑系數 其標志通風機葉輪直徑大小 （3-22） 表示所討論的葉輪直徑比Q=1 P=1/2的標準葉輪增大倍數。 （3）周速系數 圓周速度和出口速度的比值叫做周數系數，用表示 （3-23） 周速系數表示通風機在一定全壓條件下葉輪周速的大小[22]。 3.3 通風機的相似設計步驟 1、根據給定的流量、壓力、氣體狀態(tài)等一系列參數將它換算為標準進口狀態(tài)（）的流量和全壓。 2、比轉數的確定 首先選取轉速如通風機和電動機為直連轉動，那么通風機轉速只能根據電動機的轉速選取。由選取的轉速及換算好的流量全壓來計算比轉數最后找出比轉數ns接近式相等的模型機器。 3、確定比轉數后，根據模型的無因次特性曲線，找出最高效率點壓力系數流量系數全壓效率值. 4、由值根據式 （3-24） 確定、及圓周速度 5、確定幾何比例常數 由圓周速度及轉速可得葉輪外徑 （3-25） 　　（3-26） 已知D2后也可根據系列風機的空氣動力學略圖，確定新風機的尺寸。 6、通風機的結構設計，并驗算零部件的強度[28]。 3.4 校核理論 離心通風機的零件，應具備有足夠的強度和剛度，以保證通風機的運行安全和使用壽命。因此，設計者必須在經濟合算的基礎上合理確定離心通風機的尺寸和材料。離心通風機大部分零件的強度計算都是近似的。 通風機的校核包括： a、葉輪的強度計算 b、主軸的強度計算 c、主軸的臨界速度 d、滾動軸承的校核 但是，這次的設計特殊，因為是外轉子離心風機，所以在校核過程中還必須有轉子的平衡校核[25]。 第四章 DGF3.55A外轉子離心風機的總體設計 4.1 相似設計數據分析和計算 4.1.1 概述 本次設計是以DGF3.55B外轉子離心風機為模型機，用相似理論和相似設計方法，設計所需的通風機。 需設計DGF3.55A外轉子離心風機的基本參數： 流量Q：3800-----4800m3/h 壓力P：460------445pa 功率：76％左右 發(fā)動機轉速：選為933r/min 已知DGF3.55B外轉子離心風機的基本參數 流量Q：4900-------5800m3/h 壓力P：480--------450pa 功率：76％左右 發(fā)動機轉速：選為933r/min 基本計算 由DGF3.55B基本參數值做無因次曲線 DGF3.55B參數值表 表4-1 DGF3.55B參數值 1 2 3 4 5 Q(m3/h) 4871 5070 5267 5503 5772 P (pa) 478 477 476 463 452 (％) 73.9 73.5 73.2 69 66.7 由 （4-1） （4-2） 得、無因次參數、數值表 表4-2 設計風機參數值 1 2 3 4 5 Q’ 0.00410 0.00417 0.00434 0.00453 0.00475 P’ 0.00277 0.00276 0.00275 0.00268 0.00262 我們以DGF3.55B為模型機設計新通風機則可以認為要設計通風機和模型機有相同的無因次曲線。我們也認為兩通風機遵守比例定律，其在無因次曲線上，對應點成比例。則 (模型機) （設計風機） 兩風機、是相同的，根據比例定律 得 （4-3） 已知 （4-4） 根據DGF3.55B風機系列，選D2=359mm以滿足設計要求 （4-5） 4.1.2 風機尺寸換算和結構設計 1、葉輪 已知模型機葉輪主要尺寸為 表4-3 模型機主要尺寸 D2’ D1’ B2’ B1’ 2’ 390 285 100 137 45° 按相似原理得出設計風機葉輪主要尺寸 表4-4 設計風機主要尺寸 D2 D1 B2 B1 2 359 257 90 123 45° 葉輪其他部分尺寸按同比例放大或縮小，對應角相等。 注： 1）原模型機采用幾個中空機翼形葉片，則設計風機就采用幾個中空機翼形葉片； 2）葉片始端形狀采用模型風機的樣式，斜切始端，可以減小葉片入口沖擊提高通風機效率，前盤采用弧形，后盤采用平板形。 3）葉片和前、后盤連接采用焊接，后盤和軸盤采用鉚接，具體尺寸見圖； 4）葉輪和集風口得配合其徑向間隙由相關尺寸公差保證（說見圖中標準）。軸向間隙5-8mm，因為此處間隙對風機的性能影響很大，所以要特別保證間隙精度。 2、集風器 采用矩形集風器，作用是將氣體導向葉輪，集風器開關和集風器與葉輪間隙大小對通風機性能有很大的影響。 其主要尺寸，也是依照相似原理由模型機尺寸換算得到，說見圖中標準。 注： （1）集風器和葉輪配合注意兩點：一是集風器出口和葉輪入口的間隙，采用軸向間隙和徑向間隙，二是集風器出口中形狀和葉輪入口附近前盤形狀相匹配，這樣可以最大限度減少流動損失使氣體流動連續(xù)，即減速規(guī)律相一致； （2）為了保證強度，增加了相應部分材料的壁厚，具體尺寸詳見圖； （3）特別要保證集風器喉部和出口尺寸精度[31]。 3、蝸殼 蝸殼設計主要是蝸殼形線如何取得，在此仍采用和模型機一樣的畫法，正方形畫法。相似原理計算得到機殼最大張開度A可得 （4-6） 則蝸殼內壁形線 （4-7） （4-8） （4-9） （4-10） 以Ra 、Rb 、Rc 、Rd為半徑，以a為邊長的正方形四個頂點為圓心順次在頂點所在的象限的下一象限作圓弧和坐標軸相交，最后連成的曲線即為蝸殼的形線。如圖： 圖4-1 通風機蝸殼型線 注： 1）蝸殼形線要保證最大流量滿足設計要求，所以要對現得形線進行驗證： （4-11) B-----------蝸殼寬度 所以是滿足要求的 2）為了保證蝸殼強度，在相應部分材料增加了厚度，另外在蝸殼側板外加有加強角鋼，在蝸殼側板內加油補強角鋼： 3）蝸殼的蝸舌則采用短舌，其半徑為r，根據 （4-12） 取0.005得出r=2mm 4）蝸殼出口截面積FCB 依據FCB=1.3-1.4 取1.35 得 （4-13） 其中0.346為蝸殼出口高，0.26為蝸殼出口寬，亦是蝸殼的寬。 5、前導器 要實現設計要求的流量變化范圍，除了保證最大流量以外，還需設前導器，實現對流量的調節(jié)控制，但此設計主要側重于風機的本身設計，所以圖中并未詳畫出[32]。 4.1.3 設計風機空氣動力略圖 在空氣與機械雜質混合的情況下，其密度隨雜質的濃度呈正比例增加。通風機的通流部分可用其氣動略圖來表示，按同一種氣動略圖制造不同尺寸和結構的通風機均屬于同一種類型，利用氣動略圖可以設計通風機結構，此時必須知道繪制通風機的基本元件（進氣管、葉輪和蝸殼）。 在離心通風機中，蝸殼的寬度B一般是不變的，而且大于葉輪的寬度。蝸殼的外壁大多數按螺旋性或正方形法則用圓弧來繪出。外殼在最靠近葉輪處轉變?yōu)槲伾?，由蝸舌和作為外殼的延長的平面所界定的機殼部分稱為機殼出口。機殼出口長度C和寬度B構成通風機的出口截面。在某種情況下，根據布置的需要，可以在葉輪后面配置帶葉片的或無葉片單位徑向擴壓器以及其他形式的機殼（如有兩個或更多出口的蝸殼，直流式機殼等）來代替螺旋形機殼。 為了調節(jié)通風機的工況可以采用各種形式的導流器，普遍采用的是裝在通風機進口的軸向導流器。離心通風機與進氣箱、擴壓器、導流器或與其中一種元件的組合稱為通風機裝置[27]。如圖表示： 圖4-2 通風機裝置圖 我們實際生活中，我們所接觸的每一種機械，都要求有較好的性能和材料。而在本次設計中，為了滿足設計要求，而且進行強度校核，我們在滿足強度、剛度、扭矩等條件下，考慮經濟實用選取最優(yōu)材料。 4.1.4 風機各部分材料的選擇 （1）葉輪組件結構形式的確定 其中包括葉片的形式對通風機性能的影響，葉片形狀和前盤形狀的選擇，從效率和噪音的角度出發(fā)選擇后彎圓弧葉片。 （2）集流器與葉輪進口的間隙結構的確定 集流器與葉輪進口的間隙結構包括對口和套口兩種，根據間隙形式對氣流流動的影響選擇套接。 （3）調節(jié)風門的結構設計 風機調節(jié)一般有節(jié)流調節(jié)、變速調節(jié)、導向器調節(jié)以及變速導向器聯合調節(jié)，節(jié)流調節(jié)的性能調節(jié)，變速器調節(jié)雖效率較高，但成本較高，且安全可靠性低，因此一般用風機采用導向器調節(jié)。 調節(jié)門尺寸根據集流器進口安裝尺寸來確定，在限定范圍內可調節(jié)進氣流量大小。 （5） 蝸殼的設計 蝸殼的作用是將離開葉輪的氣體導向機殼出口，并將氣體的一部分動能轉變?yōu)殪o壓能，為了制造方便，離心式通風機的蝸殼普遍采用矩形截面。 （6）軸承端蓋的設計 軸承端蓋用以固定軸承及調節(jié)軸承間隙并承受軸向力，還有密封作用[12]。 （7）材料的選取根據風機的用途和工礦來定。例如，介質腐蝕性、溫度、含塵量、防爆性、經濟適用性等[29]。 序號 名稱 圖紙代號 材料 1 總裝配圖 DGF3.55A-00 2 蝸殼部件 DGF3.55A-10 Q235 3 連體側板 DGF3.55A-10-1 Q235 1.2 4 右側板 DGF3.55A-10-2 Q235 1.2 5 蝸殼板 DGF3.55A-10-3 Q235 1.0 6 集風圈 DGF3.55A-10-4 Q235 1.2 7 風舌貼板 DGF3.55A-10-5 Q235 1.0 8 出口法蘭 DGF3.55A-20 Q235 1.5 9 法蘭橫條 DGF3.55A-20-1 Q235 1.5 10 法蘭豎條 DGF3.55A-20-2 Q235 1.5 11 風口角件 DGF3.55A-20-3 Q235 2.0 12 葉輪部件 DGF3.55A-30 Q235 13 葉片 DGF3.55A-30-1 Q235 1.0 14 前后盤 DGF3.55A-30-2 Q235 1.0 15