风机的结构及原理 离心式风机

2019-01-15 09:24:35   阅读次数:565
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  1离心式风机

  1.1离心风机的工作原理

  离心风机的工作原理是利用叶轮高速旋转,其上的叶片对气体沿着它的运动方向做功,从而使气体的压力能和动能均有所增加。气体离开叶轮后,循着导叶式蜗壳的引导流至出口。由于叶轮不断旋转,使气体在出口处具有较高的能量得以连续不断地向前方流去,达到输送气体的目的。

  我们应当认识到,离心风机叶片对气体作功主要是沿圆周切线方向作功使气体增加能量,因为叶片是沿圆周方向运行的。 1.2流体在叶轮中运动及速度三角形

  1.2.1流体在叶轮中的运动

  离心风机把机械能转为流体的压力能和动能,这种转换要通过叶轮来完成。气体在叶轮中除作为旋转运动外,同时还从叶轮进口向出口流动,因此气体在叶轮中的运动为复合运动。 

  (1)圆周运动:当叶轮带动流体作旋转运动时,流体具有圆周运动(牵连运动),其运动速度称为圆周速度,用符号u表示,其方向与圆周切线方向一致,大小与所在半径及转速有关。  

  (2)相对运动:流体沿叶轮流道的运动,称为相对运动,其运动速度称为相对速度,用符号w表示,其方向为叶片的切线方向,大小与流量及流道形状有关。

  (3)绝对运动:

  流体相对静止机壳的运动,称为绝对运动,其运动速度称为绝对速度,用符号v表示,大小方向与u和w有关。

  各速度向量间的关系:

  流体的运动=叶轮的旋转运动+流体沿叶片的相对运动。 速度向量间的关系为:v  =  u  +  w

  1.2.2速度三角形

  由圆周、相对、绝对三速度向量组成的向量图,称速度三角形。

  v = u + w = vm + vu

  图中:

  vu —绝对速度在圆周方向的分量,称为圆周分速度。

  vm—绝对速度在轴面的分量,称为轴面速度。

  α —表示绝对速度与圆周速度之间的夹角,称为绝对速度角。    

  β — 表示相对速度与圆周速度反方向的夹角,称为流动角。    

  βa—表示叶片切线与圆周速度反方向之间的夹角,称为叶片安装角。

  当流体沿叶片切线运动时, β = βa

  1.3离心式风机结构

  离心式风机主要由叶轮、机壳、进口集流器、导流器等部件组成。

  1.3.1叶轮

  叶轮是离心风机传递能量的主要部件,它由前盘、后盘、叶片及轮毂等組成,其结构有焊接和铆接两种形式。

  叶轮主要结构参数:

  D0为叶轮进口直径,D1为叶片进口直径,D2为叶片出口直径,即叶轮外径,b1为叶片进口宽度,b2为叶片出口宽度,β1为叶片进口安装角,β2为叶片出口安装角。

  叶片是叶轮最主要的部分。叶片的形状、数量及其出口安装角度对通风机的性能有很大影响。

  离心风机叶片的形状有:平板形、圆弧形和中空机翼形等几种。

  (a)平板叶片   (b)圆弧窄叶片    (c)圆弧叶片   (d)机翼型叶片

  平板形叶片制造简单。目前,前向叶片一般多采用圆弧形叶片。在后向叶片中,对于大型离心风机多采用机翼形叶片,而对于中、小型离心风机,则以采用圆弧形和平板形叶片为宜。

  根据叶片出口安装角度的不同,可将叶轮的形式分为以下三种。 

  (1)前向叶片的叶轮

  叶片出口安装角度β2>90°,其中(a)为薄板前向叶轮,(b)为多叶前向叶轮。这种类型的叶轮流道短而出口宽度较宽。叶轮能量损失大,整机效率低,运转时噪声大,容易在叶轮间聚集杂物,易结垢,但产生的风压较高。其叶片一般较窄,叶片数量多,此类叶型的叶轮多用于中小型离心风机。 

  (2)后向叶片的叶轮

  叶片出口安装角β2<90°。其中(c)为薄板后向叶轮,(f)为机翼形后向叶轮。这类叶型的叶轮能量损失少,风量大风压较低,但整机效率高,运转时噪声小,不易结垢,应用广泛;其生产工艺要求较高,一般大型离心风机多采用此类叶型的叶轮。 

  (3)径向叶片的叶轮

  叶片出口安装角度β2=90°,其中(d)为曲线形径向叶轮,(e)为直线形径向叶轮。前者制作复杂,但损失小,后者则相反。结构简单生产成本较低,特点介于前向型叶片与后向型叶片之间,效率较低,所以现在应用不是十分广泛,又由于其不易结垢的特点,一般只在粉尘较大场合使用。

  三种形式叶轮风机特性对比:

  从下面的两个图表中可以看出在相同的风量下由于前向型风机的出风口较小,风速较大,导致其动压部分过高,能量衰减过快,故而效率较低;而后向型的叶轮则刚好相反,较大的出风口能使大量的风机动压转换成静压,大大提高了其效率,而且在风量不断增大的过程中,前向型叶轮的功率急剧增加,后向型叶轮则平稳过渡,显示出良好的应变能力,所以在很多大风量的风机都会选择后向型的叶轮,而在小风量高压力的环境下前向型的叶轮则表现的更好。

  叶轮可做成闭式、开式和半开式三种型式。

  采用闭式叶轮效率比较高;,开式和半闭式叶轮流道不易堵塞,但是由于没有盖板,流体在叶片间流动时易产生倒流,故效率较低。

  封闭式叶轮的轴向力较小;半开式叶轮和开式叶轮的轴向力较大。