超低噪環(huán)保風機的研究及設計論文.doc

1 前言1.1低噪風機發(fā)展狀況國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：隨著現(xiàn)代生活對節(jié)能、環(huán)保要求日益提高，對開發(fā)高效、低噪風機的呼聲也愈益強烈，同時又提出要求在風機設計階段就能預估噪聲，因為這對低噪風機設計和風機噪聲控制都有重要意義。直到90年代初期，工程上一直采用傳統(tǒng)設計方法，即用一維或二維理想流處理加上一些設計參數(shù)的經(jīng)驗選擇，而不考慮風機各個部件之間相互影響(包括間隙影響)的設計方法。其中對離心風機只分別設計葉輪、蝸殼；對軸流風機只分別設計動葉、靜葉。雖然用這種方法也有不少產(chǎn)品具有接近當時國際水平的綜合(即兼顧效率、噪聲、工藝、尺寸、壽命、高效工作區(qū))性能，至今仍占領著我國的風機市場，但這些產(chǎn)品的開發(fā)不僅耗去大量錢財和時間，而且如仍用這種傳統(tǒng)的設計方法，進一步提高性能的潛力已很小，必須充分利用現(xiàn)代科技手段，全面考慮風機內(nèi)部三維、粘性流動，考慮部件耦合影響的整機優(yōu)化設計，發(fā)展一種新的現(xiàn)代設計方法。 近年來我國成功地將國際上流體力學數(shù)值計算最通用的商用軟件FLUENT用于離心風機和軸流風機氣動性能預估，它在幾何(數(shù)值)建模、網(wǎng)格生產(chǎn)等前處理、計算穩(wěn)定性和準確性以及數(shù)據(jù)的后處理等方面都比我國開發(fā)的原有程序好很多，而且我國已經(jīng)用FLUENT6.1發(fā)展到可以整機計算，即對離心風機是進風口-葉輪-蝸殼一起算，并考慮進風口和葉輪的間隙；對軸流風機是進口管道-動葉-靜葉-風室一起算，并考慮動葉和管道的間隙，因而和實測結(jié)果符合更好，同時還對影響風機性能的主要設計參數(shù)進行優(yōu)化設計，分析它們的影響，形成了比較完整的現(xiàn)代設計方法。 這種優(yōu)化的現(xiàn)代設計方法即將在美國暖通和空調(diào)工程師協(xié)會主辦的研究雜志- TheAHSRAE(AmericaSocietyofHeating,RefrigeratingandAir-ConditioningEngineers)Resaerch Joural 發(fā)表，題目是“Numerical Simulation of Flow Field for a WholeCentrifugalFanandAnalysisoftheEffectsofBladeInletAngleandImpellerGap”。圖1.1軸流通風機外形結(jié)構(gòu)圖隨著軸流風機（軸流風機外形結(jié)構(gòu)圖1.11）在通風、空調(diào)、冷卻設備和交通工具中的應用日益廣泛,風機噪聲的影響日漸受到重視,針對軸流風機噪聲控制方面的研究已成為當前氣動聲學領域研究的熱點。風機噪聲預估與控制，這是當今最熱門也是難度極大的課題。在新設計空氣輸送和通風系統(tǒng)時常常必須預先估計風機產(chǎn)生的噪聲,并提供合適的噪聲控制措施。從離通風機噪聲產(chǎn)生機理入手，對降噪設計進行細致的研究，開發(fā)設計超低噪環(huán)保風機具有重要意義。1.2離心風機離心風機是依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械，它是一種從動的流體機械。離心風機風量大效率高、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、躁聲低、結(jié)構(gòu)完整便于維護拆裝方便等優(yōu)點。離心風機廣泛用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、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(diào)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。1.3軸流風機軸流式風機是與風葉的軸同方向的氣流(即風的流向和軸平行)的風機，如電風扇,空調(diào)外機風扇就是軸流方式。軸流風機又叫局部通風機，是工礦企業(yè)常用的一種風機，它的電機和風葉都在一個圓筒里，外形就是一個筒形，用于局部通風，管道加壓送風等，所以很多客戶也叫圓筒風機、管道風機。安裝方便，通風換氣效果明顯，安全，可以接風筒把風送到指定的區(qū)域。2軸流風機噪聲分析我國大量使用的軸流風機普遍存在著效率低、噪聲高的缺點。目前經(jīng)常采用加裝消聲器來降低噪聲, 不僅增加了投資, 而且在風機整個運行過程中, 由于消聲器的壓力損失而造成能源損失, 這對于節(jié)約能源是很不利的, 所以從風機本身來找出降低噪聲方法是最根本的2。2.1軸流風機的氣動噪聲源軸流風機含有各種噪聲源, 其中氣動噪聲是主要的, 其它如機械噪聲、電磁噪聲等, 在風機正常運行條件下都是次要的3。根據(jù)軸流風機產(chǎn)生噪聲的頻譜分析, 其特點為在寬頻帶上疊加離散頻率的頻帶, 所以風機的噪聲有兩種產(chǎn)生的機理: 離散峰值的旋轉(zhuǎn)噪聲和寬頻帶的湍流噪聲。2.2旋轉(zhuǎn)噪聲旋轉(zhuǎn)噪聲是由動葉周期旋轉(zhuǎn)及周圍障礙物的相互作用產(chǎn)生的。 對于動葉片均勻分布的風機來說, 這種相互作用是周期性的, 所以產(chǎn)生噪聲也是周期性的, 旋轉(zhuǎn)噪聲的頻率為:f= i(Nz/60) (1)在噪聲頻譜上, 旋轉(zhuǎn)噪聲表現(xiàn)為離散的峰值, 其基頻與風機葉片旋轉(zhuǎn)頻率相同, 因此通常成為離散峰值的噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲取決于葉片的負荷或風機的節(jié)流度, 當葉片工作在大流量區(qū)而負荷比較小時旋轉(zhuǎn)噪聲占噪聲的主要部分。2.3湍流噪聲湍流噪聲主要是由葉尖渦、 風機葉片后緣隨機渦流的脫流、 葉片表面邊界層的湍流分離形成的。 一般葉片表面邊界層在后緣會發(fā)生很嚴重的分離, 渦流的脫落將引起較大的升力脈動, 這種脈動具有較大的隨機性質(zhì), 引起的噪聲具有寬頻帶的性質(zhì), 通常稱為寬帶湍流噪聲。根據(jù)經(jīng)驗公式,寬帶的湍流噪聲頻率為: （2.1）湍流噪聲與轉(zhuǎn)數(shù)無關或者說與葉片通常頻率無關。它只取決于轉(zhuǎn)子葉片上流過的相對速度,及機匣與葉片的葉尖間隙和氣動負荷。 由于旋轉(zhuǎn)噪聲在大流量時占主導地位而湍流噪聲在小流量時占主導地位, 所以最小噪聲出現(xiàn)在這兩個范圍之間。旋轉(zhuǎn)和湍流噪聲兩種噪聲源強弱取決于葉片的幾何形狀和運行工況。3軸流風機噪聲的控制噪聲的控制方法是盡力避免和減小噪聲源產(chǎn)生的噪聲輻射, 即盡力減小脈沖力。 通過改進風機的氣動設計和風機的最佳選擇、 合適的安裝及運行方式來降低軸流風機的噪聲。3.1減小徑向間隙和增加機匣與轉(zhuǎn)子的同心度減小轉(zhuǎn)子葉尖與機匣的徑向間隙, 增加機匣與轉(zhuǎn)子的同心度, 既可減小比噪聲又可提高風機的壓力系數(shù)和擴大風機的失速余度。而文獻2一給出了一種軸流風機在三種徑向間隙值下的試驗結(jié)果, (見圖3.1)。而文獻 4 采用在葉尖加旋轉(zhuǎn)環(huán)方法降低汽車風扇的噪聲, 取得一定效果。正確的選擇轉(zhuǎn)子的徑向間隙, 并且要保持其在圓周方向的均勻性, 可以顯著的降低風機的噪聲和提高風機的效率。通常風機的徑向間隙取決于加工精度和輔助工藝水平。徑向間隙應盡可能減小并保持與機匣盡量同心。圖3.1風機三種葉尖間隙的氣動性能和比噪聲特性3.2合理的氣動設計合理的氣動設計是降低風機本身噪聲的最根本的方法, 并且還有很大的降噪潛力。3.2.1沿徑向加功規(guī)律的選擇對小輪轂比風機采用等環(huán)量設計時, 葉片扭曲角大, 在靠近葉根處安裝角大, 氣流脫離葉片形成湍流, 渦流噪聲很大。因而必須慎重選擇流型,采用 “可控渦設計” 思想5,使徑向加功規(guī)律合理。另外,對于單轉(zhuǎn)子風機, 轉(zhuǎn)子出口的絕對速度的周向投影是一種旋轉(zhuǎn)損失的壓頭, 因而希望其數(shù)值越小越好, 以便提高風機的效率。再從減小葉尖間的渦流損失和渦流噪聲考慮, 應該控制葉尖間隙和控制葉尖部分的加功量及優(yōu)化的葉尖葉型。綜合上面的因素, 并使用擴壓因子D 作為限制葉片負荷的條件, 對于轉(zhuǎn)子: （3.1） 對于靜葉: （3.2）其中:V 絕對速度W 相對速度r徑向分量對于轉(zhuǎn)子葉片, 葉尖擴壓因子D 0145, 葉根擴壓因子D 016; 對于靜子葉片, 擴壓因子D016。 設計時, 可經(jīng)過各加功方案的仔細比較和分析后, 決定最優(yōu)流型。3.2.2合理選擇葉柵參數(shù)試驗證明軸流式風機的空氣動力噪聲, 特別是渦流噪聲與葉柵參數(shù)有很大的關系。因此, 在保證風機的流量、 壓力和效率的情況下, 根據(jù)葉柵試驗得到的氣動特性和聲學特性曲線來合理選擇葉柵的稠度、攻角、相對彎度和相對厚度等參數(shù), 以保證葉柵具有最小噪聲參數(shù)。當這些參數(shù)不能在徑向全部滿足時, 應首先使葉尖的葉柵參數(shù)得到滿足, 以便得到最小噪聲。試驗進一步證明, 在一定的葉柵稠度下, 增加葉片弦長可以獲得降噪效果。在設計參數(shù)相同時, 選用較大弦長葉片, 減少葉片數(shù)也可以提高風機的效率。風機效率的提高將進一步降低風機的噪聲, 因為風機的噪聲可看成風機損失的一部分能量轉(zhuǎn)化成聲能。 這與試驗中風機效率高效區(qū)附近, 風機噪聲低的情況相一致。風機噪聲的聲功率級與風機各參數(shù)的關系,如下:Lw = Lw0+10lg()+70logDt+ 50lgN （3.3）從公式3.3可以看出,風機的噪聲與風機的效率、葉輪直徑和轉(zhuǎn)速的關系。提高風機的效率和降低風機葉輪圓周速度和外徑都能有效地降低噪聲。但是葉輪圓周速度和直徑的減小, 會使風機的風量和風壓下降, 而提高效率則會在節(jié)能和降噪兩個方面都得到效益。3.2.3采用前掠和前傾葉片研究證明葉片尾緣邊界層厚度決定著湍流噪聲的大小, 對風機的噪聲影響很大。 當采用前掠(在 r- z 平面)和前傾(在 r- 平面)的葉片時,葉片的尾緣邊界層會減薄, 這就使風機寬頻的湍流噪聲降低。試驗進一步證明, 葉片在一定范圍內(nèi)的前掠和前傾對葉片特性的影響不大。圖3.2給出了3種風扇的實驗特性曲線。1風機是原始風機, 即葉片既不前掠也不前傾。2風機只有前傾而無前掠。 3風機既有前傾又有前掠。從圖3.2可以看出, 當2風機與1風機相比,風機的最大流量減小, 最高效率點的效率增加,失速點左移,而比A 聲級噪聲降低。3風機與1和2風機相比較, 可以得到最低的比噪聲Ls。圖3.2葉片前掠前傾對風機性能的影響3.2.4合理選擇風機動葉與靜葉的葉片數(shù)5旋轉(zhuǎn)噪聲是軸流風機輻射的主要噪聲。對動葉前( 后) 有靜葉的軸流通風機而言,動葉與靜葉數(shù)合理匹配可以有效降低其干擾噪聲, 動葉與靜葉的葉片數(shù)可按下列原則。選擇:動葉數(shù)Z 為偶數(shù)時, 取靜葉數(shù)V = Z -1;動葉數(shù)Z 為奇數(shù)時, 取靜葉數(shù)V = Z -1有助于減少動靜葉間的相位干涉。3.3進口氣流場的均勻, 盡力減小氣流湍流度當進口流場不均勻氣流有很大的湍流度時,進口的噪聲增加, 風機的效率會降低。如圖3.3所示,風機工作輪前的湍流度大時, 將引起葉片進口攻角的周期變化而產(chǎn)生升力的脈動而引起噪聲。 因此, 在軸流風機進口增設進氣集流器和整流罩以保證進入風機的氣流速度的徑向均勻分布。實驗證明這種方法不僅增加了風機的效率, 同時也降低了風機的噪聲。圖3.3進口湍流度對葉片攻角的影響w.最大速度為w 的湍流進口速度;相應攻角脈動的范圍4控制風機選型、 安裝和運行引起的噪聲軸流風機的噪聲不僅靠改進設計來完成, 而且對于給定的任務, 可以通過優(yōu)化風機型式和尺寸, 以及合理地安裝和運行來降低噪聲。4.1正確地安裝風機的聲功率級或A 聲級, 隨著流量和壓力的增大而增大, 安裝時應盡力減少不必要的阻力損失。在流道中及葉輪前盡力應避免障礙物產(chǎn)生的尾跡吸入到葉輪中而產(chǎn)生噪聲。在通風機噪聲中,進、出氣口輻射的空氣動力性噪聲強度最大,所以控制通風機噪聲,首先應將這部分噪聲降下來。在通風機進、出氣口安裝消聲器是抑制通風機噪聲的最有效措施。根據(jù)通風機的用途和降噪聲要求,通風機安裝消聲器有如下三種情況。(1)對于壓入式通風,噪聲的主要輻射部位在通風機的進口,可以在進氣口處安裝消聲器。(2)對于抽出式通風,噪聲的主要輻射部位在通風機的出口,可以在出氣口處安裝消聲器。(3) 若在氣流進、出氣口處均有降噪要求,則應在通風機進、出氣口管道上都安裝消聲器。消聲器的安裝應與葉輪留有一定的安裝長度, 以避免對葉輪造成影響。4.2風機的運行方式和安裝布置在與電機直聯(lián)式風機中, 軸流風機通常有電機前置式Q Z 和電機后置式HZ 電機前置式(Q Z 型)風機是氣流先通過電機然后進入工作輪, 如圖4.1(a)所示。由于氣流經(jīng)過電機及支撐時產(chǎn)生的湍流后再進入工作輪, 此噪聲高于電機后置型風機,見圖4.1(b)。因而在不得不采用電機前置時, 其支撐做成流線型以盡力減少其對氣流的影響是很必要的。在軸流風機中, 為改進系統(tǒng)中的風壓, 經(jīng)常在第一級風機后增加第二級風機或者采用對旋風機的方法。圖4.1(c)為對旋風機安裝的型式。對旋風機采用圖4.1(d)的方式噪聲就比圖4.1(c)低。而圖4.1(f)產(chǎn)生的噪聲最低。但因為兩工作輪距離太大, 只能作為兩級工作輪單獨運行考慮, 其氣動相互作用似乎可以忽略。與后置電機型HZ 單級軸流風機的噪聲相比: Q Z/ HZ 型風機, 噪聲增加10dB(A),HZ/ HZ型風機, 噪聲增加6dB(A),QZ/QZ 型風機, 噪聲增加6dB(A),HZ/QZ 型風機, 噪聲增加4dB(A )。圖4.1軸流風機的運行方式4.3選用合理的調(diào)節(jié)方式由于多數(shù)是在變工況下運行, 風機的風量和風壓都要根據(jù)管網(wǎng)的需要進行調(diào)節(jié), 因而調(diào)節(jié)方式應盡力采用前導葉或動葉可調(diào)式以及變轉(zhuǎn)速等高效調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 因這些高效調(diào)節(jié)方法, 也是產(chǎn)生附加噪聲較小的方法。4.4其他降低軸流風機噪聲方法從Fukano噪聲公式，結(jié)合前人的大量試驗研究，設計風機時還可以采取的降低氣動噪聲的方法。 1）選擇流型時，使靜壓沿徑向逐漸加大，從而使葉片低部附面層更多的集中在靠近葉根處，比如采用前掠動葉的軸流風機。 2）降低葉片表面粗糙度，從而減小附面層的厚度。 3）按照不等距葉片設計，使葉片間夾角不相等，達到減少各個葉片所產(chǎn)生的噪聲間的同相疊加的目的。 4）采用小弦長和薄葉型靜葉，動葉與靜葉的間距為0.51倍弦長， 這樣對降低干涉噪聲有利。 5風機的設計與計算5.1葉輪的設計 基本設計參數(shù)：流量 200m/min（3.3 m/s）風壓大于 15mm風機設計壓力 390pa（H=390kg/）設計溫度 300輸送的實驗氣體：氫、烴混合氣轉(zhuǎn)速 960r/min流量調(diào)節(jié)方式：變速流量調(diào)節(jié)范圍：30%-100%5.1.1比轉(zhuǎn)速的計算6 由=110.7100 （5.1）故選用軸流式風機。軸流式風機有主軸、葉輪、集流器、導葉、機殼、動葉調(diào)節(jié)裝置、進氣箱和擴壓器等主要部件。軸流風機結(jié)構(gòu)型式見圖5.1所示。 圖5.1 軸流式（通）風機結(jié)構(gòu)示意圖（兩級葉輪）1 進氣箱 2 葉輪 3 主軸承 4動葉調(diào)節(jié)裝置 5 擴壓器 6 軸 7 電動機5.1.2確定輪轂比和外徑7根據(jù)圖5.2，輪轂比比轉(zhuǎn)數(shù)的關系圖5.2輪轂比與比轉(zhuǎn)速的關系取輪轂比=0.7。根據(jù)圖5.3，圖5.3比轉(zhuǎn)速與系數(shù)的關系系數(shù)Ku=1.63。代入公式： =0.82m （5.3）根據(jù)公式：=0.57m （5.4）5.1.3計算軸向速度由公式：=Q/F=12.1 （5.5）5.1.4確定葉片各截面氣流全壓分布，計算各截面的對于輪轂比=0.7的葉輪，可以采用等環(huán)流，也可采用變環(huán)流設計方法。將葉片沿葉片高方向取五個等截面，所以各截面直徑=0.57m，0.64 m,0.71 m,0.78 m，0.85m。=0.71m （5.6）各截面相應的圓周速度由公式 =得 （5.7）=28.7,32.2,35.7,39.2，42.8。35.2。各截面相應的由公式 =得 （5.8）=6.9。=（得 （5.9）=7.7,7.3,6.9,6.6,6.3,由公式=得 （5.10）=35.4,37.6,39.4,41.4,43.1。軸向速度由公式 =得 （5.11）=12.1。風機各截面的的進口角由公式=得 （5.12）=22.9，20.6，18.7，17.2，15.9。風機各截面的的進口角由公式=得 （5.13）=30.0，26.0，22.8，20.4，18.3。由公式=得 （5.14）=27.6,31.0,34.3,37.9,41.5。由公式=得 （5.15）=26.0，23.0，20.6，18.6，17.0。升力系數(shù)根據(jù)圖5.4 RAF-6E翼型空氣動力性能得=0.80，0.75，0.70，0.65，0.60沖角=4.0，3.5，2.9，2.5，2.0由公式 =+得 （5.16）=30.0，26.5，23.5，22.1，19.0。圖5.4RAF-6E葉型特性數(shù)據(jù)根據(jù)國內(nèi)的設計經(jīng)驗和試驗結(jié)果，對于用孤立翼型法設計的軸流風機，最佳葉片數(shù)大致如下：表5.1輪轂比與葉片數(shù)的關系8輪轂比0.30.40.50.60.7葉片數(shù)Z2-44-86-128-1210-20選定葉片數(shù)：12由葉片弦長公式b=得 （5.17）b=0.123，0.124，0.125，0.129，0.133。修正后的弦長值b=0.123,0.125,0.128,0.130,0.133。表5.2葉片各截面的計算數(shù)據(jù)截面1截面2截面3截面4截面5（m） 0.570.640.710.780.85（m）0.710.710.710.710.71（）28.732.235.739.242.8（）35.235.235.235.235.2（）7.77.36.96.66.3（）6.96.96.96.96.9（）35.437.639.441.443.1（）12.112.112.112.112.1（度）22.920.618.717.215.9（度）30.026.022.820.418.3（）27.631.034.337.941.5（度）26.023.020.618.617.00.850.750.700.650.60（度）4.03.52.92.52.0（度）30.026.523.522.119.0Z1212121212b（m）0.1230.1240.1250.1290.133從上述計算結(jié)果可以看出葉片弦長隨著葉片各截面直徑的增大而增大，是葉尖寬，葉根窄的機翼型葉片。因此 ，將該風機葉片設計成整體式固定葉角型，呈外寬內(nèi)窄前掠狀，并且是不等距排列，及柵距，葉片各截面的重心聯(lián)線與徑向直線間的夾角30。前掠角=20-40，在此取=30，前傾角=15-30，在此取=209 。如圖示 圖5.5風機葉片平面示意圖這樣能夠減少了氣流的分離和二次損失，大幅度的降低了風機的噪聲，提高了風機的效率，有效的改善了環(huán)保條件。圖5.6風機葉片前視圖圖5.7該風機葉片三維立體圖5.2導流部分的的計算導葉是軸流式風機的重要部件，它可調(diào)整氣流通過葉輪前或葉輪后的流動5方向，使氣流以最小的損失獲得最大的能量；對于葉輪后的導葉，還有將旋轉(zhuǎn)運動的動能轉(zhuǎn)換為壓能的作用。導葉設置如圖5.8所示。葉輪后設置導葉稱后導葉。后導葉設置在軸流風機和軸流泵中普遍采用。葉輪前設置導葉稱為前導葉。目前，中、小型軸流風機常采用前導葉裝置。在葉輪前后均設置導葉是以上兩種型式的綜合，可轉(zhuǎn)動的前導葉還可進行工況調(diào)節(jié)。這種型式雖然工作效果好，但結(jié)構(gòu)復雜，僅適用于軸流風機。前導葉的葉片一般作為可轉(zhuǎn)動的，而后導葉的葉片通常是不動的。對功率較大的軸流通風機，在葉輪后要裝設后導葉，以提高靜壓。前導葉一般作為調(diào)節(jié)手段，可進行風機流量的調(diào)節(jié)，由于要實現(xiàn)超低噪環(huán)保風機，要盡量減少不必要的裝置，所以不加后導葉，由于風機流量調(diào)節(jié)范圍在的30%-100%，所以可采用加設前導葉 圖5.8 軸流泵與風機的基本型式（a）單個葉輪機 (b) 單個葉輪后設置導葉 (c) 單個葉輪前設置導葉(d) 單個葉輪前、后均設置導葉5.3徑向間隙和軸向間隙徑向間隙對軸流風機的壓頭和效率有較大的影響，為此，應使徑向間隙盡可能的小10 。圖5.9徑向間隙和軸向間隙實踐證明，當時，=0.01時,間隙可能已被環(huán)端面的附面層所阻塞，因而對效率影響不大。當=0.02時，人們發(fā)現(xiàn)效率將下降2-3%，壓頭將下降4-6%。設計時一般將徑向間隙控制在 =0.008-0.01 （5.18）因為葉片高度=410mm，所以=(0.25-0.40)b （5.19）b弦長。 代入b=126.8mm得=（31.7-50.72）mm. 取40mm。5.4集流器、整流罩、擴散筒1、集流器集流器的作用是改善進口流場，使氣流加速，在損失壓力小的情況下，保證進氣口速度均勻。加集流器的風機效率提高10-15%。其設計尺寸一般按公式R=0.2=0.2=164mm （5.20）圖5.10 1-集流器 2-整流罩 3-整流體 4-擴散筒 圖5.11 流線型整流體集流器的外徑：=（）=（）=1020-1190mm （5.21）集流器的長度：=（）=（）=164-328mm （5.22）2、擴散筒擴散筒的長度一般取： =1230-1804mm （5.23）擴散筒的擴散角：tan，=8-12。取=8。5.5水冷耐高溫軸承由于該風機是在高溫（300）和有腐蝕性的氣體（氫、烴混合氣）中工作10，為了保護電機，不采用電機與風機直接聯(lián)接，而采用聯(lián)軸器傳動，將電機置于機殼之外。風機軸承是在高溫下連續(xù)運轉(zhuǎn)，所以軸承的潤滑和冷卻就顯得非常重要。在軸承上要保證軸承的可靠潤滑并設置水冷卻裝置。下圖11為高溫軸流通風機冷卻潤滑結(jié)構(gòu)圖。 圖5.12高溫軸流通風機冷卻潤滑結(jié)構(gòu)圖12在軸承周圍設置冷卻水套，通冷卻水以冷卻降溫。潤滑油采用稀油循環(huán)潤滑，潤滑油也要進行冷卻。為了保證軸承的潤滑，在每個軸承的兩端，設置一個骨架油封，以減少潤滑油的流失。5.6軸的強度計算軸流通風機的主軸在運轉(zhuǎn)過程中，同時承受彎矩和扭矩，因而在強度計算時應分別求出主軸承受的最大彎矩和扭矩，然后求出兩者所引起的合成應力4。風機進風口分為單吸或雙吸，其軸分為對稱支承軸和懸臂支撐軸，強度計算略有不同。對于優(yōu)質(zhì)碳素鋼（35-45和鋼），軸:=(kg/) （5.24）式中 彎曲應力(kg/)，=，是最大彎曲力矩；由于扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切向力(kg/)，=，為扭矩；計算斷面抗彎矩()，=； （5.25）計算斷面抗扭矩()，=2= （5.26）如果是使用空心軸，則：=1-() （5.27）=1-() （5.28）上兩式中 d空心軸外徑（cm） 空心軸外徑（cm）合成力矩 =（kgcm） （5.29）扭矩 =97400（kgcm） （5.30）式中 電動機軸功率（kw） n風機轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）。最大彎曲力矩（kgcm）應根據(jù)軸的支承情況分別計算；對于對稱軸:=（kgcm） （5.31）式中 葉輪重量（kg）軸重量（kg）a、b兩軸支承中心至葉輪中心距離（cm）。對于對稱軸，a=b=；=兩支承軸距離（cm）圖5.13對稱軸的彎曲力矩葉片重估算：因為鋁合金密度在2.650-2.750之間，估算單個葉片面積=11123-9011-3311=932.25，葉片體積=11563.13，又因為葉片數(shù)為12，葉片總體積V=1211563.13=139837.5，所以葉片重=V=1398377.5（2.650-2.750）=370.6-384.6kg （5.32）輪轂重估算：V=6765 （5.33）所以輪轂重=67657.85=53.1kg。所以葉輪重=+=380+53.1=433.1kg。兩支承間距l(xiāng)=197.5cm，該段軸重190.0kg （5.34）最大彎矩 =197.54433.1+197.58190.0kg=104301.5（kgcm）扭矩 =97400=97400=154.2（kgcm）合成力矩 = = =104301.6（kgcm）又因為=0.135=4287.5，所以=24.3(kg/)所以該軸滿足設計要求。5.7電動機型號選擇通風機在單位時間內(nèi)傳遞給氣體的能量稱為風機的有效功率13 ， =3.3390=1.29（kw） （5.35）實際上，由于通風機在運轉(zhuǎn)時，軸承內(nèi)部有摩擦損失，以及氣體在風機內(nèi)流動時產(chǎn)生的渦流撞擊和流動損失，使風機消耗在風機軸上的功率（軸功率）N要大于有效功率N=1.290.85=1.52kw（取0.85） （5.36）當選擇通風機所配用電動機功率時，在軸功率基礎上，還應考慮通風機機械傳動的能量損失及電動機的安全系數(shù)配用電動機功率可按下式計算m （5.37）通風機機械傳動效率m電動機容量安全系數(shù)表5.3通風機機械傳動效率傳動方式機械傳動效率電動機直接傳動1.0聯(lián)軸器直接傳動0.98減速器傳動0.95皮帶傳動0.92表5.4電動機容量安全系數(shù)電動機功率(kw)電動機容量安全系數(shù)51.15該風機傳動方式為聯(lián)軸器傳動=2.03kw （5.38）根據(jù)上述計算為該風機配用電動機：Y系列三相異步電動機Y132M1-6。5.8在進風口內(nèi)壁出添加吸聲材料當聲波入射到物體表面時，部分聲能要被物體吸收轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，稱為吸聲14。材料的吸聲性能用吸收系數(shù)來表示，吸聲系數(shù)越大，則表示材料的吸聲性能越好。材料的吸聲性能與材料的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和聲波的入射角度及聲波的頻率有關。多孔吸聲材料的吸聲機理是：材料內(nèi)部有無數(shù)細小的相互貫通的孔洞，當聲波入射到這些材料的表面，進而入射到這些細小的孔隙內(nèi)時，要引起孔隙內(nèi)的空氣運動，緊靠孔壁和纖維表面的空氣，因摩擦和粘滯運動阻力而不易運動，使聲能轉(zhuǎn)化為熱能而消耗掉。故性能良好的吸聲材料要多孔，孔與孔之間互相貫通，并且貫通的孔洞要與外界連通，使聲波能進入材料內(nèi)部。如對應1000赫茲聲波，10cm厚的超細玻璃棉的吸聲系數(shù)是0.87，常用的吸聲材料還有瀝青，橡膠等。所以該風機在設計過程中，為了進一步降低噪聲，首先應該在風機進風口內(nèi)壁上添加吸聲材料或設置消音裝置，該風機在設計時選擇的吸聲材料為超細耐高溫玻璃棉，其對用于不同頻率的聲波的吸聲系數(shù)普遍較高，吸聲效果好，并且耐腐蝕，滿足了具有腐蝕性氣體的耐腐蝕要求。且自身重量小，不會引起風機進風口的過大變形。6風機的安裝、調(diào)試和試運轉(zhuǎn)1、有安裝前應仔細檢查風機各部件是否齊全、完好；葉輪和風筒是否因運輸而損壞變形；各零部件是否緊固；如發(fā)現(xiàn)問題應及時修復、調(diào)整方可使用。2、 安裝風機的基礎應具有足夠的的強度、穩(wěn)定性和耐久性。風機與基礎結(jié)合面，進出風口有風管連接時應調(diào)整使之自然吻合，不得強行聯(lián)接。3、風機進風口安裝管道時，以加裝膨脹軟接頭為好，且管道重量不允許加在風機各個部位上。管道與風機連接之間加裝的膨脹軟接頭應適中，如果過長，會增大系統(tǒng)管網(wǎng)阻力，影響風機送風和排風的風量。4、風機在安裝時，應保證風機的水平位置，如果風機座配有彈簧減震器，彈簧減震器在安裝過程中應沒有彈簧徑向不垂直和傾斜的現(xiàn)象，應保證風機底座上的各個減震器受力均勻。5、風機的安裝應按通風系統(tǒng)圖規(guī)定的位置和尺寸進行安裝，風機氣流方向應與系統(tǒng)要求的送風或排風方向一致。6、風機安裝完成后如果進風口或出風口須加裝調(diào)節(jié)門或電動風扇，應注意調(diào)節(jié)門和風扇的開啟位置須與風機的進氣或出氣方向保持一致，不要裝反了。7、風機安裝完成后，檢查葉輪是否靈活；有無碰撞，摩擦等異常情況；風筒有無雜物，以免進入葉輪打壞葉輪；檢查電動機、傳動組的潤滑情況。8、風機按以上步驟安裝，檢驗完畢后進行風機試運轉(zhuǎn)。風機啟動應在風機全壓（如果風機進口或出口裝有風扇，風閥應在全開位置試機）狀態(tài)下進行，并檢查氣流風機方向和葉輪旋轉(zhuǎn)方向是否與風機銘牌上的箭頭標記一致，否則須任意交換電機的兩相電源線位置而重試機。如果風機正常運行，則逐步將風閥調(diào)整到用戶的使用工況點。在調(diào)試過程中應注意運行的電機電流不能超過其額定電流量。并檢查風機和管道系統(tǒng)聯(lián)接處是否密封好、有無漏氣現(xiàn)象；以免影響風機送風或排風的風量15。7 結(jié) 論針對畢業(yè)設計要求，采用了如下措施來實現(xiàn)超低噪環(huán)保風機的設計:（1）在風機的進風口設置集流器，內(nèi)部設置整流罩，流線型導流體，在風機出風口處設置擴散筒，以上措施改善進口流場，使氣流加速，在損失壓力小的情況下，保證進氣口速度均勻，使得氣體流動阻力減小，穩(wěn)定地減小出口流速，將一定的動壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓，提高軸流風機裝置的靜壓效率，并同時降低排氣噪聲，從而有效的降低了噪聲。（2）在風機的進風口處的內(nèi)壁上添裝吸聲材料-超細耐高溫玻璃棉，也能夠有效的降低風機噪聲。（3）減小轉(zhuǎn)子葉尖與機殼的徑向間隙,控制在3mm內(nèi)， 增加機匣與轉(zhuǎn)子的同心度, 既可減小聲壓級又可提高風機的壓力系數(shù)和擴大風機的失速余度，從而降低噪聲。（4）合理的氣動設計是降低風機本身噪聲的最根本的方法，采用前掠前傾葉片，比非前掠、非前傾的葉片具有更低的聲壓級。（5）合理的選擇葉柵參數(shù)，按不等距葉片設計，使葉片間夾角不相等，達到減少各個葉片所產(chǎn)生的噪聲間的同相疊加的目的，也能夠降低噪聲。根據(jù)設計要求，風機的設計溫度應滿足最高300，軸承為油潤滑，必須設置水冷套。所以要設置水冷耐高溫軸承，在其內(nèi)部設置水冷套，通冷卻水以冷卻降溫。潤滑油采用稀油循環(huán)潤滑，潤滑油也要進行冷卻。為了保證軸承的潤滑，在每個軸承的兩端，設置一個骨架油封，以減少潤滑油的流失。并且，為了不使油管和水管影響風機的運行，產(chǎn)生不必要的噪音，要將水管和油管放在軸承座支架內(nèi)以及導流體支架以及風筒內(nèi)壁內(nèi)，而不能暴露在風筒管道內(nèi)，因為這會增加氣體的流動阻力，產(chǎn)生不必要的噪聲。 為了實現(xiàn)風機輸送氣體的流量調(diào)節(jié)，在風機葉輪前部設置可調(diào)進口導流葉片16，以及導葉操縱機構(gòu)。該操縱機構(gòu)為兩個平行四邊形機構(gòu)，可實現(xiàn)聯(lián)動。在搖桿處設置限位塊，便可對風機的流量進行30%-100%的調(diào)節(jié)?；蛘咧苯硬捎米冾l電機，通過電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)流量，從而省去了可調(diào)進口導葉機構(gòu)，可能也會使風機的噪聲降低，但這會使風機的成本增加。從經(jīng)濟角度上考慮，采用前一個方案。參 考 文 獻1 陳榮玲.軸流通風機實現(xiàn)超低噪聲淺析J.風機技術(shù).2009,6:20-212 梁錫智,吳海.軸流風機的噪聲及降噪J.流體機械.1991,1:30-343liangxizhi,wuhai.Experimental Investigation of Cooling Fan for automotive Engine international Symposium on Fluid Machanery and Fluid Engineering,Sert. Fluid Machanery. 1996,5:9-124longhouse R E.Noise Mechanism separation and design Consideriation foe Low tipspeed Axial Flow fans.jour.of Sound and Vibration,1994,48(4): 274-4615胡如夫,趙偉敏.通風機噪聲控制方法研究綜述.風機技術(shù),1999,6:12-166離心式與軸流式通風機編寫組M.水利電力出版社,1982,2:118-1297 楊惠宗,袁仲文,陸火慶.泵與風機M.上海交通大學出版社,1992, 9:143-1448 機械工程手冊編輯委員會.機械工程手冊M.1982,8 (14):76-819梁錫智,王棟國,丁桂芬,孫承凱.葉片前掠前傾式低噪聲軸流風機M,1999.510李慶宜,通風機M.流體機械.1978,511張世絡,水冷耐高溫風機J.流體機械.2003.712李榮德,張征,陳洛嫻.水冷裝置在脂潤滑軸承壽命強化試驗中的應用M,風機技術(shù)2010.113吳宗澤,羅圣國,機械設計課程設計手冊M.高等教育出版社.2006.4:167-16814商景泰,通風機實用技術(shù)手冊M.江蘇教育出版社2005.4:312-32215南方風機,高溫系列防排煙軸流通風機產(chǎn)品介紹和安裝J.風機技術(shù).2010.316B.?？?通風機.機械工業(yè)出版社.1983.2:410-413袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅