離心風(fēng)機(jī)的工作原理教學(xué)文案

離心風(fēng)機(jī)(fēnɡjī)的工作原理第一頁，共29頁。離心風(fēng)機(jī)(fēnɡjī)的工作原理（離心式風(fēng)機(jī)的分類1、風(fēng)機(jī)按風(fēng)壓（相對(duì)壓力(yālì)）H的大小，可分為：2、高壓離心風(fēng)機(jī)P=2940—14700N/m2（H=300—1500毫米水柱）3、中壓離心風(fēng)機(jī)P=980—2940N/m2（H=100—300毫米水柱）4、低壓離心風(fēng)機(jī)P<980N/m2（H<100毫米汞柱）；5、高壓軸流風(fēng)機(jī)P=490—4900N/m2（H=50—500毫米水柱）6、低壓軸流風(fēng)機(jī)P<490N/m2

第二頁，共29頁。離心風(fēng)機(jī)的工作過程離心風(fēng)機(jī)主要由葉輪、進(jìn)風(fēng)口及蝸殼等組成（圖14－2）。葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉道（葉片構(gòu)成(gòuchéng)的流道）內(nèi)的空氣，受離心力作用而向外運(yùn)動(dòng)，在葉輪中央產(chǎn)生真空度，因而從進(jìn)風(fēng)口軸向吸入空氣（速度為c0）。吸入的空氣在葉輪入口處折轉(zhuǎn)90°后，進(jìn)入葉道（速度為c1），在葉片作用下獲得動(dòng)能和壓能。從葉道甩出的氣流進(jìn)入蝸殼，經(jīng)集中、導(dǎo)流后，從出風(fēng)口排出圖14-2離心通風(fēng)機(jī)內(nèi)氣體流動(dòng)方向1.出風(fēng)口2.蝸殼3.葉輪4.擴(kuò)壓管5.進(jìn)風(fēng)口6.進(jìn)氣室第三頁，共29頁。葉輪(yèlún)的工作原理（一）速度三角形空氣在葉道上任一點(diǎn)處，有絕對(duì)速度c，它是氣流與葉輪的相對(duì)速度ω與牽連速度(qiānliánsùdù)μ的向量和（圖14－3a）。絕對(duì)速度c與牽連速度(qiānliánsùdù)μ的夾角以α表示。相對(duì)速度ω與牽連速度(qiānliánsùdù)μ的反方向的夾角以β表示。通常只畫出葉片入口及出口的速度三角形，并以1點(diǎn)表示葉輪入口；2點(diǎn)表示葉輪出口（圖14－3b、c）。第四頁，共29頁。圖3速度分析及速度三角形.氣流(qìliú)在葉道內(nèi)的速度分析b.進(jìn)口氣流(qìliú)速度三角形c.出口氣流(qìliú)速度三角形第五頁，共29頁。（二）基本(jīběn)方程——?dú)W拉方程便于計(jì)算，作假設(shè)(jiǎshè)如下：1、氣體為理想氣體，流動(dòng)沒有能量損失，風(fēng)機(jī)功全部轉(zhuǎn)化為氣流能量。2、葉輪葉片數(shù)無限多、無限薄。所以氣體在葉道內(nèi)的流線與葉片形狀一致，氣流相對(duì)速度ω2的出口角β2與葉片出口安裝角β2A一致。3、氣流是穩(wěn)定流，其流動(dòng)不隨時(shí)間而變化。當(dāng)風(fēng)機(jī)流量為Q（m3/s）、壓力為PT∞N/m2時(shí)（PT∞——葉片數(shù)無限多理論壓力），氣流則得到的能量為N=QPT∞（N·m/s）如風(fēng)機(jī)軸上阻力矩為M（N·m）、角速度為ω（1/s），）則驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的功為N=Mω（N·m/s）根據(jù)假設(shè)(jiǎshè)1，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的功全部轉(zhuǎn)換為氣流的能量，則第六頁，共29頁。.根據(jù)動(dòng)量矩定律，單位時(shí)間內(nèi)，葉輪中氣流對(duì)風(fēng)機(jī)的動(dòng)量矩的變化(biànhuà)，等于外力對(duì)此軸線的力矩和。由圖1可知，葉道內(nèi)氣體abcd經(jīng)時(shí)間Δt后，移動(dòng)到efgh。根據(jù)假設(shè)3，氣流為穩(wěn)定流，截面abgh內(nèi)氣體動(dòng)量矩不變。因而在Δt時(shí)間內(nèi)，氣體動(dòng)量矩的變化(biànhuà)為面積abfe與dcgh動(dòng)量矩之差，而面積abfe與dcgh內(nèi)體質(zhì)量相等，并等于每秒鐘流過葉輪氣體質(zhì)量乘以時(shí)間Δt，即m=QρΔt葉輪入口及出口處的動(dòng)量矩M1及M2分別為第七頁，共29頁。.單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量矩的變化為力矩M或

所以上式為離心通過(tōngguò)風(fēng)機(jī)的基本方程，又叫歐拉方程。因略去了全部損失，所以PT∞稱為無窮多葉片時(shí)的理論全壓。在上式中，C1u是葉輪進(jìn)口處氣流絕對(duì)速度C1在圓周方向的速度分量。由于葉輪入口處具有切線速度u1，按速度場(chǎng)作用規(guī)律，氣流在進(jìn)入葉輪時(shí)應(yīng)該存在切向分速。但是空氣的粘性很小，在沒有導(dǎo)流器時(shí)，可以認(rèn)為氣流是徑向進(jìn)入葉輪的，即在葉輪入口處，α1=90°，C1=C1r，C1u=0。代入歐拉方程，可得：PT∞=ρu2C2u第八頁，共29頁。圖14-4軸向渦流的產(chǎn)生原因及其c2u的影響第九頁，共29頁。

第十頁，共29頁。（三）軸向渦流(wōliú)實(shí)際上風(fēng)機(jī)的葉片數(shù)是有限的，相鄰兩葉片所形成的葉道占有一定的空間。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉道空間隨葉片一起(yīqǐ)轉(zhuǎn)動(dòng)；而葉道內(nèi)的氣體，由于自身粘性小，又有慣性，它就有保持其本身方向不變的趨勢(shì)。由圖14－4可見，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉道內(nèi)的氣體與葉道空間具有相對(duì)回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向與葉輪放置方向相反，這就是軸向渦流。軸向渦流使氣流出口角β2與葉片安裝角β2A不等且β2<β2A，所以，在葉片數(shù)有限時(shí)，有：C2u=u2－C2rctgβ2<C2u∞即PT<PT∞或PT=μPT∞

式中μ稱為環(huán)流系數(shù)或壓力減少系數(shù)?？梢姡?dāng)葉片數(shù)有限時(shí)，因C2u<C2u∞，故理論壓力相應(yīng)減少。第十一頁，共29頁。三、離心風(fēng)機(jī)(fēnɡjī)的功耗及效率1、有效功率Ne有效功是指氣流通過風(fēng)機(jī)時(shí)從葉輪取得的能量。單位(dānwèi)容積流量通過風(fēng)機(jī)后增加的能量為全壓P（N/m2），若流量為Q，則風(fēng)機(jī)的有效功率即輸出功率為2、軸功率N軸功率就是風(fēng)機(jī)軸上的輸入功率。若風(fēng)機(jī)的全壓效率為η則：3、電機(jī)功率Nm

K——電機(jī)容量儲(chǔ)備系數(shù)，其值可按表14－2選取。式中ηm——風(fēng)機(jī)傳動(dòng)效率第十二頁，共29頁。電動(dòng)機(jī)容量儲(chǔ)備(chǔbèi)系數(shù)風(fēng)機(jī)軸功率N（kW）<0.50.5―11－2電機(jī)容量(róngliàng)儲(chǔ)備系數(shù)K1.51.41.3風(fēng)機(jī)軸功率N（kW）2－5>5電機(jī)容量(róngliàng)儲(chǔ)備系數(shù)K1.21.15第十三頁，共29頁。四、離心風(fēng)機(jī)(fēnɡjī)的性能曲線

風(fēng)機(jī)的基本性能參數(shù)為流量Q、風(fēng)壓P、軸功率N及效率η。這些性能參數(shù)均受風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，風(fēng)壓、功率及效率與流量之關(guān)系曲線，稱為離心通風(fēng)機(jī)的性能曲線。（一）

理論性能曲線在繪制理論性能曲線時(shí)，不考慮(kǎolǜ)能量損失。當(dāng)葉片無限多時(shí)，風(fēng)機(jī)的理論壓力為PT∞。由圖14－3c可知：C2u=u2－C2rctgβ2

代入PT∞=ρu2C2u式得：因?yàn)镼=πD2b2C2r所以第十四頁，共29頁。式中D2——葉輪外徑

b2——葉輪外徑處葉片寬度

在葉片無限多時(shí)，氣流出口角β2等于葉片安裝角β2A。一臺(tái)風(fēng)機(jī)若轉(zhuǎn)速不變，則u2、D2、b2、β2A均為常數(shù)(chángshù)，則有：

PT∞=A－BQ

圖14-5風(fēng)機(jī)的理論性能

曲線（PT∞-Q）

圖14-6風(fēng)機(jī)的理論性能

曲線（N-Q）

因A、B為常數(shù)(chángshù)，所以PT∞與Q成線性關(guān)系。對(duì)前向葉片，β2A>90°，ctgB2<0，B為負(fù)圖14-5風(fēng)機(jī)的理論性能曲線（PT∞-Q）圖14-6風(fēng)機(jī)的理論性能曲線（N-Q）第十五頁，共29頁。值，故PT∞因Q的增加(zēngjiā)而增加(zēngjiā)（圖）；徑向葉片β2A=90°，ctgB2=0，B=0；后向葉片，β2A<90°，ctgB2>0，B為正值，故PT∞因Q的增加(zēngjiā)而減少。

圖14-7有限葉片數(shù)對(duì)理論性能曲線(P-Q線)的影響

n=常數(shù)；β＜90°

因假定無能量損失，所以風(fēng)機(jī)軸功率N與壓力和流量之乘積成正比因而可得三種葉片的功率消耗與流量的關(guān)系曲線（圖）。由圖可見，前向葉片在流量增大時(shí)，功耗劇增，而后向葉片在流量增加(zēngjiā)時(shí)，功耗增長較緩。

在葉片數(shù)有限時(shí)，風(fēng)機(jī)理論壓力將減少。對(duì)一定的葉輪，可近似地認(rèn)為環(huán)流系數(shù)μ為常數(shù)，則風(fēng)機(jī)的理論性能曲線（PT∞－Q）將變?yōu)榱硪粭l直線（PT－Q）。圖14－7是后向葉片的理論性能曲線（P－Q線）的變化示意圖。

圖14-7有限葉片數(shù)對(duì)理論性能曲線(P-Q線)的影響n=常數(shù)；β＜90°第十六頁，共29頁。（一）

圖實(shí)際性能曲線(P-Q)后向葉片，n=常數(shù)

實(shí)際性能曲線實(shí)際上風(fēng)機(jī)有能量損失，如果只考慮流動(dòng)損失，則在給定轉(zhuǎn)速下的實(shí)際性能曲線（P－Q）如圖14－8所示。由于未考慮泄漏損失及輪阻損失，它與實(shí)際情況有一定出入。

圖離心通風(fēng)機(jī)的性能曲線

a.前向葉片風(fēng)機(jī)b.后向葉片風(fēng)機(jī)

目前還不能用計(jì)算的方法繪制實(shí)際性能曲線。所以離心風(fēng)機(jī)的性能曲線者是根據(jù)(gēnjù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的。由風(fēng)機(jī)試驗(yàn)可測(cè)出各工況點(diǎn)的流量Q、全壓P及軸功率N并算得效率。以流量Q為橫坐標(biāo)所得P－Q、N－Q、η－Q等關(guān)系曲線即為風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能曲線（圖14－9）。圖14-8實(shí)際性能曲線(P-Q)后向葉片，n=常數(shù)圖14-9離心通風(fēng)機(jī)的性能曲線a.前向葉片風(fēng)機(jī)b.后向葉片風(fēng)機(jī)第十七頁，共29頁。五、葉片(yèpiàn)形狀

風(fēng)機(jī)葉片形狀可分為直葉片和曲葉片；按葉片出口安裝角可分為前向（β2A>90°），徑向(jìnɡxiànɡ)（β2A=90°）及后向（β2A<90°）葉片三類，對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)葉輪稱為前向、徑向(jìnɡxiànɡ)和后向葉輪。常用的葉輪形式如圖14－10所示。圖14-10常用葉輪形式a.前向葉片b.多葉式前向葉片c.徑向曲葉片d.徑向直葉片e.后向曲葉片f.后向直葉片第十八頁，共29頁。（一）葉片形狀對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響葉片形狀影響出口安裝角β2A的大小，因而也影響在葉輪出口處氣流(qìliú)絕對(duì)速度C2的大?。▓D14－11）。C2不同，則風(fēng)機(jī)性能也有較大差異。

圖11葉片出口角β2A對(duì)葉輪出口速度C2的影響(D2、n、u2相等)a.前向葉片(β2A＞90°)b.徑向葉片(β2A=90°)c.后向葉片(β2A＜90°)1、由式PT∞=ρu2C2u可知，C2u愈大，則風(fēng)機(jī)的壓力愈高。由圖14－11可見，在葉輪直徑相同(xiānɡtónɡ)、轉(zhuǎn)速相同(xiānɡtónɡ)、流量相等時(shí)，前向葉輪風(fēng)機(jī)壓力最高，徑向次之，而后向最低。圖14-11葉片出口角β2A對(duì)葉輪出口速度C2的影響(D2、n、u2相等)a.前向葉片(β2A＞90°)b.徑向葉片(β2A=90°)c.后向葉片(β2A＜90°)第十九頁，共29頁。2、隨流量的增加，前向葉輪風(fēng)機(jī)功耗劇增，有超載的可能，稱為過載風(fēng)機(jī)，后向葉輪則有功率不易過載的優(yōu)點(diǎn)。

3、因C2大，前向葉輪出口處氣流動(dòng)壓大，但風(fēng)機(jī)出風(fēng)口處氣流動(dòng)壓較小，所以葉輪出口動(dòng)壓中的一部分將在蝸殼中通過擴(kuò)壓轉(zhuǎn)化為靜壓，擴(kuò)壓損失大，而后向葉輪擴(kuò)壓損失小。另外前向葉輪葉道短、斷面變化大，其葉道內(nèi)的流動(dòng)損失也大于后向葉輪，故后向葉輪效率高，前向葉輪效率低，徑向葉輪則在兩者之間。4、前向葉輪噪聲較大。

5、從工藝觀點(diǎn)看，直葉片制作簡單，但徑向直葉片沖擊損失大、效率低。

（一）

各種葉輪的應(yīng)用

1、后向葉片風(fēng)機(jī)效率高、噪聲小、流量增大時(shí)動(dòng)力機(jī)不易超載，因而在各種大、中型風(fēng)機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。它的缺點(diǎn)是在相同的風(fēng)量(fēngliàng)、風(fēng)壓時(shí)，需要較大的葉輪直徑或轉(zhuǎn)速，另外葉片容易積塵，不適于作排塵風(fēng)機(jī)。

第二十頁，共29頁。2、前向葉片風(fēng)機(jī)效率較低、噪聲大，但在相同風(fēng)壓、風(fēng)量時(shí)，風(fēng)機(jī)尺寸小，轉(zhuǎn)速低。因而它用于高壓通風(fēng)機(jī)（P=7850－9810Pa）以及要求風(fēng)機(jī)尺寸小的場(chǎng)合。在移動(dòng)式農(nóng)業(yè)機(jī)械中由于要求風(fēng)機(jī)的尺寸較小，因此(yīncǐ)常采用前向葉片的中、高壓風(fēng)機(jī)。3、多葉式離心通風(fēng)機(jī)都用前向葉片，它的特點(diǎn)是輪徑比（D1/D2）大、葉片數(shù)多，葉片相對(duì)寬度較大，因而用較小的尺寸可得較大的壓力和流量，且噪聲較低，但效率也低。農(nóng)業(yè)機(jī)械中的一些小型風(fēng)機(jī)如小型植保機(jī)械上，常采用多葉式風(fēng)機(jī)。4、徑向直葉片風(fēng)機(jī)的壓頭損失大，效率低，但形狀簡單、制作方便。當(dāng)風(fēng)機(jī)效率不作為主要考核指標(biāo)時(shí)，它常被用作低壓風(fēng)機(jī)。另外，后向直葉片風(fēng)機(jī)效率較徑向直葉片風(fēng)機(jī)高，制造也比較簡單，適用于動(dòng)壓低、靜壓與動(dòng)壓比值較高的場(chǎng)合，一般用于中、低壓風(fēng)機(jī)，應(yīng)用較多。第二十一頁，共29頁。離心葉輪的進(jìn)口(jìnkǒu)角直接影響風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，出口角會(huì)影響風(fēng)機(jī)的壓力，從現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)資料看出口角在40度左右效率較高，如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和直徑?jīng)]定的話可盡量把出口角定在40度附近。設(shè)計(jì)時(shí)有兩個(gè)參數(shù)選取比較重要，一個(gè)是葉葉片的進(jìn)口(jìnkǒu)、出口處直徑比d1/d2，另一個(gè)是c2r/u2，都會(huì)影響風(fēng)機(jī)的性能好壞，設(shè)計(jì)時(shí)可以參照一下現(xiàn)有性能優(yōu)秀的葉輪。

是的，c1r/u1也重要的，定了d1/d2和c2r/u2，進(jìn)出口氣流角度是可以計(jì)算了，進(jìn)口(jìnkǒu)角當(dāng)然是盡量減少氣流的沖擊損失為佳一般進(jìn)口(jìnkǒu)角設(shè)計(jì)β1等于βA1即沖角為0是最佳的但有時(shí)為了保證風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，把進(jìn)口(jìnkǒu)安裝角增加2--3度第二十二頁，共29頁。風(fēng)機(jī)葉輪的設(shè)計(jì)通常很復(fù)雜，一般老說他們?cè)谠O(shè)計(jì)中的時(shí)候根據(jù)主要參數(shù)，通過模板來進(jìn)行設(shè)計(jì)。先做可調(diào)安裝(ānzhuāng)角的葉輪進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，再把葉片的各項(xiàng)參數(shù)定下來?？諝鈩?dòng)力學(xué)的大多教程和材料里面沒有講風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì).

翼形的設(shè)計(jì)是有的,但是飛機(jī)用的翼形和風(fēng)機(jī)的翼形區(qū)別很大.

用計(jì)算流體力學(xué)來處理這個(gè)問題近年比較流行,但是坐的也不多.畢竟在高度湍流的流動(dòng)狀態(tài)下,和彎曲復(fù)雜的流動(dòng)區(qū)域里,算出來的結(jié)果也是很難保證可靠.再者就是內(nèi)部空間復(fù)雜要?jiǎng)澐志W(wǎng)只能用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,對(duì)機(jī)器的要求又提高了.gambit里面帶的Turbo的工具用起來方便具體那樣劃分網(wǎng)格對(duì)模型的近似度如何,尚難確定。第二十三頁，共29頁。二、基本參數(shù)的測(cè)定方法繪制風(fēng)機(jī)(fēnɡjī)的空氣特性曲線的基本參數(shù)為流量、壓力、功耗及效率等。其測(cè)定及計(jì)算方法如下。（一）流量1、用集流器測(cè)流量集流器有圓弧形和錐形兩種型式（圖14-28）。器壁上有孔，可用來測(cè)定靜壓，如果沒有損失，則在j-j截面上（圖14-27a）動(dòng)壓與靜壓相等；如

考慮損失，則可引入一流量系數(shù)φ，因而可算得風(fēng)筒內(nèi)氣流速度V流量Q第二十四頁，共29頁。式中F——風(fēng)筒在j-j截面處的面積Psj——在j-j截面處測(cè)得的靜壓(N/m2)，通常在j-j截面的風(fēng)筒上，按四等分開四孔，分別測(cè)出靜壓，然后取平均值即Psjφ——流量系數(shù)，對(duì)圓弧形集流器，φ=0.99；錐形集流器φ=0.982、用皮托管測(cè)定流量皮托管結(jié)構(gòu)如圖14-29所示。用皮托管可測(cè)定管內(nèi)某一點(diǎn)的動(dòng)壓力Pd(圖14-30），因而(yīnér)可算出該點(diǎn)的氣流速度。為了測(cè)出平均流速，可將管道斷面分為面積相等的若干個(gè)小塊，分別測(cè)出每一小面積的中心的動(dòng)壓力Pdi，算出其速度Vi及平均速度Vp，再求得流量Q。（m/s）

第二十五頁，共29頁。式中F——管道面積（m2）D——圓形管道直徑（m）矩形管道一般(yībān)可分為16個(gè)或更多的小矩形面積（圖14-31a），圓形管道一般(yībān)可分為五個(gè)等面積圓環(huán)，依管道直徑的大小在每一圓環(huán)測(cè)定2點(diǎn)或4點(diǎn)（圖14-31b）。各測(cè)定點(diǎn)直徑分別為D1=0.316D，D2=0.548D，D3=0.707D，D4=0.837D，D5=0.949D圖14-29皮托管圖14-30用皮托管測(cè)定動(dòng)壓圖14-31動(dòng)壓測(cè)定點(diǎn)1.矩形管道2.圓形管道第二十六頁，共29頁。（二）壓力在風(fēng)筒壁上開孔接上壓力計(jì)，可測(cè)定此斷面的靜壓（圖14-27），也可用皮托管接入壓力計(jì)測(cè)定某一斷面的動(dòng)壓或靜壓，常用(chánɡyònɡ)V形管壓力計(jì)或微壓計(jì)。測(cè)定結(jié)果須經(jīng)換算才能得到風(fēng)機(jī)全壓P、靜壓Ps及動(dòng)壓Pd。換算方式在各種試驗(yàn)裝置上不同。1、動(dòng)壓Pd風(fēng)機(jī)動(dòng)壓Pd為風(fēng)機(jī)出口斷面C—C的動(dòng)壓，如已知流量為Q，則（1）進(jìn)氣試驗(yàn)裝置因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)管內(nèi)的動(dòng)壓是由靜壓的降低轉(zhuǎn)換而來的，所以風(fēng)機(jī)靜壓為出口斷面C—C的靜壓P