雙吸入離心式通風機結構設計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

雙吸入離心式通風機結構設計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】,說明書+CAD+SOLIDWORKS,吸入,離心,通風機,結構設計,說明書,仿單,cad,solidworks 畢業(yè)設計任務書 設計題目 雙吸入離心式通風機結構設計 院 (系) 機械工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 學 號 起迄日期 2014年2月17日 ~ 2014年6月13日 設計地點 校區(qū) 指導教師 職稱 講師 職稱 填寫日期: 2013年12月16日 任務書填寫要求 1．畢業(yè)設計任務書由指導教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)教研室審查、教研室主任簽字后生效； 2．任務書內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3．任務書內填寫的內容，必須和學生畢業(yè)設計完成的情況相一致，若有變更，應當經(jīng)過所在專業(yè)及院（系）主管領導審批后方可重新填寫； 4．任務書內有關“院（系）”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱。學生的“學號”要寫全號，不能只寫最后2位或1位數(shù)字； 5．在任務書內“主要參考文獻”一欄中，指導教師可列出必讀的參考文獻，但不能給出太多的參考文獻。“主要參考文獻”的填寫，應按照國標GB7714—87《文后參考文獻著錄規(guī)則》（見蘇科教通[2006]95號文件中的附件7）的要求書寫，不能有隨意性； 6．任務書封面上“起迄日期”是指從畢業(yè)設計開始到畢業(yè)設計答辯結束為止； 7．有關年、月、日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2006年9月25日”或“2006-09-25”。 1．畢業(yè)設計任務的內容和要求（包括技術要求、設計條件、工作要求等）： 1. 課題的意義 畢業(yè)設計要求學生正確運用和查閱與本課題相關的設計標準、規(guī)范、手冊、圖冊等技術資料，獨立地進行理論計算、結構設計、強度校核、繪制工程圖樣、編寫設計說明書及其相關研究報告，訓練和掌握機械產品設計的基本要求、基本方法、基本步驟，為走向工作崗位打下堅實的基礎。 本課題為“雙吸入離心式通風機結構設計”，通過畢業(yè)設計，著重了解和掌握雙吸入離心通風機的基本原理、組成結構、材料、強度計算、制造加工工藝、冷卻潤滑方式等內容。 設計參數(shù)如下： 全壓：；流量：；主軸轉速：；進氣壓力： ；氣體溫度： 介質：空氣介質密度為 2．任務要求 （1） 寫出開題報告； （2） 翻譯資料一份；內容要求與本課題技術領域相關，字數(shù)約為5000中文文字的外文資料。 （3）氣動性能計算，要求運轉平穩(wěn)、較高強度和耐磨性、高效低噪聲等； （4）結構設計，包括葉輪、機殼、進風口、傳動組、調節(jié)門等結構； （5）強度校核，完成風機主要零部件的強度校核，主要包括輪盤、葉片、主軸等； （6） 根據(jù)理論計算得出的結構參數(shù)，采用CAD軟件，完成成套的工裝圖紙，包括裝配圖和部分主要零件圖。要求所繪圖紙總量不少于3張A0。 （7）按畢業(yè)設計論文撰寫規(guī)范要求，撰寫一份50頁以上的畢業(yè)設計說明書。 3．知識體系要求： （1） 熟練掌握機械制圖國家標準規(guī)范；設計符合最新國家標準及行業(yè)標準； （2） 能正確運用CAD軟件，繪圖要求圖層分明（線型、線寬、顏色的設置）； （3） 掌握通風機的氣動計算、結構設計和強度計算等內容； （4） 掌握通風機理論設計的一般原則和計算方法； （5） 熟悉設計說明書的撰寫規(guī)范。 2．畢業(yè)設計應提交的成果（明細列出計算書、設計說明書、圖紙、計算成果、硬件實物、實驗報告及工作過程中應提交的材料等）： 1．開題報告一份； 2．翻譯資料一份； 3．所繪制的設計圖紙； 4．畢業(yè)設計說明書一份。 5．以上資料中具有電子文檔的部分集中刻制的光盤一張。 3．主要參考文獻： 1 張玉成，儀登利.通風機設計與選型.北京:化學工業(yè)出版社,2011 2 李慶宜.通風機.第1版. 北京:機械工業(yè)出版社,1981.9 3 商景泰.通風機實用技術手冊 北京:機械工業(yè)出版社,2005.4 4 成心德.離心通風機.北京: 化學工業(yè)出版社,2007 5 白樺，鮑東杰.流體力學 泵與風機.武漢: 武漢理工大學出版社,2008 4．畢業(yè)設計工作進度安排：（包括序號、起迄日期、工作內容）： 1．2014-2-17～2014-3-10 查閱資料，了解和掌握離心通風機的基本原理與結構形式、加工制造工藝、設計方法、生產使用現(xiàn)狀、技術關鍵等內容。撰寫開題報告和翻譯外文資料； 2．2014-3-11～2014-3-24 查閱相關資料，確定通風機總體設計方案，包括基本原理與組成結構等； 3．2014-3-25～2014-4-14 查閱相關資料，完成通風機結構與氣體動力學性能參數(shù)計算；完成通風機總體與部件結構設計 4．2014-4-15～2014-4-25進行關鍵零部件的強度計算與校核。 5．2014-4-26～2014-5-12完成結構部件圖與裝配圖的繪制； 6．2014-5-13～2014-5-26 撰寫設計說明書，20日上交畢業(yè)設計論文初稿。 7．2014-5-27～2014-6-9 整理完善所有畢業(yè)設計文檔資料，上交全部資料的打印稿和刻制光盤的電子稿。 8．2014-6-10～2014-6-13 畢業(yè)設計答辯準備，參加畢業(yè)設計答辯。 指導教師簽字： 教研室/系 主任簽字： 年 月 日 第22頁 離心式通風機設計說明書 摘要 本文通過對離心式通風機的設計理論的研究。提出了關于高壓離心通風機的相似設計理論方法和理論設計方法。用這種方法設計出的高壓離心通風機的結構進行了詳細設計，包括葉輪參數(shù)設計、進風口參數(shù)設計、傳動組結構設計和蝸殼支架參數(shù)科技，通過對各種典型風機設計的理論研究，以及根據(jù)鍛冶爐通風的要求，最后進行了高壓離心通風機的三維建模，并生成工程圖圖紙。 關鍵詞：離心機、結構設計  目錄 通風機結構設計 1 摘要 1 第一章 緒論 4 1.1研究背景 4 1.2通風機概述 5 1.2.1通風機的結構及主要部件 5 1.2.2離心通風機的工作原理 6 1.3國內研究現(xiàn)狀 6 第二章通風機的設計方法 9 2.1離心通風機的相似設計 9 2.1.1通風機的相似理論 9 2.1.2通風機的相似設計 9 2.2通風機的理論設計 11 第三章通風機結構設計 12 3.1 通風機葉輪參數(shù)設計 12 3.2 通風機進風口參數(shù)設計 14 3.3 通風機傳動結構設計 17 3.4 通風機蝸殼參數(shù)設計 18 第四章通風機零件的三維建模及裝配 20 4.1離心通風機零件的三維建模 20 4.2離心通風機的三維裝配 21 參考文獻 23  第一章 緒論 1.1研究背景 通風機是一種十分常見的流體機械設備，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；空氣調節(jié)設備和家用電器設備中的冷卻和通風等。目前，在我國各行各業(yè)的各類機械與電氣設備中，與風機配套的電機約占全國電機裝機量的60%，耗用電能約占全國發(fā)電總量的七分之一。隨著全球能源短缺問題的日益嚴重，節(jié)能環(huán)保越來越受到各國的重視。風機作為重要的耗能設備之一，如果能降低其能耗，開發(fā)新型的節(jié)能產品，必然會為國民經(jīng)濟帶來巨大的經(jīng)濟效益。 離心通風機是國民經(jīng)濟各部門廣泛應用的機器。據(jù)統(tǒng)計，在全國的總用電量中，通風機的耗電量約占10%。節(jié)約能源是我國的一項基本國策，也是我國今后長期的戰(zhàn)略任務。據(jù)相關調查資料表明，目前我國使用的風機的效率，多數(shù)比工業(yè)先進國家的同類產品的效率低5%-10%。因此提高離心葉輪機械研究和設計水平，對國民經(jīng)濟的發(fā)展及節(jié)約能源將產生重要的影響。 在火電廠中通風機是僅次于泵的耗電大戶，其耗電量約占機組發(fā)電總量的1.5%-3%，占廠用電的25%-30%左右，其運行費用己直接影響到電廠的經(jīng)濟性。目前離心式風機在我國電廠中占有較大比例，研究和改造離心式風機，提高其效率，對火電廠的節(jié)能增效具有重要意義。 前向高壓離心式通風機，如9-19、9-26系列風機，由于其輸出壓力高，因而廣泛用于鍛冶爐及高壓強制通風、物料、空氣輸送等。前向離心式通風機由于其葉片出口角和葉片曲率較大的結構特點，流動往往比后向風機更為復雜。尤其是在葉輪流道末段，前向鳳機總是不可避免的出現(xiàn)強烈的“射流一尾流’’結構、分離流動以及二次流等。這些流動往往是能量損失、振動和噪聲的重要來源之一。而在后向離心式通風機中，這些不利的流動一般可以得到的減弱甚至消除。因此，設計后向葉片代替前向葉片，減小流動損失，是提高風機的性能的可行路徑。 隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電廠在環(huán)境保護方面的壓力越來越大，于是電廠在鍋爐尾部加裝了除塵、脫硫、脫氮等設備；為了提高老電廠的熱效率，通常在鍋爐尾部加裝受熱面；有些電廠增加機組后，為了節(jié)省投資，從原鍋爐分流一部分煙氣來預熱制粉系統(tǒng)需要的新空氣，所有這些都增加了管道的阻力和系統(tǒng)的風量。類似的問題也多存在于煤礦業(yè)、建筑通風系統(tǒng)、紡織企業(yè)、鋼鐵企業(yè)、水泥生產和糧食儲存等社會生產的多個方面。為了滿足增大系統(tǒng)風量的需求，必須對風機進行更換或改造。更換新型風機雖然可以滿足需要，但是將導致耦合器、增速器、電動機的重新選型、一次性投資巨大，回報率低。對現(xiàn)有風機進行改造，不僅可以降低再投資需要的資金，而且可以減少新設備的占地面積，有利于設備的布置。目前，G4-73型通風機還普遍應用于300MW及以下的電廠機組和各類工礦企業(yè)中，對其進行研究改造將對這些企業(yè)的節(jié)能增效產生重大影響。 1.2通風機概述 離心通風機是應用面廣泛的一種通用機械，大至礦井通風、鍋爐引送風和化工流程，小至工業(yè)爐鼓風機以及空調、建筑物通風等無不采用通風機。精心設計制造和合理選用通風機，對節(jié)能和減小噪聲污染具有重要意義。 1.2.1通風機的結構及主要部件 如圖1.1所示，為常見的單吸離心式通風機的結構示意圖(雙吸主要結構類似)，其主要部件如下： 1一底板2一出風口 3一進風口(集流器)4一前盤5一葉片 6—蝴殼7—后盤 8—軸盤9—主軸 10—軸承座 11一帶輪 圖1.1 離心式通風機結構示意圖 (1)葉輪 由前盤4、葉片5、后盤7和軸盤8組成。葉輪是通風機的心臟。它由原動機直接驅動。葉輪是通風機將原動機的機械能轉換為氣體能量的唯一部件，它的尺寸、幾何形狀以及轉速等基本參數(shù)制約著氣體在葉輪中的流動特征，決定著通風機的流量、壓強升，以及流量與壓強升之間的關系。 (2)機殼 由出風口2、進風口3和蝸殼6組成。蝸殼是由蝸板和左右兩塊側板咬口或者焊接而成。其作用是收集從葉輪中出來的氣體，并引導至蝸殼的出口處，從而將氣體輸送到管道中或者排到大氣中去。有的通風機的蝸殼還可以將氣體的部分動能轉變?yōu)閴毫Α榱酥圃旆奖?，蝸殼一般都設計成等寬度截面。 集流器的作用是將氣體導入葉輪，其形狀要精心的設計和制作，以保證葉輪入口的氣流狀態(tài)良好。 (3)前導器 有的離心通風機還裝有前導器，它是由可調節(jié)的葉片制成，其作用是用改變葉片角度的方法，獲得不同的性能曲線，從而擴大通風機的使用范圍。 (4)擴散器 有的離心通風機出口處裝有擴散器，其作用是將出口氣流的部分動能轉變?yōu)閴毫?，從而減少出口處的動壓損失。擴散器一般是緊接蝸殼的出口，截面一般為方形或者圓形。 除此以外，離心式通風機一般還由傳動部件(如帶輪1、主軸9等)和支撐部件(底板1、軸承座10等)組成。 1.2.2離心通風機的工作原理 當葉輪旋轉時，離心通風機葉片之間的氣體受到離心力作用獲得動能(動壓頭)，從葉輪周邊排出，再經(jīng)過蝸殼的導向，使之流向通風機出口，這樣在葉輪中心部位就會形成負壓，外部氣流在壓力的作用就會源源不斷流入補充，從而使風機能排出氣體。電動機通過軸把機械能傳遞給風機的葉輪，葉輪通過旋轉把能量傳遞給空氣，在旋轉的作用下空氣產生離心力，空氣延風機葉輪的葉片向周圍擴散，此時，風機葉輪越大，空氣所接受的能量越大，也就是風機的壓頭(風壓)。 德國TLT公司利用計算機技術，結合公司多年的液壓式動葉調節(jié)技術的經(jīng)驗，設計了使用該種調節(jié)方式的軸流通風機，其各方面的綜合性能都是十分的優(yōu)良，運行效率可達83％-88％。此外該公司還研究了用于報價投標和設計選型方面的CAD系統(tǒng)，并取得了較好的實用效果。 此外，美國的西屋研究與發(fā)展中心、美國NASA的劉易斯研究中心利用CAD技術設計了許多型號的軸流通風機。 1.3國內研究現(xiàn)狀 目前國內通風機總的發(fā)展趨勢是：引進國外風機先進技術，在已有風機的基礎上，進一步研制高效率、低噪聲風機；改造和更新低效率、高能耗風機，并向防腐蝕、延長使用壽命和自動化方向發(fā)展。關于數(shù)值模擬方面，主要集中在模擬風機內部流場，并進行節(jié)能改造，清華大學的黃東濤提出了在離心風機葉輪設計中采用長短葉片開縫的新技術。這種技術綜合了長短葉片和邊界層吹氣兩種技術的優(yōu)點，能有效使氣流通過縫隙將葉片尾部緊靠吸力邊的漩渦帶走，改善葉輪通道內的流動。 王松嶺等基于標準 湍流模型，利用CFD對G4-73型離心式風機加裝防渦圈前后的風機內部三維流場動力學特性和泄漏損失進行了數(shù)值模擬。結果表明：與未加防渦圈的風機相比，加防渦圈后的風機集流器上部大尺度漩渦得到有效抑制、漩渦旋轉強度明顯降低，內部流場更均勻化，泄漏損失大大減少，全壓升高。 朱之墀提出了風機現(xiàn)代設計方法，根據(jù)改進的工程設計方法給出綜合性能較好的風機通道型線，然后數(shù)值模擬風機整機三維粘性流動，來分析比較其內部流場，為改進設計提供依據(jù)，同時進行優(yōu)化計算，好中選優(yōu)。他利用FLUENT軟件進行風機流場模擬，主要針對與葉輪流動有很大影響的一些葉輪氣動力參數(shù)，如前盤形狀、葉片型線、葉輪進出口寬度比、葉輪進口直徑與寬度比、葉輪出口角等進行改進。 關于葉輪進口流場的研究，王嘉冰認為不同的集流器型式將引起風機內部不同的流動狀態(tài)，對于錐弧形集流器，其喉部到葉輪進口的擴散段氣流脫離壁面容易發(fā)生邊界層分離，形成漩渦，使得葉道中的流動情況惡化；林世揚等采用激光多 普勒測速儀對集流器內部流場進行觀察，并運用變量輪換法以風機能量損失最小為目標函數(shù)對集流器流道進行優(yōu)化。對于離心風機葉輪進口前設置不同型式的入口導流器對流場的影響，大多集中在理論和實驗研究，國內尚沒有利用數(shù)值軟件開展不同型式導流器對風機流場影響的研究。 關于葉輪出口流場的研究，張莉等對無葉擴壓器流場進行模擬，發(fā)現(xiàn)葉輪后的無葉擴壓器內部不僅存在射流/尾流結構，而且尾流消失在無葉擴壓器內是一個衰減過程引，呈現(xiàn)出非定常流動特性。 馬勝遠等應用Fine/Design3D軟件，采用CFD方法對某一高壓比跨音速離心葉輪進行三維葉片型線優(yōu)化設計，分析結果表明離心葉片后彎角增大原則上可以提高壓比，降低效率，但是合理地設計葉型也可以在后彎角增大時提高效率。 邵衛(wèi)等采用商業(yè)CFD軟件FLUENT，利用單流體模型，對離心風機改造風機葉輪后蓋板中心處的傾角后的內部流場進行了三維數(shù)值模擬。結果表明，在葉片壓力面就能獲得很好的效果，壓力面對流體的做功增大，風機的整體性能得到很好的改善。 由于現(xiàn)有的設計體系均是在假定葉輪和靜止部件內流動相對定常的基礎上進行的，而忽略了葉輪機械內部流動固有的非定常性，因此目前的設計手段不能滿足發(fā)展要求。隨著CFD技術的成熟及計算機的發(fā)展，CFD技術更多地出現(xiàn)在研發(fā)過程中，Jong Sik Oh等人對壓比分別為8個離心葉輪進行了CFD結果可信性分析，結果表明，基于CFD技術的數(shù)值模擬研究方法是完全可信的，同時論證了基于時間相關方法比壓力修正的方法更適合與高速離心葉輪的流動分析。 有多位研究者都曾對帶分流葉片的離心葉輪機械內部流動進行過研究，發(fā)現(xiàn)在一些高壓比、高效率的離心葉輪中，使用分流葉片是非常普通的設計方法。在大量的設計調查中確認，采用分流葉片在進口段會減少葉片阻塞，使更高的質量流量可以流經(jīng)葉輪。實驗也表明分流葉片轉子的性能在跨音速區(qū)跟不帶分流葉片的葉輪一樣好，或者好于后者。清華大學、上海交大和西安交大等一些大學和科研院所已經(jīng)積極采用三元粘性理論取代一元和二元理論來設計和研制開發(fā)新型風機，并取得了顯著成果。  第二章通風機的設計方法 有關離心通風機的設計方法目前主要有兩種：一種方法是相似設計法，另外一種是理論設計法。本章將對這兩種設計方法做較詳細的介紹。 2.1離心通風機的相似設計 通風機的相似設計就是利用相似理論，在已有模型或者產品基礎上進行新產品設計的方法。相似設計可以利用現(xiàn)有的空氣動力學略圖和無因次性能曲線進行新產品設計；也可以利用已有的通風機將其尺寸按比例放大或者縮小，而性能則可按有因次性能之間的換算公式進行換算即可。 2.1.1通風機的相似理論 兩個通風機相似是指葉輪和氣體之間的能量傳遞過程以及氣體在通風機內流動過程相似，或者它們的同名物理量在任一對應點之比保持常數(shù)，這些常數(shù)稱為相似常數(shù)(或者比例常數(shù))。 相似理論所能解決的問題：通風機的研究，從本質上講就是研究通風機流道內的流體流動過程，其最大的特點是可以利用相似原理來解決以下的重要問題： 1) 一定轉速下的指定通風機的特性曲線，可以利用相似原理繪制出用無因次系數(shù)表示的特性曲線。這種特性曲線適用于在不同轉速下工作的同類型的通風機，即幾何形狀相似、尺寸大小不同的一系列風機。 2) 進行通風機的氣動力設計時，理論計算往往與實際結果有較大的誤差。利用相似原理我們可以選用已有的經(jīng)過實驗的高效率通風機或者模型來進行相似設計，以保證所需要的結果。 3) 無適當?shù)母咝曙L機可選用，必須進行新的設計時，可以利用相似原先制造模型，再根據(jù)模型試驗結果，準確地換算出實際機器的結果。 2.1.2通風機的相似設計 1) 相似設計的原理 所謂的相似設計其實就是依據(jù)兩個通風機相似，其比轉數(shù)必然相等的原理來進行設計的一種方法。假如設計參數(shù)(如壓力P、流量Q、工作介質等)用戶已經(jīng)給定，則首先應該計算出比轉數(shù)聆。的值，然后在各方面技術成熟的已有的性能良好的通風機中，尋找一個比轉數(shù)相同或者接近的作為模型機器，再依據(jù)該模型機器的無因次特性曲線和空氣動力學略圖，將模型機器的幾何尺寸應用相似理論按比例放大或者縮小，從而就可以得到與該模型機器相似的新通風機的幾何尺寸。 2) 相似設計的步驟 (1) 標準進氣狀態(tài)下，將給定的壓力換算成標準狀態(tài)下的壓力。 (2) 確定比轉數(shù) 。根據(jù)比轉速公式?jīng)Q定轉速和比轉速。一般選取n再決定。選取較高的n時，也較高，通風機的效率也就較高。但此時壓力系數(shù)較低， 較大，不利于降低噪聲和增加強度。選取較低的轉速n時，情況剛好相反。此外，如果要求通風機通過聯(lián)軸器由電機直接驅動或者葉輪裝在電機懸臂軸上，此時所選取的n必須為電機的轉速。 (3) 據(jù)已決定的通風機的比轉速。，選取比轉速與相等或者接近的某一類型的通風機。如果模型通風機的恰好等于，那么新通風機的工況點即為模型通風機的無因次性能曲線上的最高效率點。如果不相等，則應在比轉速曲線上找到與相等的點，則該點就是新通風機的工況點。 出新通風機工況點的全壓系數(shù) ，根據(jù)所要求的全壓計算出周速度。由于轉速n已經(jīng)確定，因而葉輪的直徑 也就確定了。 (4) 確定后，根據(jù)空氣動力學略圖決定通流部分的其他尺寸，包括葉片安裝角 和：以及葉片數(shù)Z。 (5) 如果計算出的比轉速過大，無適當?shù)耐L機用作模型時，可考慮采用雙吸離心通風機或軸流通風機。如計算出的比轉速過小，無適當通風機可選取時，可采用兩級離心通風機，但機器結構復雜化了。在上述兩種情況下，也可采用兩臺通風機并聯(lián)運行或串聯(lián)運行以滿足要求。 (6) 流部分的形狀和尺寸決定以后，進行新通風機的結構設計。必要時驗算部件的強度。 (7) 如果通風機的全壓大于2500Pa，需要考慮氣體的壓縮性。 (8) 如果設計的新通風機與模型的 。相差超過2-3倍，則要對壓力和效率進行修正。 (9) 如果擬選取的工況點離模型通風機的最高點太遠，為了提高設計工況點的效率，可以適當改變葉片的寬度，使工況點移至最高效率點。 相似設計方法比較簡單、可靠?？梢钥s短風機的設計周期，提高風機性能的可靠性，因而這種方法被廣泛使用。 2.2通風機的理論設計 設計風機時給定的條件主要有：全壓P、容積流量Q、工作介質及其密度p(或介質的溫度)，還有就是結構上的要求以及工作場合的特殊要求。 通風機的設計大致有以下幾個方面的要求： (1) 滿足所需的壓力和流量，且工況點應保證在最高效率點附近； (2) 效率曲線應平坦，且最高效率點要盡快的高； (3) 壓力曲線的穩(wěn)定工作區(qū)間要寬； (4) 結構不能復雜，工藝性要好； (5) 要有足夠的強度和剛度，確保工作安全可靠； (6) 調節(jié)性能好； (7) 噪聲低； (8) 通風機體積盡可能小，重量輕； (9) 保養(yǎng)維護方便。  第三章通風機結構設計 3.1 通風機葉輪參數(shù)設計 通風機的設計參數(shù)為：風機全壓P=2000Pa，流量Q=25000m3/h，進口壓力為Pa,進口溫度為300°，轉速1500rpm。 1．據(jù)給定的設計參數(shù)，如壓力P、流量Q，介質以及其進進口狀態(tài)等條件，可計算出比轉數(shù)， 式中n為葉輪轉速(轉/分)，如果設計時沒有給出要求，可進行初步的選定。然后根據(jù)比轉數(shù)的值來大致的確定通風機類型及葉片型式。如下： =2.7～12通風機(前向葉片) =3.6～12通風機(后向葉片) =16～17通風機(雙吸入或并聯(lián)) =18～36 軸流通風機 2．初選葉片的出口安裝角。據(jù)目前的實驗統(tǒng)計資料知，對于機翼形葉片，當。時效率比較高；葉片出口角與壓力系數(shù) 成線性關系，如圖2-1所示。 圖3.1葉片出口和壓力系數(shù)的關系 通過經(jīng)驗公式選擇出口安裝角 按照葉片出口安裝角的大小，可以把葉輪分為三種：后向式葉輪(<90。)，徑向式葉輪(=90。)和前向式葉輪(>90。)。 必須注意，葉片出口安裝角。不宜過度增加，因為的增大勢必使全壓中的動壓比例提高。氣體從葉輪流出的絕對速度增大將導致后續(xù)靜止部件中的損失增大，同時還會增大流動的擴散度導致效率下降。 3．根據(jù)所選的值由上圖可查的值，按下式計算葉輪的圓周速度的大?。? 一般有： =0.3～0.6 強后向葉片 =0.6～0.7 徑向葉片 =0.7～1.2 前向葉片 4．確定葉輪外徑，然后進行圓整。 葉輪外徑改變，將離心風機全壓、功率和效率的整體變化。受到離心風機蝸殼的限制，葉輪外徑的可增加量較小。而且葉輪外徑增大過多時，還將導致蝸舌間隙減小，風機噪聲增大等危害。 風機葉輪外徑增大可以提高風機性能，但是由于優(yōu)化時以不改變風機蝸殼結構為前提，葉輪外徑可增大的范圍相對較小。此外，風機葉輪外徑增大后，蝸舌間隙減小，會帶來離心通風機工作噪聲增大的副作用。如果增大過多，還可能導致葉輪與蝸舌間產生動靜碰磨，這樣將嚴重影響到離心通風機工作的安全性。 5．按照葉道中損失為最小的原則，據(jù)式(3-4)確定葉片進口直徑大小。 這里計算得=0.8m； 除上述幾個葉輪參數(shù)對離心通風機性能有較大影響外，還有葉片包角、葉片出口厚度、葉片沖角、葉輪前盤形式、輪轂形狀等因素，也都會對離心通風機性能產生一定影響。 但是氣流在離心通風機內流動是高雷諾數(shù)的三維湍流流動，風機的內部流場十分復雜，各結構參數(shù)之間也有著相互的影響。我們以上所述，都只是在風機葉輪的一個結構參數(shù)發(fā)生改變，而其他參數(shù)不變的情況下，分析其對離心通風機性能的影響。實際上，風機葉輪的所有結構參數(shù)相互作用對離心風機性能產生一個綜合的影響。通過對各主要因素的分析，有利于我們在對各因素影響綜合考慮的時候，抓住主要影響因素并加以改進，從而最終達到最佳的優(yōu)化效果。 3.2 通風機進風口參數(shù)設計 1．通風機葉輪進口直徑的確定。因為葉片進口一般要求稍有加速，所以常?。? 2．確定葉片數(shù)z。根據(jù)下式計算，然后進行圓整。 對z進行取整，z=14； 葉片數(shù)Z少時，柵距f增大，流道相對長度縮小，并增大了流道的擴散度，從而將在流道中形成漩渦，使效率下降。反之，葉片數(shù)過多時會導致氣流進入葉輪后受到過度收縮，并增大了氣流的摩擦損失，從而使效率降低。 葉片數(shù)z的選擇應保證有足夠長的流道，葉輪進口處因葉片的排擠所引起的收縮不應太大，同時摩擦面積也應恰當。在風機設計過程中，往往根據(jù)經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式計算，確定最佳葉片數(shù)。 合理的葉片數(shù)Z對風機性能有很大影響，根據(jù)?？孙L機理論[6]，離心風機的最佳葉片數(shù)只能由實驗來確定，而實際設計時往往是根據(jù)經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式計算得到。這樣雖然在保證葉輪效率的前提下簡化了設計流程，但不能準確的得到風機葉片數(shù)的最佳值。此外，葉片數(shù)Z的改變，也不會改變風機葉輪的外形結構，符合優(yōu)化前提。 3．確定葉片進口和出口的寬度 ，。 對于前向葉輪，就研究表明：當其比轉數(shù)=4.5-1 1.7時，葉片的進口寬度可按下面的范圍選?。? 當=0.25-0.35時， ； 當=0.35-0.5時， ； 當>0.5時， ； 假如采用平直前盤，則=. 假如采用錐形前盤，當一定時，盤傾斜角 不易過大。 對于后向葉輪，大都是采用弧形或者錐形前盤，一般按經(jīng)驗公式根據(jù)值的大小選取 的值。 驗研究表明：在不同的下，取值范圍如下： 當時， 當時， 求值大小。 從而葉片進口寬度為： 這里平直前板結構所以==0.48 葉輪出口寬度增大可以提高風機流量和全壓，并且不會產生噪聲增大和動靜碰磨的問題。但是，葉輪出口寬度增大也就意味著葉輪寬度b要相應增大，其可增大范圍受防渦圈結構的影響。而且葉輪寬度增大后，集流器的伸入度發(fā)生改變，需要對集流器進行改造，這也是違背優(yōu)化前提的。 4．確定葉片進口安裝角的值。 由流體連續(xù)性方程，按下式先計算出的大小。 先選擇，再進行驗算，根據(jù)速度三角形可得： 一般可取沖角i=±0-8°。，則 合理的選擇葉片進口安裝角，可以提高風機的全壓和效率。并且進口安裝角的改變，不會改變風機葉輪的外形結構，這符合優(yōu)化前提。另外，在不改變葉片葉型的情況下，即通過將葉片整體偏轉來改變進口安裝角也會使葉片包角和沖角相應變化。 5．對全壓P進行驗算。 風機進氣管道靜壓測點到風機入口之間的這段管道存在阻力損失，使測得的靜壓高于風機入口實際靜壓。這部分損失用幾。表示，計根據(jù)下式計算無限多葉片的實際壓力： 如果實際壓力P的大小與使用要求接近則行，否則就要修改相關參數(shù)(、Z等)，重新進行計算。 風機出氣管道的動壓采用皮托管測量，測量時由于氣體為粘性流體，受管道內流動附面層的影響，在圓形管道橫截面上不同半徑處氣體流速分布不均勻，管道中心處速度最大，而貼近壁面處的速度幾乎為零。在通風機性能實驗中，為了求得圓形管道橫截面上氣流的平均動壓，一般將截面管分成若干個面積相等的圓環(huán)，每個圓環(huán)又分成面積相等的兩部分，在這兩部分的分界線上測量動壓值。 6．葉片型線的繪制 離心通風機葉輪的主要參數(shù)如D1、D2、、、 、和z確定后，就可決定并能繪制葉片的形狀。 3.3 通風機傳動結構設計 計算風機所需的電動機功率： 通常選擇通風機電動機功率的方法是從滿足驅動通風機所要求的功率,并適當?shù)乜紤]安全儲備,即為安全、運行的目的,并未從電動機運行的節(jié)電、運行的經(jīng)濟性等問題來考慮。 國家標準《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(GBll9-87),通風機所配用的電動機,其功率應按下式確定: 式中P—電動機功率kw, K—電動機軸功率的安全系數(shù) Pz—電動機的軸功率,kw 一般離心式通風機K值選擇在1.3-1.5之間選擇。 所謂最佳負載率是針對某一目標列出的目標函數(shù),求出其約束條件下的最大值或最小值的負載率.當前只有以節(jié)電為原則的異步電動機效率最高時的最佳負載率〔‘,或稱為經(jīng)濟負載率。由于目標不同而會得出不同的最佳負載率。文中提出四類不同的最佳負載率是由低到高逐步完善合理的過程。 3.4 通風機蝸殼參數(shù)設計 蝸殼的作用是將離開葉輪的氣體集中，導流，并將氣體的部分動能擴壓轉變?yōu)殪o壓。目前離心通風機普遍采用矩形蝸殼，優(yōu)點是工藝簡單適于焊接，離心通風機蝸殼寬度B占比其葉輪寬度b2大得多，則氣流流出葉輪后的流道突然擴大，流速驟然變化。如圖3.2所示， 為葉輪出口后的氣流速度，為其氣流角(分量為和)，蝸殼內半徑為R處一點的流速為c，分量為和知，a為氣流角。 圖3.2通風機蝸殼 1．蝸殼高度B 蝸殼寬度B的選取十分重要，一般維持速度 在一定值的前提下，確定擴張當量面積,速度過大，通風機出口動壓增加，速度過小，相應葉輪出口氣流的擴壓損失增加，這均使效率下降。 如果改變B,相應需改變A使不變。擴張面積不變情況，從磨損和損失角度，B小A大好，因為B小,，流體離開葉輪后突然擴大，損失少。而且A大，螺旋平面通道大，對蝸殼內壁的撞擊和磨損少。 一般經(jīng)驗公式為： 低比轉數(shù)取下限，高比轉速取上限。 2. 蝸殼內壁型線實用計算 以葉輪中心為中心，以邊長 作一正方形。為等邊基方。以基方的四角為圓心分別以 為半徑作圓弧，而形成蝸殼內壁型線。其中 = = = = 等邊基方法作出近似螺旋線與對數(shù)螺線有一定誤差，當比轉速越高時，其誤差越大。可采用不等邊。 蝸舌尖部圓弧半徑r=(0.03-0.06)D=1.3 蝸舌與葉輪間間隙t=(0.05-0.10)D=0.8 蝸殼出口寬度C=(1.3—1.4)A=32 此處所用入口速度及轉速皆為根據(jù)經(jīng)驗給定的近似值，但因本文重點是比較兩種葉輪的流體動力性能差別，故只要兩種葉輪風機的邊界相同，對結果分析影響不大。  第四章通風機零件的三維建模及裝配 離心通風機零件三維模型庫的建立由于零件模型的結構設計是在零件三維建模的基礎上實現(xiàn)的，零件模型的完善程度也將直接決定整體結構設計的開發(fā)難度和工作量，因此在離心通風機零件三維建模時要充分考慮到結構實現(xiàn)，合理標注尺寸、建立約束。 4.1離心通風機零件的三維建模 離心通風機三維模型建立的第一步是建立每一類型離心通風機的零件模型，以此模型為樣板，從而在此模型的基礎上，根據(jù)相似設計原理，實現(xiàn)離心通風機的結構造型設計。模型建立的好壞直接影響到設計過程的實現(xiàn)，建模是后繼工作的基礎和保障。因此，零件的三維建模在本課題中占相當大的比重。 離心通風機必須滿足以下條件： 1．本風機是各系列離心通風機中的典型風機，具有此系列離心通風機的典型特點。 2．本風機具有此系列離心通風機的典型零部件結構。 在建立模型時，第一步：首先分析離心通風機的結構組成： 其設計組件由機殼組、進風口組、葉輪組、后蓋組、傳動組這五大組件組成。而每個組件又是由不同的零件來構成。如離心通風機的葉輪組件是由軸盤、后盤、葉片、前盤等不同的零件組成。 圖4.1通風機葉輪組三維模型 第二步：分析離心通風機中各零件的建?；鶞拭妗⒕€、點，利用SolidWorks三維建模功能將離心通風機各零件由二維工程圖紙生成三維零件模型，通過尺寸標注和施加相切、共線、垂直、對稱等關系實現(xiàn)特征的全約束，同時正確設立控制三維零件模型的設計參數(shù)。 4.2離心通風機的三維裝配 完整的離心通風機產品往往是由多個零件裝配而成的，在三維設計軟件SolidWorksqb除了可以構建真實零件的模型外，還具有按產品的要求，以一定的裝配關系將各模型零件裝配成一個完整產品的功能。 在SolidWorks中，零件裝配通過定義零件模型之間的裝配約束關系來實現(xiàn)。在實際環(huán)境中，零件裝配是將生產出來的零件通過一定的設計關系將零件組裝在一起，使裝配體能夠完成某項功能。零件之間的設計關系是零件裝配的關鍵，該設計關系將影響整個裝配體的結構和功能。在SolidWorksqb，零件之間的裝配約束關系就是實際環(huán)境中零件之間的設計關系在虛擬環(huán)境中的映射。SolidWorks的裝配模式主要提供了兩種基本設計方法：自頂向下(Top.DownDesign)和自底向上(Down.Top Design)的產品開發(fā)方法。 (1)由頂向下：該方法是先生成裝配體的布局關系，然后根據(jù)這種布局關系生成裝配零件，產品的設計條件、限制、規(guī)格等明確定義清楚后，將這些設計規(guī)范傳送到每一個子組件與零件中，以保持產品結構的一致性。因為在新產品的設計初期還不能細化到底層的各個零件，往往只有一個大概的設計輪廓，然后在設計過程中再逐步細化，在設計過程中生成所需要的各類零件。所以該方法比較適合新產品的丌發(fā)、大型組件的設計管理等。 (2)自底向上：該方法是先生成底層的零件，然后然后生成裝配體。在該設計模式中，先在零件模塊中構造各個零件的三維模型或者調用模型庫中已有的三維模型，然后在裝配模塊中建立零部件之間的聯(lián)接關系，通過配對條件在零部件之間建立約束關系來確定零部件在產品中的位置。對一些比較成熟的產品，采用該方法進行設計，效率會更高一些，避免了層層布置約束關系和設置限制條件。 對離心通風機的裝配采用自底向上的方法。因為離心通風機產品設計已經(jīng)是一個比較成熟的過程。其裝配基本上是系列化產品的裝配或替換，外構件和標準件較多，采用自底向上的裝配方法，簡化了裝配過程，加快了設計速度。在裝配零部件時，由零件三維模型裝配成組件模型，然后由各組件模型裝配成離心通風機總裝圖。 基于產品零件特征模型進行裝配模擬，主要考慮裝配信息和裝配順序，將 裝配信息按照裝配順序聚合而成產品的裝配總體。 裝配信息包括：零部件之間的裝配層次(零部件之間的裝配約束以及裝配件的幾何信息)。裝配約束是將零部件固定在組合件里面的限定條件。為了完全約束裝配元件，通常采用不同的約束條件組合的形式來把零件的6個自由度完全限定。在SolidWorks中間建立裝配關系是用插入、貼合、平面和基準面對齊、坐標系各個軸相互對齊等約束命令將所有的零部件按要求裝配在一起。對于裝配的幾何信息，采用了SolidWorks提供的方法主要是對已經(jīng)建立的零件模型特征信息進行分析處理。 裝配順序受部件中包括的零部件、外構件、標準件及零件所處的層次及裝配體內約束的影響。裝配規(guī)劃的主要依據(jù)是拆卸法，即設想裝配體已經(jīng)裝配好了，在根據(jù)裝配體中零部件的配合關系，一個一個的將它們拆卸下來。具體的講是先分析裝配體中有幾何約束關系的零件及子部件，對不存在約束關系的零部件，參考常規(guī)安裝經(jīng)驗和相關知識來確定合理的裝配順序。這樣就以裝配約束關系為基礎，按照裝配體的層次關系，增加零件的順序約束，完成各級裝配信息的聚合。利用裝配中所用的各種裝配概念，進行基于特征模型的離心通風機裝配模擬，并進行相關的分析，使設計者能夠在設計階段完成設計合理性的檢查。 下面以圖4.2所示的離心通風機傳動組為例說明其裝配過程。傳動組分解視圖可看出傳動組由軸承座、軸承蓋、軸承側蓋、軸承、墊圈、主軸等零件構成。由于采用自底向上的裝配方法，預先構造出了傳動組各零件的三維模型，在裝配過程中可直接調用已生成的零件三維模型。 圖4.2離心通風機整體裝配圖  參考文獻 [1] 王嘉冰，區(qū)穎達等．空調風機葉道內旋渦流動分析及進氣口偏心的影響．工程熱物理學報，2005，26(6)：95 1—953． [2] 李景銀，田華等．葉片開縫的離心風機流場的研究．工程熱物理學報，2009，30(12)：2028．2030． [3] 毛義軍，祁大同等．葉片與蝸舌耦合對離心風機性能和旋轉噪聲影響的數(shù)值研究．應用力學學報，2006，23(3)：368．372． [4]馬健峰，袁民建等．不等距葉片離心風機氣動噪聲的數(shù)值與實驗研究．噪聲與振動控制，2008，3：100-103． [5]Zhang M.J．Pomfret M.J．，and WongC.M.Three—dimensional viscous flow simulation in a back—swept centrifugal impeller at the design point．Computers&Fluids，1 996，25：497.507． [6]Miner S．M．．Evaluation of bladepassage analysis using coarse嘶ds．ASME J．FluidsEng．，2000，122：345—348． 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