軸流通風機的工程設計方法

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軸流通風機的工程設計方法簡介
     風機是量大面廣的通用機械產品;風機是利用一個或多個裝有葉片的葉輪的旋轉與氣體或空氣的相互作用來壓縮和輸送氣體或空氣的流體機械;風機是透平壓縮機……
軸流通風機的工程設計方法正文
    

風機是量大面廣的通用機械產品;風機是利用一個或多個裝有葉片的葉輪的旋轉與氣體或空氣的相互作用來壓縮和輸送氣體或空氣的流體機械;風機是透平壓縮機、透平鼓風機和通風機的總稱。


在進口壓力和溫度分別為101.3kPa和20℃、相對濕度為50%的標準空氣條件下,全壓小於等於30kPa的風機稱為通風機。


通風機主要有離心式和軸流式兩大類。


在軸向剖面上,在葉輪中氣流沿著半徑方向流動的通風機為離心通風機;離心通風機為軸向進氣徑向排氣。在軸向剖面上,氣流在旋轉葉片的流道中沿著軸線方向流動的通風機為軸流通風機;軸流通風機為軸向進氣和排氣。

通風機名稱 代碼 單位質量功 y kJ/kg 最大壓力pmax(用於標準空氣) kPa 分類 說明 低壓 L 0<y≤0.6   0.6<y≤0.83   0.83<y≤1.33   1.33<y≤1.67 0≤pmax≤0.7   0.7<pmax≤1.0   1.0<pmax≤1.6   1.6<pmax≤2.0 0 1 2 3 忽略通風機內空氣密度的變化 中壓 M 1.67<y≤3   3<y≤5.25   5.25<y≤8.33 0.7<pmax≤1.0   3.6<pmax≤6.3   6.3<pmax≤10 4 5 6 空氣密度的變化是否忽略,取決於所要求的精度 高壓 H 8.33<y≤13.33   13.33<y≤18.67   18.67<y≤25 10<pmax≤16   16<pmax≤22.4   22.4<pmax≤30 7 8 9 不可忽略通風機內空氣密度的變化 透平壓縮機   >25 >30    


相比較而言,離心通風機壓力大、流量小;軸流通風機壓力小、流量大。軸流通風機的分類如下:


1)按壓力分類


GB/T 19075-2003/ISO 1334.9:1999《工業通風機辭彙及種類定義》中指出:


低壓通風機的壓比低於1.02,參考馬赫數小於0.15。當處理標準空氣時,其壓升小於2kPa。


中壓通風機的壓比大於1.02而小於1.1,參考馬赫數小於0.15,對應壓升為2kPa至10kPa。


高壓通風機的壓比和壓升大於上述值。


標準進一步指出:通風機葉輪依據其圓周速度將產生或高或降的壓力,並定義了各種“通風機類型”的壓力範圍,即各類通風機在最高效率和最高轉速時,通風機的壓力不低於下表1-1中給定的值。在任何情況下,被定義的通風機壓力應不超出通風機在最高轉速時所產生的最大壓力的95%


2)按輪轂比分類


按照輪轂直徑與葉輪外徑之比即輪轂比,軸流通風機有低壓、中壓和高壓型式之分,這表示在給定的流量下,軸流通風機所產生的壓力是低的、中等的或高。若輪轂比低於0.4則認為是低壓(或低輪轂比)型軸流通風機,輪轂比大於0.71時,則認為是高壓(或大輪轂比)型軸流通風機,輪轂比介於0.4~0.71之間的則被認為是中壓(或中輪轂比)型軸流通風機。


3)按用途分類


軸流通風機應用廣泛,按用途分主要有:


礦井軸流通風機:用於礦井主卷道通風的為礦井主軸流通風機(主扇);用於礦井採掘工作面等局部區域通風的為礦井局部軸流通風機(局扇).


電站軸流通風機:用於火力發電廠為鍋爐配套的軸流通風機,有送風機、引風機等。


紡織軸流通風機:用於紡織車間通風換氣.


隧道軸流通風機:用於隧道通風換氣。


消防排煙軸流通風機:高層建築消防排煙之用。


冷卻塔軸流通風機:與機力通風冷卻塔相配套使用。


空冷器軸流通風機:與石油化工行業大量使用的空氣冷卻器相配套;是空氣冷卻器重要組成部分。


一般用途軸流通風機:用於工廠和建築物通風換氣或採暖通風。


特殊需用的軸流通風機:如艦艇、氣墊船、內燃機車等使用的軸流通風機。


還有其它用途的軸流通風機,這裡不再一一敘述。


4)按材質分類


可分為金屬和玻璃纖維增強塑料(俗稱玻璃鋼)軸流通風機。


玻璃鋼為現代複合材料的“元老”,具有輕質高強、耐疲勞、抗腐蝕、易成型等特點。在排送腐蝕性工業氣體和潮濕空氣上,玻璃鋼風機得到了廣泛地應用。


5)按調節方式分類


現代軸流通風機性能的最佳調節方式主要是通過調節葉輪葉片安裝角度和調節葉輪轉速實現,因此有調角風機和調速風機之分。在轉速給定時,葉片安裝角可以停機人工逐一調節或通過某種裝置工人同步調節,亦可以在不停機時通過某種裝置同步自動調節。調節葉輪轉速是在葉片最佳安裝角的情況下,通過某種裝置或分級調速或無級調速。調角或調速風機適於變工況條件下選用。


6)按工作空間(或功能定義)分類


空氣循環器或自由風扇:此種風機在自由空間工作,如民用的落地扇、台扇和吊扇等。


隔板安裝的軸流通風機:此種風機安裝於隔板或牆壁上,將空氣從一較大空間或自由空間輸送到另一較大空間或自由空間.


射流式軸流通風機:用於在一個空間內產生空氣射流,且不與任何管道相連接的軸流通風機.


管道軸流通風機:此種風機與管道(網)系統相連接並在管道內工作;氣流沿風機的軸線方向流入和排出,使其在管網內獲得輸送。


管道軸流通風機由於有不同的結構型式而有不同提法,了解並弄清楚其不同含意,對於管道軸流通風機設計很重要。1.2.1風機本體


軸流通風機本體由葉輪和導葉組成;其中導葉可以是前導葉,亦可以是后導葉,還可以是前、后導葉。


軸流通風機本體亦稱作軸流通風機的級,還可稱作軸流通風機的空氣動力略圖,簡稱氣動略圖。


軸流通風機的氣動略圖有多種型式。對於普通軸流通風機(與子午加速軸流通風機相比較而言),主要有:


單級:單葉輪(R)


葉輪+后導葉(R+S)


前導葉+葉輪(P+R)


前導葉+葉輪+后導葉(P+R+S)


雙級:葉輪+中導葉+葉輪+后導葉(R+C+R+S)


前導葉+葉輪+中導葉+葉輪+后導葉(P+R+C+R+S)


Ⅰ級葉輪+Ⅱ級葉輪,對旋(RⅠ+RⅡ)


上述略圖如圖1.1(a)~(g)所示。


圖1.1普通軸流通風機常見的氣動略圖


1.2.2風機裝置


軸流通風機裝置是風機本體、電動機和輔助設備的總稱。輔助設備包括進氣箱、集流器、頭罩、擴壓器、擴散塔、消聲器等,並按需要配置。


典型的軸流通風機裝置如圖1.2所示。


圖1.2軸流通風機裝置示意圖


各組成部件的功能簡述如下:


——葉輪


吸收電動機提供的能量並對氣流做功,是軸流通風機的“心臟”。對於管道軸流通風機,由於葉輪前後的管道截面不變,氣流的軸向速度不發生變化,葉輪的作用是使氣流的壓力提高。葉輪由輪轂和一定數量的葉片組成。每個葉片如同旋轉的機翼。為了更好地發揮葉片的作用,輸送空氣時應具有最小的摩擦損失、氣流分離損失和二次流損失等,從而提高葉輪的工作效率。


——導葉


氣流通過葉輪時,由於葉片旋轉的誘導作用,使氣流產生與葉輪旋轉方向相同的旋流(誘導)速度。設置前導葉,就是讓氣流通過它可預先產生一個與葉輪旋轉方向相反的旋流速度(或稱予旋速度),此旋流速度與葉片誘導的旋流速度相抵消,從而使氣流形成單一的軸向流動。由於予旋速度的產生,所以通過前導葉片的氣流為加速減壓過程。此外,通過改變前導葉的安裝角度,尚可在變工況時起到調節流量的作用。后導葉一是可以消除流經葉輪后產生的氣流的旋轉,保證氣流的單一軸向運動;二是把氣流的旋轉動能轉變為壓力能,提高風機效率。由於旋流速度的消失,所以通過後導葉的氣流為一減速加壓過程。


——集流器與頭罩


集流器與頭罩相結合,對於改善和保證均勻的入流條件、提高風機效率十分重要。


——擴壓器


通常是包含中間整流體的環形擴壓器,是用來回收出口動壓並轉變為靜壓、進一步提高軸流通風機裝置靜壓效率的重要措施。


1.2.3管道軸流通風機的進口與出口


對管道軸流通風機上游進口和下游出口邊界做出嚴格規定有利於風機或風機裝置的設計及其性能的標定。


管道軸流通風機的進口指的是風機進口法蘭處;若進口帶有輔助設備、如集流器或進氣箱等,則輔助裝置的進口法蘭處就是風機(裝置)的進口。管道軸流通風機的出口指的是風機出口法蘭處;若出口帶有輔助設備、如擴壓器或擴散塔等,則輔助設備的出口法蘭處即為風機裝置的出口。

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