风机与压缩机第4章.doc

第四章轴流式通风机图4-1为轴流式风机,由集风器1,、叶轮2,、导叶3,、扩散筒4等组成。叶轮和导叶组成级,轴流通风机,因为压力较低,一般都用单级,例如低压轴流通风机在490Pa以下,高压轴流通风机一般在4900Pa以下。其特点:压力系数低ψ<,流量系数高φ=~,比转速高ns=18~90(100~500)(单级)全压效率高达η=90%以上,单向扩散筒的单级风机效率为83~85%。不过目前轴流风机逐渐向高压发展,例如国际上已造出动叶可调轴流通风机ΔP=14210Pa,许多大型离心式风机有被轴流式风机取代的趋势。图4-1轴流式风机§1基元级基元级上的速度三角形图4-2轴流式通风机的基元级轴流式通风机的基元级由叶轮和导叶所组成的。对于不同半径的圆柱面上,由于离心力不同,那么气流的参数是变化的,叶片沿叶高方向(径向)是扭曲的。为了研究不同半径上的流动,用一圆柱面去切开轴流式通风机,会得到圆柱面上的环形叶删,可以展开成平面叶栅,如图4-2所示,这种平面动叶和导叶所组成的叶栅,称为基元级与离心通风机一样,在动叶前后形成速度三角形:不过在圆柱面上:u1=u2=u,C1z=C2z=Cz,ρ1=ρ2=ρ(β2>β1,α2<α1)对于多级轴流风机,一般要求后导叶出口的流速C3和气流角α3等于叶轮前的状态C3=C1,α3=α1可以得出叶流前后平均的相对速度Wm及方向角βmβm=tg(Cz/Wmu) (4-1)Wmu=u–ΔWu/2–C1u (4-2)式(5-2)的推导可出图3-2b时:u=u1=u2 ΔWu=W1u–W2u=C2u-C1u=ΔCu (4-3)ΔWu或ΔCu称为相速。表征气流在叶栅的偏满阻力叶轮对气流所做的功由欧拉方程可以得到,叶轮叶栅给没kg气体的功率式理论压头为:Hth=1/g(C2uu2–C1uu1)由于u1=u2Hth=u/g(C2u–C1u) 通风机的理论全压力为:ΔPth=ρu(C2u–C1u) (4-5)考虑到损失,通风机全压效率为η,那实际通风机全压:ΔP=ρu(C2u–C1u)·η=ρuΔCu·η(4-6)或写成ΔPth=ρu(C2cosα2-C1cosα1) =ρuCz(ctgβ1–ctgβ2) (4-7)增加ΔPth的途径有三条:增加圆周速度u使β2>β1,Δβ=β2-β1称为气流转折角,使气流转折角大,会引起效率下降,一般Δβmax为40~50º增加Cz,使Cz≤30~40m/s(最大60m/s)单级轴流式风机增压不大,一般很少超过2150Pa三反应度和预旋轴流通风机的理论静压升为ΔPst=ρ(W12–W22)/2=ρ(W1u+W2u)(W1u–W2u)/2=ρWmuΔWuΔPth=ρuΔCu那么反对度Ω: (4-8)若u2,Cz,ΔCu不变,只改变C1u,也可以改变Ω。C1u称为气流预先旋转,简称预旋。这种预旋一般由前导叶完成:当C1u<0,为负预旋,C1u>0为正预旋§2轴流通风机的几种方案叶轮前设导叶叶轮前设导叶如图4-3所示。气流在前导叶中加速并产生预旋,在通风机中大部分C1u<0,而不采用C1u>0。叶轮出口的气流也为轴向,这样通风机压力系数高,反作用度Ω>1,Ω=~,C1u<0,ΔCu>0 (4-9a)效率η=~,由于流速高,效率较低,多用于要求风机体积尽可能小的场合。图4-3叶轮前设导叶叶轮后设置导叶这种方案在通风机中用的最广。气体轴向进入叶轮,从叶轮排出后,气流有一定的旋转,经后导叶后,气体轴向流出。如图4-4。(4-9b)其特点:反作用度Ω<1(~),可以用于压头较高的通风机,效率高η=~(可达90%),采用了可调动叶后,扩大了单机机使用范围。图4-4叶轮后设置导叶单纯叶轮级这种通风机制造方便,η=~,效率较低。叶轮前后都设置导叶是上述一、二的结合,Ω=1,η=~,实际上不多用,多用于多级风机上。多级轴流风机多用在体积受限制的高压风机。图4-5为三种轴流风机性能的对比图4-5轴流风机性能(1:前置导叶2:后置导叶3:单独叶轮级)选择通风机时用下列参数进行参考:ψ<,ns>(180)时,一般用单纯叶轮级;ψ=~,ns=~(115~180)时,叶轮加后导叶;ψ>,ns=~(80~115)时,采用前导叶;多级通风机的级数i (4-10)式中ut为叶轮外缘圆周速度。§3叶栅的空气动力学特性叶型和叶栅参数叶型和叶栅参数如下图4-6和图4-7。图4-6叶型参数图4-7叶栅参数图4-6所示叶型参数如下:b(或l):叶型弦长Cmax或C:叶型最大厚度:叶型相对厚度a:叶型最大厚度所在位置e:叶型最大弯度所在位置fmax:叶型最大弯度: