离心式鼓风机设计(毕业论文)（可编辑）

重庆大学本科学生毕业设计(论文)离心式鼓风机设计学生:***学号:******指导教师:校外指导教师:专业:热能与动力工程重庆大学动力工程学院二O一一年六月GraduationDesignThesisofChongqingUniversityDesignofCentrifugalBlowerUndergraduate:*****Supervisoratschool:A.P.LiuyudongSupervisoroutofschool:ZhangXueqinMajor:thermalandpowerengineeringCollegeofPowerEngineeringChongqingUniversityJune2021摘要在设计条件下,风压为30kPa~200KPa或压力比e1.3~3的风机叫鼓风机。鼓风机的用途非常广泛,根据其不同成效,鼓风机应用于生产、生活中多个环境中。它大量运用于冶金、化工、化肥、石化、食品、建材、石油、矿井、纺织、煤气站、气力输送、污水处理等各工业部门。其中,在污水处理中,运用最多的鼓风机有离心式鼓风机和罗茨鼓风机。本文设计的离心式鼓风机主要运用于污水处理,根据给定的的设计参数:进气压力1?f/?A,温度20℃,相对湿度80%,进气流量100m3/min,排气压力0.7?f/?G以及污水处理厂的实际情况,进行热力计算及其结构设计。首先确定压力比,根据压力比来确定所设计的鼓风机的段数。当压力比3时,其段数为1。因为本次设计压力比为1.763,故鼓风机的段数为1。其次对气体的物性参数进行计算,算出湿空气的气体常数和定熵指数。再次,运用效率叠加法,主要根据徐忠编写的离心压缩机原理一书,对吸气室、叶轮、扩压器和蜗壳进行详细设计计算。最后,对叶轮轮盘和叶片进行强度校核,画出叶轮、蜗壳结构图及鼓风机总图,并对鼓风机的喘振和噪声进行分析。通过上述工作,最后得到了多变效率为78.51%,叶轮叶片为长短叶片的单级曝气离心式鼓风机。关键词:离心式鼓风机,污水处理,设计计算,噪声,喘振ABSTRACTInthedesignconditions,thewindpressureis30kPa~200KPaorcompressionratioe1.3~3calledtheblowerfan.Theuseofawiderangeofblowers,accordingtoitsdifferenteffects,blowersusedinallaspectsofproductionanddailylife.Itusedalargenumberofmetallurgical,chemical,fertilizer,petrochemical,food,buildingmaterials,petroleum,mines,textile,gasstations,pneumaticconveying,sewagetreatmentandotherindustrialsectors.And,insewagetreatment,theuseofmostoftheblowerisRootsblowersandcentrifugalblowersInthedesign,useingthegivendesignparameters:Inletpressure1kgf/mA,Temperatureof20°C,80%relativehumidity,Intothegasflow100m3/min,Dischargepressure0.7kgf/mGandtheactualsituationofsewagetreatmentplantstothethermodynamiccalculationandstructuraldesign.Firstdeterminethepressureratio,accordingtothedesignpressureratiotodeterminethenumberofsegmentsoftheblower.Whenthepressureratio3,thenumberofsegmentsis1.Becauseofthisdesignpressureratioof1.763,sothenumberofsegmentsis1.Secondly,thephysicalparametersofthegasiscalculated,calculatethegasconstantofmoistairandfixedentropy.Again,theuseofefficientsuperpositionmethod,mainlyuseingprinciplesofcentrifugalcompressorwhichXuZhongwrittentothesuctionchamber,impeller,diffuserandvolutedetaileddesigncalculations.Finally,theimpellerwheelandbladestrengthcheck,drawtheimpeller,volutesThroughthisworktructureandgenerallayoutblower,andblowersurgeandnoiseanalysisThroughthiswork,finally,thesingle-stageaerationcentrifugalblowerwhichtheVariableefficiencyis78.51%withlongandshortimpellerbladecomeout.Keywords:centrifugalblowers,sewagetreatment,designcalculations,noise,surge目录中文摘要 ⅠABSTRACT Ⅱ1绪论 11.1离心式鼓风机开展史 11.2离心式鼓风机的研究现状 11.3课题研究的环境背景 21.4课题研究的根本内容 32离心式鼓风机的根本原理 42.1离心式鼓风机原理及工作过程 42.2离心式鼓风机根本结构 52.2.1转子 52.2.2静子 52.3离心式鼓风机关键参数 62.4离心式鼓风机设计方法 73离心式鼓风机具体设计计算 83.1热力计算及结构参数设计 83.1.1气体的物理参数 83.1.2流量计算 83.1.3压力比确实定 83.2叶轮设计 93.2.1叶轮主要参数的设计计算 93.2.2叶轮的详细计算 103.3进气室设计 143.4扩压器设计 143.5蜗壳设计 173.6轴耗功率计算 183.7多变效率校核 193.8叶片数校核 204强度校核 214.1轮盘的强度校核 214.1.1轮盘分段 214.1.2附加厚度计算 234.1.3轮盘应力的计算过程 244.2叶片强度校核 265离心式鼓风机喘振和噪声分析 285.1理想是鼓风机喘振现象分析 285.1.1喘振的定义 285.1.2喘振产生的原因 295.1.3喘振现象的表现 295.1.4喘振的消除措施 295.2离心式鼓风机噪声分析 305.2.1离心式鼓风机噪声的产生 305.2.2鼓风机降噪的主要措施 316结论 35致谢 38参考文献 39附录 401绪论1.1离心式鼓风机的开展史勤劳的中国人民在很早以前就懂得了离心式风机的原理。在东汉初年,南阳太守杜诗就设计并制造了一种水力鼓风机用于冶金铸造业。它是用水转动水轮,通过一系列的曲轴、连杆、往复杆装置,把圆周运动转化为拉风箱的直线运动。它包括动力系统、传动系统和工作系统,具有真正机器的主要特征。不仅如此,把这种操作程序反过来,就是蒸汽机活塞的直线往复运动向圆周运动的转换。我国冶金最初用的是冶金皮囊,战国时已有四囊。汉代用“马排〞、“牛排〞以至杜诗的水排。宋代已有类似于手风琴的木风扇。这是一种有自动阀门的风箱。特别是到了明末,已出现了活塞式鼓风机。但是由于近期封建地主的长期统治和一百多年来帝国主义和官僚资本主义的残酷压榨,使我国人民的才能和智慧得不到开展,造成了我国的贫穷落后。解放前,离心式鼓风机的制造工业和和其他工业一样非常落后,除了沿海大城市还能生产少量外,根本谈不上离心式鼓风机的生产。新中国成立以来,随着社会主义经济的开展,离心式鼓风机制造业也从无到有得到了迅速的开展,除了各大汽轮机厂外,还有许多鼓风机专业生产厂,如沈阳鼓风机集团,陕西鼓风机集团、重庆通用集团等可以生产各种规格的工业压缩机和鼓风机。压缩机和鼓风机的理论研究和设计工作都取得了很大进展。除了自行设计外,还从国外引进技术,推动了我国工业压缩机和鼓风机事业的开展。目前我国从通风机、鼓风机到高压离心式压缩机、各种规格的轴流式压缩机都能生产,并为进一步的开展打下了坚实的根底。所以,我们有理由相信在以后的日子,随着国力的增强,自主创新能力的提高,国产鼓风机的开展会越来越好。1.2离心式鼓风机的研究现状离心式鼓风机的开展得益于许多学科开展和科技进步的成果,随着当代科学技术的突飞猛进,离心式压缩机无论是在性能上还是在平安可靠性上都获得了很大的提高。随着气动力学三元流动理论的开展,离心式鼓风机的气动设计方法、计算分析软件日臻成熟并推广应用,鼓风机理论得到深入研究,使当代的离心式压缩机具有先进的热力和气动性能;转子动力学的进步提高了压缩机的可靠性,机械制造业的现代化,保证了压缩机的先进设计性能和可靠性;轴端密封技术的不断进步,如干气密封的开展,有可能摒弃密封油系统;新型轴承的出现,特别是当前气体轴承、电磁轴承的开展,在不久的将来,很可能在支撑系统中摒弃滑油系统;故障诊断学的新成果为故障的诊断与排除提供了重要的手段;控制理论和计算机技术的新开展,先进的压缩机性能控制、防喘控制和运行监控系统的采用,更大程度上提高了压缩机的运行平安可靠性等。在国外,随着“三元流动理论〞在离心式压缩机和鼓风机设计上的应用,设计制造了曝气用的单级高速离心式鼓风机,由于它具有体积小、重量轻、效率高、节约能源、性能调节范围广泛,自动化水平高等特点,已取代了多级、低速离心式鼓风机,并得到广泛应用。当前,国外一些著名的风机制造厂家,如美国的英格索兰、德国的德马克、瑞士的苏尔寿、日本的川崎重工等公司,在设计理论上,采用国际先进的三元流动设计理论,随着科技进步的飞速开展,并将在航天领域的磁力轴承技术,应用在离心式压缩机和鼓风机产品上,采用电子控制系统对磁力装置进行监控,提高了机组运行可靠性。比拟有名的有瑞士苏尔寿公司制造的V112型双级离心式鼓风机,美国英格索兰公司的X?FL0混流式鼓风机,德国德马克公司的SEZ、KG两个系列的单级高速离心式鼓风机。在国内,2002年,鼓风机得到了开展,浙江杭州德尔风机,制造了不用电的风机,采用不锈钢材质,利用空气对流的原理到达通排风的效果,取名长林东无动力屋顶通风器(又名无动力鼓风机),属于新型环保节能风机。近期,重庆通用公司生产的单级高速离心式鼓风机,其主要性能指标到达了国际同期先进水平,是国内目前更平安,更环保的新型设备。该产品的成功研发,打破了曝气风机长期为进口产品所垄断的格局,为尽快实现污水处理主要设备的国产化替代进口,降低用户的投资和运行本钱提供了有力的支撑,为我国环保事业的开展做出了重要奉献。本次设计的离心式鼓风机为单级离心式曝气鼓风机,主要运用于污水处理厂曝气。目前污水处理厂常用的鼓风机有罗茨鼓风机和离心鼓风机,鼓风机的能耗在污水处理中占很大的比例,是污水处理厂中的重要设备。合理的选型设计及配置、使用,对污水处理厂的正常运行,节约本钱有重要的意义。下表为罗茨风机和离心式鼓风机的综合性能比拟:罗茨风机与离心式鼓风机比拟比拟内容 罗茨风机 离心式鼓风机效率 效率低、能耗高 效率高,能耗低噪声 本机噪音在90dB以上 本机噪音在85dB以下风量调节 通过调节转速法和旁路放风阀法来调节风量风压,调节范围小 通过调节导叶片角度来调节风量风压,调节范围45%-100%设备占地 设备占地大,所需鼓风机房面积大 设备占地、所需鼓风机房面积比前者小安装 设备重量大,需配备大型起吊设备,安装工程复杂,费用高 设备重量较大,需配备起吊设备,安装工程比前者简单维护 维护工作量较大 维护工作量较小从表中可知,罗茨鼓风机因为噪音较大,效率比离心风机要低,但是在小流量时相对离心鼓风机有价格上的优势。所以在污水处理厂中罗茨风机一般适用于池深较浅,需要的风量和风压较小的情况。目前多用于曝气沉砂池和滤池反冲洗的供气上使用。而离心鼓风机在大气量时相比罗茨鼓风机不仅效率高,而且噪音小,性能可靠,结构简单,体积小,节约能源,维护方便等。所以在生化池曝气供氧中目前多采离心风机。1、查询最新研究资料,了解离心式鼓风机结构和工作原理及其在各方面的运用;2、根据鼓风机设计参数:进气压力1?f/?A,温度20℃,相对湿度80%,进气流量100m3/min,排气压力0.7?f/?G进行热力计算,计算出电机功率;3、设计出鼓风机气流通道结构参数,包括进气通道、二元流叶轮、扩压器、蜗壳;4、熟悉使用YaoCCAD,绘出气流通道结构图及鼓风机总图;5、对离心式鼓风机噪声和喘振问题的一些分析。设计中的重点内容:根据鼓风机的设计参数,运用效率法进行多种方案的热力计算,选择出最正确方案。2离心式鼓风机根本理论2.1离心式鼓风机原理及工作过程在国民经济的许多领域,特别是在采矿、石油、化工、制冷、动力和冶金等部门中广泛使用鼓风机来输送气体和提高气体的压力。图1.1为单级离心式鼓风机示意图,离心式鼓风机的工作原理跟离心式压缩机的相似,它主要依靠旋转叶轮与气流间的相互作用力来提高气体压力,同时使气流产生加速度而获得动能,然后气流在扩压器中减速,将动能转化为压力能,进一步提高压力。在压缩过程中气体流动是连续的。它广泛用于各种工艺过程中输送空气和各种气体,并提高其压力。离心式鼓风机是一种叶片式旋转机械,它利用叶片和气体的相互作用,提高气体的压力和动能,并利用相机的通流元件使气体减速,将动能转变为压力的提高。它的工作过程是当电机转动带动风机叶轮旋转时,叶轮中叶片之间的气体也跟着旋转,并在离心力的作用下甩出这些气体,气体流速增大,使气体在流动中把动能转换为静压能,然后随着流体的增压,使静压能又转换为速度能,通过排气口排出气体,而在叶轮中间形成了一定的负压,由于入口呈负压,使外界气体在大气压的作用下立即补入,在叶轮连续旋转作用下不断排出和补入气体,从而到达连续鼓风的目的。同等功率下,风压和风量一般呈反比。同等功率下,风压高,风量就会相对低,而风量大,风压就会低些,这样才能充分利用电机的成效率。图1.1单级离心式鼓风机示意图2.2离心式鼓风机根本结构离心式鼓风机零件很多,这些零件又根据他们的作用组成各种部件。我们把离心式鼓风机中可以转动的零件统称为转子。不能转动的零部件称为静子。2.2.1转子转子是离心式鼓风机的主要部件。它是由主轴,叶轮和平衡盘等组成。(1)叶轮叶轮也称为工作轮。它是鼓风机中最重要的一个部件。气体在叶轮叶片的作用下,跟着叶轮作高速旋转。而气体由于受到旋转离心力的作用,以及在叶轮里的扩压流动,使气体通过叶轮后的压力得到了提高。此外,气体的速度能也同样是在叶轮里得到了提高。因此,可以认为叶轮是使气体提高能量的唯一途径。叶轮按照结构形式可以分为开式、半开式和闭式三种,在大多数情况下,后两种叶轮在鼓风机中得到了广泛的运用。叶轮根据弯曲形式不同,分为前弯式、后弯式和径向式三种。前弯式叶轮由于效率低,在鼓风机中不采用,仅在通风机中采用。工业压缩机和鼓风机普遍采用后弯式,它又分为一般弯曲和强后弯式两种。叶轮根据加工方法不同可以分为铆接型、焊接型和整体型,铆接型叶轮分为一般铆接和整体铆接。(2)主轴主轴上安装所有的旋转零件,其作用就是支持旋转零件及传递转矩。主轴的轴线也就是确定各旋转零件的几何轴线。主轴是阶梯轴,以便于零件的安装。各阶段突肩起轴向定位作用,也可以用光轴,因为它又形状简单、加工方便的特点。静子中所有零件均不能转动。它是由机壳、扩压器、蜗室和密封等组成。(1)机壳机壳也称为气缸。机壳是静子中最大的零件。它通常是用铸铁或者铸钢浇铸出来的。对于高压离心式压缩机,都采用圆筒行锻钢机壳,以承受高压。机壳一般有水平中分面,以便于装配。上下机壳用定位销定位,用螺栓连接。下机壳装有导柱,便于装拆。轴承箱与下机壳分开浇铸。吸气室是机壳的一局部,它的作用是把气体均匀的引入叶轮。吸气室内常浇铸有分流肋,使气流更加均匀,也起增加机壳刚性的作用。(2)扩压器气体从叶轮流出时,它具有较高的流动速度。为了充分利用这局部速度能,常常在叶轮后面设置了流通面积逐渐扩大的扩压器,用以把速度能转化为压力能,以提高气体的压力。扩压器一般有无叶扩压器、叶片扩压器、直壁扩压器等多种型式。(3)蜗壳蜗壳的主要目的是把扩压器后面或者叶轮后面的气体聚集起来,把气体引到压缩机外面去,使它流向气体输送管道或流到冷却器去进行冷却。此外,在聚集气体的过程中,在大多数情况下,由于蜗壳外径的逐渐增大和通流截面的渐渐扩大,也对气流起到一定的降速扩压作用。(4)密封密封有隔板密封、轮盖密封和轴端密封。密封的作用是防止气体在级间倒流及向外泄露。为了防止通流局部中的气体的级间倒流,在轮盖处设有轮盖密封。在隔板和转子之间设有隔板密封。这两种密封统称为内密封。为了减少和杜绝机器内部的气体向外泄露,或者外界气体窜入机器内部,在机器端安装了端密封。这种密封统称为外密封,最常见的是迷宫式密封。密封片为软金属制成,可以用车削制成,将它嵌入密封体内。由于密封片较软,当转子发生振动与密封片相碰时,密封片易磨损,而不致于转子损坏。密封的作用原理就是利用气流经过密封时的阻力来减少泄漏量。流量、压力比、轴功率、转速及效率是表示鼓风机性能的主要参数,称为鼓风机的性能参数。流量单位时间内流经通风机的气体容积或质量数,称为流量。容积流量:单位时间流经鼓风机的气体容积。常用单位为/s、/min、/h,分别用表示。质量流量:单位时间内流经鼓风机的气体质量。单位为kg/s、kg/min、kg/h,分别用表示。2、压力比鼓风机的压力比是指进口绝对压力与排气绝对压力的比值。压力比3、转速指鼓风机转子旋转速度,鼓风机的转子旋转速度的快慢将直接影响鼓风机的流量、压力、效率。单位为r/min,常用n表示。4、轴功率驱动鼓风机所需要的功率N称轴功率,或者说单位时间内传递给鼓风机轴的能量,单位为KW。5、级效率鼓风机是用来提高压力的机械。离心式鼓风机或级的效率,主要是用来说明传递给气体的机械能的利用程度。在离心式鼓风机中,经常采用的是多变效率和定熵效率。多变效率是指由进气压力增加到排气压力所需的多变压缩功与实际所消耗的功(即总耗功)之比。定熵效率是指由进气压力增加到排气压力时,定熵压缩功与实际所消耗的功之比。2.4离心式鼓风机设计方法离心式鼓风机的热力计算无论是对离心式鼓风机的热力设计,还是使用部门选配鼓风机以及对特定鼓风机进行热力气动性能分析都是十分重要和根本的计算。目前,离心式鼓风机的设计方法大致可以分为以下三种:其一,是根据鼓风机的生产经验和科学实验结果,选取各元件的形式,有关的主要几何参数相对值和有关损失系数、效率值,进行热力计算,计算出各特征截面的气动热力参数和流道的几何参数。在计算各元件时,早期一般按元件效率等于级效率,不考虑各元件效率的不同,这种方法称为平均效率法。显然,这种方法缺点是没有按各元件性能特点的级热计算方法。其二,以各元件的实验为根底,设计计算通流局部各元件,确定有关几何尺寸。这种方法常称为按元件设计法,又称为流道法。比拟以上两种方法可以看出,第二种方法比第一种方法合理些,但是需要有各典型元件的完善实验数据,而且对各元件间相互影响也很难在计算中考虑,因此,难具有普遍意义。其三,以相似原理为根底的模化设计法,以性能好的机器作为样机,用相似换算方法设计出新的机器称为整机模拟,根据性能好的级用相似法来设计新的级,称为级模拟。显然,按照这种方法设计出来的新机器性能是可靠的,而按照前两种方法,性能方面会有偏差。当然,在没有性能呢好的级或者机器做样本时,或者需要设计出比现在有的机器更好的性能时还得用前面2种方法。根据前面三种方法的讲述,我们选择使用最为广泛的方法一效率法为本次设计的主要方法。离心式鼓风机设计时热力计算大致可以分为三步:整理设计要求和有关气体性质参数的计算;方案计算;各个元件的详细计算。3离心式鼓风机设计计算确定含水蒸气的湿空气的气体参数R,定熵指数。相对湿度为0.8,那么1枯燥混合气体所含有的水蒸气为(3.1)其中,为枯燥气体常数为287.1,为水蒸气的气体常数为461.89,是水蒸气在温度下的饱和压力,当时,。湿空气的气体常数(3.2)湿空气的定熵指数为(3.3)所以其中,考虑到鼓风机存在外漏气,鼓风机的进口流量应取得比设计任务中所提出的流量大一些,现取(3.4)由给定的进出口压力,计算压力比(3.5)为了提高鼓风机的性能,要求把升压提高4%,确定出设计计算的压力比那么计算的压力比(3.6)因为压力比,所以选用单段的压缩机。根据经验初步选取出口安装角,流量系数0.26,叶片数Z为22片,轮阻及漏气损失系数,多变效率根据前面选取的参数流动效率(3.7)周速系数(3.8)能量头系数(3.9)段的指数系数(3.10)多变压缩功(3.11)无论从结构复杂程度、主机重量、调节范围和效率方面,单级式都要优于多级式,故本次设计采用单级式,那么级数,设计的鼓风机为单级高速鼓风机。整圆后的圆周速度(3.12)叶轮出口的径向分速(3.13)叶轮出口气流角(3.14)叶轮出口的绝对速度(3.15)吸气室进口到叶轮出口的温度变化(3.16)叶轮出口比容比(3.17)因为径向直叶片式叶轮比后弯型叶轮的反作用度小,叶轮出口马赫数高,叶道内扩压度以及速度不均匀性大。因而径向直叶片式叶轮的效率一般比后弯式叶轮低,于是只要强度允许,采用后弯式更为有利。应选用后弯式叶片。因为是后弯式叶片,应选取相对宽度那么叶轮转速(3.18)我们选取等厚两边打薄叶片,取叶片厚度,出口厚度那么出口阻塞系数(校核)(3.19)相对出口宽度(校核)(3.20)内功率(3.21)考虑到,如果采用闭式叶轮,那么强度校核不能满足要求,故采用半开式叶轮。选取进口法兰的气流速度由于轮毂比,在转子临界转速允许的情况下,尽量取下限值。应选取选取速度系数由式,取直径比(3.22)选取进口阻塞系数叶轮进口比容比(3.23)叶轮出口比容比(3.24)叶轮进口直径由公式(3.25)叶轮进口面积(3.26)叶轮进口气流速度(3.27)吸气室进口到叶轮进口的温升(3.28)叶轮进口比容比(校核)(3.29)叶片进口直径(3.30)叶片进口圆周速度(3.31)气流进入叶片前的速度(3.32)气流进入叶片后的速度(3.33)叶片进口气流角(3.34)在设计流量较小而出现气流角偏小时,安装角可以比气流角略大一点故取安装角,那么冲角对于进口阻塞系数的校核时,要到达一个较为合理的效率值时,就要适当提高,由于(3.35)故进口叶片厚度要适当减小,取进口叶片厚度采用长短叶片,进口叶片数片那么进口阻塞系数(校核)(3.36)进气室到叶片出口的温升(3.37)叶片进口比容比(3.38)叶片进口宽度(3.39)叶轮进口相对速度(3.40)叶片进口处气流温度(3.41)叶片进口马赫数(3.42)叶轮出口相对速度(3.43)叶轮扩压度(3.44)叶轮出口绝对速度(3.45)叶轮出口绝对速度的切向分速(3.46)叶轮出口绝对速度的径向分速(3.47)叶轮加给气体的总能量(3.48)进气室进口到叶轮出口的温升(3.49)叶轮出口比容比(校核)(3.50)叶轮出口温度(3.51)叶轮出口马赫数(3.52)级的反作用度(3.53)圆弧叶片的曲率半径(3.54)圆心半径(3.55))那么长叶片的弧长(3.58)(3.59)3.3进气室设计进气室的作用是把气体从进气管道或中间冷器顺利的引导到叶轮入口。进气室的形状应满足如下要求:尽量减少气体流动损失;出口处气流应尽可能的均匀,一般情况下出口气体不会产生切向旋转而影响叶轮的工作;结构尺寸尽量小。进气室的结构很多,这里我们选用轴向进气式进气室。前面已经选取吸气室进口气流速度进气室的压力损失(其主要是连接管道、阀门等产生的压力损失)进气室的进口压力(3.60)进气室进口气流密度(3.61)进气室进口直径(取整0.3)(3.62)进气室进口面积(3.63)进气室进口气流速度(校核)(3.64)3.4扩压器设计扩压器是叶轮两侧隔板形成的环形通道,其主要作用是增压减速,扩压器的结构形式主要有无叶扩压器和叶片扩压器。扩压器结构的选择:叶片扩压器与无叶扩压器相比,无叶扩压器结构简单,造价低;在工况发生变化的情况下,叶片扩压器气流入口发生冲击,损失增加较快,因而和无叶扩压器相比,叶片扩压器的变工况性能差;经验说明,带叶片的扩压器常使叶轮出口气体压力分布不均匀,这也是引起零件共振的重要原因,而采用无叶扩压器不会出现这种情况。综上所述,我们采用无叶扩压器。无叶扩压器是由隔板两个平壁构成的环形通道,通道截面为一系列的同心圆柱面。早期压缩机扩压器进口截面轴向宽度常比叶轮出口宽度略宽,以便叶轮一旦和扩压器通道不对准时防止气流碰撞隔板壁。近年来,随着离心式压缩机的开展,为了减少进口流量损失,从叶轮出口至扩压器进口做成了略有收敛的通道,扩压器内流通道一般做成等宽形,因为两侧壁做成扩张形,使流道扩张程度增加,气体别离损失加大,而减少扩压器内的效率;做成收敛形,而宽度随半径按某函数关系变化,假设考虑叶轮出口到扩压器进口做成收敛形,而在以后的根本扩压段做成等宽度,由于减少了进口过渡段得损失,实验证明,对减少流动损失,提高效率有利。根据以上所诉,取那么无叶扩压器进口直径的选择与值有关。当时,最正确值时。当时,通常取。有时在较小时,也可以取稍大于,以防止叶轮出来的气体对扩压器防止的冲击,以及加快叶轮出口不均匀气流的混合过程。因为设计的,故设计的最正确值是,扩压器进口宽度(3.65)无叶扩压器进口气流角(3.66)无叶扩压器的进口气流密度(3.67)取,那么无叶扩压器出口直径(3.68)无叶扩压器的出口宽度(3.69)无叶扩压器的出口面积(3.70)无叶扩压器的出口气流角(3.71)选取无叶扩压器的出口比容比(3.72)无叶扩压器的密度(3.73)无叶扩压器的气流速度(3.74)进气室到无叶扩压器出口温升(3.75)无叶扩压器出口比容比(校核)(3.76)无叶扩压器的出口温度(3.77)无叶扩压器出口压比(3.78)无叶扩压器出口压力(3.79)损失系数无叶扩压器的效率(3.80)无叶扩压器出口速度的切向分速(3.81)2)3.5蜗壳设计蜗壳的作用是把从扩压器或者叶轮(无扩压器时)出来的气体聚集起来,引到机外输气管道或冷却器中去,并把较高的气流速度降低至蜗壳出口的气流速度,使气体压力进一步提高。蜗壳可以由不同的形式,在离心式压缩机中最典型的是一种形似蜗牛壳的排气蜗壳。横截面可以由许多形式其中最常见的是横截面为圆的圆形截面蜗壳。蜗壳可以布置在扩压器之后也可以直接布置在叶轮后面,相对于叶轮来说可以是对称的也可以是不对称的。目前,蜗壳截面一般多采用圆形、梯形、矩形和梨形。为确定蜗壳型线即蜗壳半径随角的变化规律,通常假定气流为不可压缩并取其密度,扩压器出口气流参数沿圆周均匀,流过各横截面的流量和该截面所处的位角成比例,为确定横截面面积,通常有两种做法:其一是按常数确定蜗壳型线,这方法常称为自由运动速度法;其二是假定各横截面的气流平均速度,在一般按从扩压器出口至蜗壳出口逐渐减少的原那么来设计。在这次设计中,运用的是自由运动速度法即方法一,这次设计选用的横截面为圆形截面。按气流自由流动的轨迹设计蜗室,选择圆形对称外蜗室。其中(3.83)圆截面半径(3.84)圆截面中心离轴心距离(3.85)蜗壳型线参数表位置角 半径(m) (m)取蜗壳出口法兰直径法兰出口面积(3.86)蜗壳法兰出口体积流量(3.87)蜗壳出口的速度(3.88)叶轮对气体所做的总能量(3.89)叶轮加给气体的总功率(3.90)对于由齿轮传动的压缩机,当压缩机内耗功率在2000以上,;当内耗功率在之间,;当功率小于1000的,那么,这是最好直接估取机械损失功率进行计算。故取机械损失那么要所急的轴耗功率(3.91)对于气体在鼓风机中的流动可以近似为多变过程。那么定值,其中为一个常数即多变指数。可以根据叶片进出口的参数来求取。叶片进口压力(3.92)叶片进口比容(3.93)叶轮出口压力(3.94)叶轮出口比容(3.95)多变指数(3.96)蜗壳的出口压力即排气压力蜗壳的出口比容比(3.97)蜗壳出口气流密度(3.98)蜗壳的出口温度(3.99)因为进口出口速度相差很少故多变效率(校核)(3.100)等熵效率(3.101)由公式(3.102)其中叶片数为考虑到在不影响效率的情况下,适当的取上限,可以减弱噪声。故取叶片数22很合理。4强度校核4.1轮盘的强度校核离心式鼓风机的叶轮处在高速旋转和过盈配合之中,其应力或变形对机组连续可靠的运行产生严重的影响,故必须对其强度进行校核,特别对于半开式叶轮的轮盘的强度校核。因为等候轮盘的应力较大,变厚度轮盘的应力较小些,故实际上离心式鼓风机的轮盘多数采用锥形盘。叶轮初选材料Cr17Ni2钢,那么密度,泊松比,弹性模量叶轮的根本结构如下列图:图4.1叶轮结构图应用递推?带入法将轮盘分为三段:1)段1:,那么那么锥顶直径(4.1)那么由,查附图1得,附图2得附图3得,附图4得附图5得附图6得附图7得附图8得(4.2)2)段2:,那么那么锥顶直径根据公式(4.1)那么由,查附图1得,附图2得附图3得,附图4得附图5得附图6得附图7得附图8得3)段3:,那么那么锥顶直径根据公式(4.1)那么由,查附图1得,附图2得附图3得,附图4得附图5得附图6得附图7得附图8得叶片质量对轮盘应力有一定的影响,故在叶轮轮盘应力计算时,必须考虑叶片质量的影响。旋转轮盘的应力主要由质量所引起,为此可将叶片质量均匀分布在轮盘所在段得圆周上,作为附加厚度的形式加以考虑,称其为带有侧面质量的轮盘。也就是说,叶片质量使轮盘产生离心力的厚度增加,而承受离心力的厚度并不增加,仍为原来轮盘的厚度。其实质相当于增加了轮盘该处材料的密度,增加了由离心力所引起的应力值。这样处理结果,保持了轮盘的几何尺寸未变,故带侧面质量的轮盘应力计算仍可采用不带附加质量的计算公式,仅对公式中反映质量离心力的第三项系数(或)进行相应的修正,以反映叶片质量的影响。今叶片侧附于轮盘的第三段中,叶片截面积分别为:(4.3)故附加厚度(4.4)相对附加厚度(4.5)附加厚度(4.6)相对附加厚度(4.7)所以系数(4.8)系数(4.9)1)自由旋转下轮盘应力计算对于段3,因为具有叶片的附加厚度,故(4.10)段号 截面 递推?代入计算自由旋转下轮盘的应力计算松动转速下的装配过盈值现在取,代入公式(4.11)得(4.11)保证过盈值下,经过屡次选择配合,得在下轮盘内径处的剩余径向应力由公式得:(4.12)根据计算轮盘工作下的应力:段号 截面 递推?代入计算工作条件下轮盘的应力应力校核根据各处应力计算知:轮盘危险应力在盘孔处,故(4.13)所选材料为Cr17Ni2钢,,取平安系数,因为,所以轮盘在工作时是平安的。本次离心式鼓风机的设计,叶轮的加工为整体铣制,应选用的材料为Cr17Ni2钢。根据参考文献[12]可知,本次设计的叶片为圆弧窄叶片。所谓圆弧窄叶片就是叶片的径向尺寸大于轴向尺寸。其叶片弯曲应力的计算公式为(4.14)选用的材料为Cr17Ni2钢,那么其平安系数为:K3由平安系数远远大于1.5可得,叶片的强度平安5离心式鼓风机喘振和噪声分析流体机械及其管道中介质的周期性振荡,是介质受到周期性吸入和排出的鼓励作用而发生的机械振动。例如,泵或压缩机运转中可能出现的喘振过程是:流量减小到最小值时出口压力会突然下降,管道内压力反而高于出口压力,于是被输送介质倒流回机内,直到出口压力升高重新向管道输送介质为止;当管道中的压力恢复到原来的压力时,流量再次减少,管道中介质又产生倒流,如此周而复始。喘振的产生与流体机械和管道的特性有关,管道系统的容量越大,那么喘振越强,频率越低。流体机械产品一般都附有压力-流量特性曲线,据此可确定喘振点、喘振边界线或喘振区。流体机械的喘振会破坏机器内部介质的流动规律性,产生机械噪声,引起工作部件的强烈振动,加速轴承和密封的损坏。一旦喘振引起管道、机器及其根底共振时,还会造成严重后果。为防止喘振,必须使流体机械在喘振区之外运转。在压缩机和鼓风机中,通常采用最小流量式、流量?转速控制式或流量?压力差控制式防喘振调节系统。当多台机器串联或并联工作时,应有各自的防喘振调节装置。喘振,顾名思义就象人哮喘一样,风机出现周期性的出风与倒流,相对来讲轴流式风机更容易发生喘振,严重的喘振会导致风机叶片疲劳损坏。图4-1给出了离心式鼓风机流量与压缩比之间的关系曲线,图中表示出不同转数下的关系曲线和等效率线,左侧点划线为喘振边界线。从图中可以看出,在某转数下离心式鼓风机的效率最高,那么该转数的特性曲线那么是设计转数特性曲线。图4-1离心式鼓风机的特性曲线图4-2离心式鼓风机的特性曲线本次设计的离心式鼓风机叶轮的叶片为后弯式叶片,工作特性与后弯叶片的离心式压缩机相似。图4-2给出了设计转数下离心式鼓风机特性曲线,横坐标为排气量,纵坐标为能量头。图中D点为设计点,离心式鼓风机在此工况点下运行时,效率最高,偏离此点效率均要降低。图中S点为喘振边界点。当鼓风机的流量减少至S点流量以下,离心式鼓风机的有效能量头不断下降,这时,鼓风机出口以外的空气倒流回叶轮。离心式鼓风机运行时这种气体来回撞击现象称为喘振。5.1.2喘振产生的原因在鼓风机运转过程中,当流量不断减少到最小值Qmin喘振工况时,进入叶轮的气流发生别离,在别离区沿着叶轮旋转方向并以比叶轮旋转角速度小的速度移动。当旋转脱离扩散到整个通道,会使鼓风机出口压力突然大幅下降,而管网中压力并未马上减低,于是管网中的气体压力就大于鼓风机出口处的压力,管网中的气体倒流向鼓风机,直到管网中的压力下降至低于鼓风机出口压力才停止。接着,鼓风机开始向管网供气,将倒流的气体压出去,使机内流量减少,压力再次突然下降,管网中的气体重新倒流至风机内,如此周而复始,在整个系统中产生周期性的低频高振幅的压力脉动及气流振荡现象,并发出很大的声响,机器产生剧烈振动,以致无法工作,这就产生了喘振。鼓风机抽出的风量时大时小,产生的风压时高时低,系统内气体的压力和流量也会发生很大的波动。鼓风机机体产生强烈的振动,风机房地面、墙壁以及房内空气都有明显的抖动。鼓风机发出剧烈声音,使噪声剧增。风量、风压、电流、振动、噪声均发生周期性的明显变化。5.1.4喘振的消除措施在生产过程中,当观察到发生喘振现象时,就不要再增加管网阻力,以免加剧喘振,应立即查找原因,采取相应的措施,及时消除隐患。1)采用可以调节的进口导叶和可调节的扩压器出口宽度,来增加正常工作负荷的范围。通过对进口导叶