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风机常识－离心风机设计方案与技术

风机概述：风机是各个工厂、企业普遍使用的设备之一，特别是风机的应用更为广泛。锅炉鼓风、消烟除尘、通风冷却都离不开风机，在电站、矿井、化工以及环保工程，风机更是不可缺少的重要设备，正确掌握风机的设计，对保证风机的正常经济运行是很重要的。

离心风机设计方案的选择

离心风机设计时通常给定的条件有：容积流量、全压、工作介质及其密度(或工作介质温度)，有时还有结构上的要求和特殊要求等。

对离心风机设计的要求大都是：满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近；最高效率值要尽量大一些，效率曲线平坦；压力曲线的稳定工作区间要宽；风机结构简单，工艺性好；材料及附件选择方便；有足够的强度、刚度，工作安全可*；运转稳定，噪声低；调节性能好，工作适应性强；风机尺寸尽可能小，重量轻；操作和维护方便，拆装运输简单易行。

然而，同时满足上述全部要求，一般是不可能的。在气动性能与结构(强度、工艺)之间往往也有矛盾，通常要抓住主要矛盾协调解决。这就需要设计者选择合理的设计方案，以解决主要矛盾。例如： 随着风机的用途不同，要求也不一样，如公共建筑所用的风机一般用来作通风换气用，一般最重要的要求就是低噪声，多翼式离心风机具有这一特点；而要求大流量的离心风机通常为双吸气型式；对一些高压离心风机，比转速低，其泄漏损失的相对比例一般较大。 离心风机设计时几个重要方案的选择：

(1)叶片型式的合理选择：常见风机在一定转速下，后向叶轮的压力系数中Ψt较小，则叶轮直径较大，而其效率较高；对前向叶轮则相反。

(2)风机传动方式的选择：如传动方式为A、D、F三种，则风机转速与电动机转速相同；而B、C、E三种均为变速，设计时可灵活选择风机转速。一般对小型风机广泛采用与电动机直联的传动A，，对大型风机，有时皮带传动不适，多以传动方式D、F传动。

对高温、多尘条件下，传动方式还要考虑电动机、轴承的防护和冷却问题。

(3)蜗壳外形尺寸的选择：蜗壳外形尺寸应尽可能小。对高比转数风机，可采用缩短的蜗形，对低比转数风机一般选用标准蜗形。有时为了缩小蜗壳尺寸，可选用蜗壳出口速度大于风机进口速度方案，此时采用出口扩压器以提高其静压值。

(4)叶片出口角的选定：叶片出口角是设计时首先要选定的主要几何参数之一。为了便于应用，我们把叶片分类为：强后弯叶片(水泵型)、后弯圆弧叶片、后弯直叶片、后弯机翼形叶片；径向出口叶片、径向直叶片；前弯叶片、强前弯叶片(多翼叶)。表1列出了离心风机中这些叶片型式的叶片的出口角的大致范围。 (5)叶片数的选择：在离心风机中，增加叶轮的叶片数则可提高叶轮的理论压力，因为它可以减少相对涡流的影响(即增加K值)。但是，叶片数目的增加，将增加叶轮通道的摩擦损失，这种损失将降低风机的实际

压力而且增加能耗。因此，对每一种叶轮，存在着一个最佳叶片数目。具体确定多少叶片数，有时需根据设计者的经验而定。根据我国目前应用情况，在表2推荐了叶片数的选择范围。

(6)全压系数Ψt的选定：设计离心风机时，实际压力总是预先给定的。这时需要选择全压系数Ψt，全压系数的大致选择范围可参考表3。

(7)离心叶轮进出口的主要几何尺寸的确定：叶轮主要尺寸示于图1。叶轮是风机传递给气体能量的唯一元件，故其设计对风机影响甚大；能否正确确定叶轮的主要结构，对风机的性能参数起着关键作用。它包含了离心风机设计的关键技术--叶片的设计。而叶片的设计最关键的环节就是如何确定叶片出口角β2A。 关键技术的设计分析

在设计离心风机时，关键就是掌握好叶轮叶片出口角β2A的确定。

根据叶片出口角β2A的不同，可将叶片分成三种型式即后弯叶片(β2A<90℃)，径向出口叶片(β2A=90℃)和前弯叶片(β2A＞90℃)。

三种叶片型式的叶轮，目前均在风机设计中应用。前弯叶片叶轮的特点是尺寸重量小，价格便宜，而后弯叶片叶轮可提高效率，节约能源，故在现代生产的风机中，特别是功率大的大型风机多数用后弯叶片。 现代前弯叶片风机效率，比老式产品已有显著提高，故在小流量高压力的场合或低压大流量场合中仍广为采用。

径向出口叶片在我国已不常用，在某些要求耐磨和耐腐蚀的风机中，常用径向出口直叶片。

离心风机叶轮设计时还必须考虑到比转速与叶片型式存在一定的关系(例表4)，故在确定叶片出口角的同时，必须综合考虑三种叶片型式对压力、径向尺寸和效率的影响，再综合表1和表4之后确定。 正确确定了离心风机叶轮叶片出口角β2A将为叶轮其它主要几何尺寸的确定奠定了坚实的基础，从而对整

台离心风机的性能起着关键的作用。

风机知识－通风机

通风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。

通风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。

通风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。

通风机已有悠久的历史。中国在公元前许多年就已制造出简单的木制砻谷风车，它的作用原理与现代离心通风机基本相同。1862年，英国的圭贝尔发明离心通风机，其叶轮、机壳为同心圆型，机壳用砖制，木制叶轮采用后向直叶片，效率仅为40％左右，主要用于矿山通风。1880年，人们设计出用于矿井排送风的蜗形机壳，和后向弯曲叶片的离心通风机，结构已比较完善了。

1892年法国研制成横流通风机；1898年，爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心通风机，并为各国所广泛采用；19世纪，轴流通风机已应用于矿井通风和冶金工业的鼓风，但其压力仅为100～300帕，效率仅为15～25％，直到二十世纪40年代以后才得到较快的发展。

1935年，德国首先采用轴流等压通风机为锅炉通风和引风；1948年,丹麦制成运行中动叶可调的轴流通风机；旋轴流通风机、子午加速轴流通风机、斜流通风机和横流通风机也都获得了发展。

按气体流动的方向，通风机可分为离心式、轴流式、斜流式和横流式等类型。

离心通风机工作时，动力机(主要是电动机)驱动叶轮在蜗形机壳内旋转，空气经吸气口从叶轮中心处吸入。由于叶片对气体的动力作用，气体压力和速度得以提高，并在离心力作用下沿着叶道甩向机壳，从排气口排出。因气体在叶轮内的流动主要是在径向平面内，故又称径流通风机。

离心通风机主要由叶轮和机壳组成，小型通风机的叶轮直接装在电动机上，中、大型通风机通过联轴器或皮带轮与电动机联接。离心通风机一般为单侧进气，用单级叶轮；流量大的可双侧进气，用两个背靠背的叶轮，又称为双吸式离心通风机。

叶轮是通风机的主要部件，它的几何形状、尺寸、叶片数目和制造精度对性能有很大影响。叶轮经静平衡或动平衡校正才能保证通风机平稳地转动。按叶片出口方向的不同，叶轮分为前向、径向和后向三种型式。前向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转方向倾斜；径向叶轮的叶片顶部是向径向的，又分直叶片式和曲线型叶片；后向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转的反向倾斜。

前向叶轮产生的压力最大，在流量和转数一定时，所需叶轮直径最小，但效率一般较低；后向叶轮相反，所产生的压力最小，所需叶轮直径最大，而效率一般较高；径向叶轮介于两者之间。叶片的型线以直叶片最简单，机翼型叶片最复杂。

为了使叶片表面有合适的速度分布，一般采用曲线型叶片，如等厚度圆弧叶片。叶轮通常都有盖

盘，以增加叶轮的强度和减少叶片与机壳间的气体泄漏。叶片与盖盘的联接采用焊接或铆接。焊接叶轮的重量较轻，流道光滑。低、中压小型离心通风机的叶轮也有采用铝合金铸造的。

轴流式通风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。轴流通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式三种，小型的叶轮直径只有100毫米左右，大型的可达20米以上。

小型低压轴流通风机由叶轮、机壳和集流器等部件组成，通常安装在建筑物的墙壁或天花板上；大型高压轴流通风机由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩散筒和传动部件组成。叶片均匀布置在轮毂上，数目一般为2～24。叶片越多，风压越高；叶片安装角一般为10°～45°，安装角越大，风量和风压越大。轴流式通风机的主要零件大都用钢板焊接或铆接而成。

斜流通风机又称混流通风机，在这类通风机中，气体以与轴线成某一角度的方向进入叶轮，在叶道中获得能量，并沿倾斜方向流出。通风机的叶轮和机壳的形状为圆锥形。这种通风机兼有离心式和轴流式的特点，流量范围和效率均介于两者之间。

横流通风机是具有前向多翼叶轮的小型高压离心通风机。气体从转子外缘的一侧进入叶轮，然后穿过叶轮内部从另一侧排出，气体在叶轮内两次受到叶片的力的作用。在相同性能的条件下，它的尺寸小、转速低。

与其他类型低速通风机相比，横流通风机具有较高的效率。它的轴向宽度可任意选择，而不影响气体的流动状态，气体在整个转子宽度上仍保持流动均匀。它的出口截面窄而长，适宜于安装在各种扁平形的设备中用来冷却或通风。

通风机的性能参数主要有流量、压力、功率，效率和转速。另外，噪声和振动的大小也是通风机的主要技术指标。流量也称风量，以单位时间内流经通风机的气体体积表示；压力也称风压，是指气体在通风机内压力升高值，有静压、动压和全压之分；功率是指通风机的输入功率，即轴功率。通风机有效功率与轴功率之比称为效率。通风机全压效率可达90％。

通风机未来的发展将进一步提高通风机的气动效率、装置效率和使用效率，以降低电能消耗；用动叶可调的轴流通风机代替大型离心通风机；降低通风机噪声；提高排烟、排尘通风机叶轮和机壳的耐磨性；实现变转速调节和自动化调节。

风机常识 －风机常用单位换算关系简表 （法定单位=非法定单位*换算系数）

各种单位（非法定） 名称 升/秒 米/时 33参数名称 SI单位符号（法定） 符号 L/S m/h 33换算系数 容积流量(Q) m/s (米/秒) 331/1000 1/3600 0.0283168(=1/35.3147) 0.0004719(1/2118.88) 口尺/秒(注:1口尺=0.3048米) ft/s 口尺/分 3ft/min(cfm) 3