1、1離心風機、橫流風機和軸流風離心風機、橫流風機和軸流風機的工作原理和性能實驗機的工作原理和性能實驗 2 第一節(jié) 概 述第二節(jié) 離心風機的工作原理第三節(jié) 風機的選用第四節(jié) 橫流風機和軸流風機第五節(jié) 風機的性能實驗3第一節(jié) 概 述一、風機在農(nóng)業(yè)機械中的應用一、風機在農(nóng)業(yè)機械中的應用風機在農(nóng)業(yè)機械中應用很廣。大多數(shù)情況下，系利用風機產(chǎn)生的氣流作介質(zhì)進行工作。例如，在植保機械上，用氣流輸送、噴灑藥粉和藥液，并使藥液霧化；在谷物收獲機械及清選機械上，用氣流進行清選及谷粒分級；在谷物干燥機械中，用氣流作熱介質(zhì)傳遞熱能以加溫烘干谷物并運出水汽；在輸送裝置中，則用氣流輸送各種農(nóng)業(yè)物料。在某些情況下，如氣吸式播

2、種機，則利用風機產(chǎn)生的真空度使種子吸附于排種盤而排種。此外，在農(nóng)業(yè)中也常用風機進行通風換氣及物料輸送等工作。4二、風機的分類二、風機的分類 （一）按排氣壓力（絕對壓力）的高低，氣體輸送機械可分為 1 、壓縮機 排氣壓力高于34.3104N/m2 2 、 鼓風機 排氣壓力為 11.2710434.3104N/m2。 3 、 通風機 排氣壓力低于11.27104N/m2。 （二） 按作用原 理分 1 、容積式 2 、 葉片式（透平式） 5農(nóng)業(yè)機械普遍應用離心式風機 風機按風壓（相對壓力）H的大小，可分為： 高壓離心風機P=294014700N/m2 （H=3001500毫米水柱） 中壓離心風機 P

3、=9802940N/m2 （H=100300毫米水柱） 低壓離心風機P 980N/m2 （H100毫米汞柱）； 高壓軸流風機P=4904900N/m2 （H=50500毫米水柱） 低壓軸流風機P490N/m2 6農(nóng)業(yè)機械上的風機還可分為清糧型及通過用型兩類 如圖14-1a清糧型 14-1b通用型 14-1c徑向進氣風機圖14-1 離心式風機簡圖a.清糧型 b.通用型 c.徑向進氣型7 三、離心風機的稱號三、離心風機的稱號 我國風機行業(yè)近年來對離心風機的習慣稱號。全稱包括名稱、型號、機號、傳動方式、旋轉(zhuǎn)方向和出氣口位置等六部分由一組數(shù)字表示其組成。現(xiàn)以排塵離心風機47211No.8C右90為例，

4、說明如下： C 4 72 1 1 No.8 C 右 90 C 、風機用途為排塵（一般可省略不寫） 4 、風機在最高效率點時的全壓系數(shù)乘10后的化整數(shù) -72 、風機在最高效率點時的比轉(zhuǎn)數(shù)（ns） -1 、 進口為單吸入 1 、設計順序，1表示第一次 No.8 、風機機號，即葉輪直徑D2=800mm C 、風機傳動方式（共有AF六種） 右、 旋轉(zhuǎn)方向（從原動機側(cè)看） 90 、出風口位置與水平線夾角 8第二節(jié)第二節(jié) 離心風機的工作原理離心風機的工作原理 一、離心風機的工作過一、離心風機的工作過程程 離心風機主要由葉輪、進風口及蝸殼等組成（圖142）。葉輪轉(zhuǎn)動時，葉道（葉片構成的流道）內(nèi)的空氣，受離

5、心力作用而向外運動，在葉輪中央產(chǎn)生真空度，因而從進風口軸向吸入空氣（速度為c0）。吸入的空氣在葉輪入口處折轉(zhuǎn)90后，進入葉道（速度為c1），在葉片作用下獲得動能和壓能。從葉道甩出的氣流進入蝸殼，經(jīng)集中、導流后，從出風口排出 圖14-2 離心通風機內(nèi)氣體流動方向1.出風口 2.蝸殼 3.葉輪 4.擴壓管 5.進風口 6.進氣室9 二、二、葉輪葉輪的工作原理的工作原理 （一）速度三角形 空氣在葉道上任一點處，有絕對速度c，它是氣流與葉輪的相對速度與牽 連 速 度 的 向 量 和（圖143a）。絕對速度c與牽連速度的夾角以表示。相對速度與牽連速度的反方向的夾角以表示。通常只畫出葉片入口及出口的速度三

6、角形，并以1點表示葉輪入口；2點表示葉輪出口（圖143b、c）。圖14-3 速度分析及速度三角形.氣流在葉道內(nèi)的速度分析 b.進口氣流速度三角形c. 出口氣流速度三角形10（二）基本方程歐拉方程 為便于計算，作假設如下： 1、氣體為理想氣體，流動中沒有任何能量損失，故驅(qū)動風機的功全部轉(zhuǎn)化為氣流的能量。 2、葉輪葉片數(shù)無限多、葉片無限薄。所以氣體在葉道內(nèi)的流線與葉片形狀一致，氣流相對速度2的出口角2與葉片出口安裝角2A一致。 3、氣流是穩(wěn)定流，其流動不隨時間而變化。當風機流量為Q（m3/s）、壓力為PT N/m2 時（PT 葉片數(shù)無限多時的理論壓力），氣流則得到的能量為 N=Q PT （Nm/s

7、）如風機軸上阻力矩為 M（Nm）、角速度為（1/s），）則驅(qū)動風機的功為 N=M （Nm/s） 根據(jù)假設1，驅(qū)動風機的功全部轉(zhuǎn)換為氣流的能量，則2/ mNQNPT11. 根據(jù)動量矩定律，單位時間內(nèi)，葉輪中氣流對風機的動量矩的變化，等于外力對此軸線的力矩和。 由圖143a可知，葉道內(nèi)氣體abcd經(jīng)時間t后，移動到efgh。根據(jù)假設3，氣流為穩(wěn)定流，截面abgh內(nèi)氣體動量矩不變。因而在t時間內(nèi)，氣體動量矩的變化為面積abfe與dcgh動量矩之差，而面積abfe與dcgh內(nèi)體質(zhì)量相等，并等于每秒鐘流過葉輪氣體質(zhì)量乘以時間t，即 m=Qt 葉輪入口及出口處的動量矩M1及M2分別為22221111cos

8、cosRtcQMRtcQMmNRcRcQtMMM11122212coscos12. 單位時間內(nèi)動量矩的變化為力矩M 或所以 上式為離心通過風機的基本方程，又叫歐拉方程。因略去了全部損失，所以PT稱為無窮多葉片時的理論全壓。在上式中，C1u是葉輪進口處氣流絕對速度C1在圓周方向的速度分量。由于葉輪入口處具有切線速度u1 ，按速度場作用規(guī)律，氣流在進入葉輪時應該存在切向分速。但是空氣的粘性很小，在沒有導流器時，可以認為氣流是徑向進入葉輪的，即在葉輪入口處，1=90，C1=C1r，C1u=0。代入歐拉方程，可得： PT=u2C2umNRcRcgQM111222coscos111222coscosRc

9、RcQMPT13（三）軸向渦流 實際上風機的葉片數(shù)是有限的，相鄰兩葉片所形成的葉道占有一定的空間。當葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉道空間隨葉片一起轉(zhuǎn)動；而葉道內(nèi)的氣體，由于自身粘性小，又有慣性，它就有保持其本身方向不變的趨勢。由圖144可見，當葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉道內(nèi)的氣體與葉道空間具有相對回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向與葉輪放置方向相反，這就是軸向渦流。軸向渦流使氣流出口角2與葉片安裝角2A不等且22A ，所以，在葉片數(shù)有限時，有： C2u=u2C2rctg2C2u 即 PTPT 或 PT=PT 式中 稱為環(huán)流系數(shù)或壓力減少系數(shù)。可見，當葉片數(shù)有限時，因C2uC2u，故理論壓力相應減少。122uuTTCCPP圖14-4 軸向渦流的產(chǎn)

10、生原因及其c2u的影響14 三、離心風機的功耗及效率三、離心風機的功耗及效率 1、有效功率Ne 有效功是指氣流通過風機時從葉輪取得的能量。單位容積流量通過風機后增加的能量為全壓P（N/m2），若流量為Q，則風機的有效功率即輸出功率為 2、軸功率N 軸功率就是風機軸上的輸入功率。若風機的全壓效率為則： 3、電機功率Nm K電機容量儲備系數(shù)，其值可按表142選取。 式中 m風機傳動效率kWPQNy1000yNNmmNKNkWPQKNmm100015表表14142 2 電動機容量儲備系數(shù)電動機容量儲備系數(shù) 風機軸功率N（kW） 5 K 1.5 1.4 1.3 1.2 1.15 16 四、離心風機的性

11、能曲線四、離心風機的性能曲線風機的基本性能參數(shù)為流量Q、風壓P、軸功率N及效率。這些性能參數(shù)均受風機轉(zhuǎn)速的影響。當風機轉(zhuǎn)速一定時，風壓、功率及效率與流量之關系曲線，稱為離心通風機的性能曲線。（一） 理論性能曲線 在繪制理論性能曲線時，不考慮能量損失。當葉片無限多時，風機的理論壓力為PT。由圖143c可知： C2u=u2C2rctg2代入 PT=u2C2u式得： 因為 Q=D2b2C2r所以222221ctguCuPrT2222221ctgubDQuPT17式中 D2葉輪外徑 b2葉輪外徑處葉片寬度在葉片無限多時，氣流出口角2 等于葉片安裝角2A 。一臺風機若轉(zhuǎn)速不變，則u2、D2、b2、2A均

12、為常數(shù)，則有： PT=ABQ圖14-5 風機的理論性能曲線（PT-Q）圖14-6 風機的理論性能曲線（N-Q）因A、B為常數(shù)，所以PT與Q 成線性關系。對前向葉片，2A90，ctgB20，B為負 圖14-5 風機的理論性能曲線（PT-Q）圖14-6 風機的理論性能曲線（N-Q）18值，故PT因Q的增加而增加（圖145）；徑向葉片2A=90，ctgB2=0，B=0；后向葉片，2A0，B為正值，故PT因Q的增加而減少。圖14-7 有限葉片數(shù)對理論性能曲線(P-Q線)的影響n=常數(shù)；90因假定無能量損失，所以風機軸功率N與壓力和流量之乘積成正比因而可得三種葉片的功率消耗與流量的關系曲線 （圖146）

13、。由圖可見，前向葉片在流量增大時，功耗劇增，而后向葉片在流量增加時，功耗增長較緩。在葉片數(shù)有限時，風機理論壓力將減少。對一定的葉輪，可近似地認為環(huán)流系數(shù)為常數(shù)，則風機的理論性能曲線 （PTQ）將變?yōu)榱硪粭l直線（PTQ）。圖147是后向葉片的理論性能曲線（PQ線）的變化示意圖。圖14-7 有限葉片數(shù)對理論性能曲線(P-Q線)的影響n=常數(shù)；9019（ 一 ） 圖 1 4 - 8 實 際 性 能 曲 線 ( P - Q ) 后 向 葉 片 ， n = 常 數(shù)實際性能曲線 實際上風機有能量損失，如果只考慮流動損失，則在給定轉(zhuǎn)速下的實際性能曲線（PQ）如圖148所示。由于未考慮泄漏損失 及 輪 阻 損

14、 失 ， 它 與 實 際 情 況 有 一 定 出 入 。圖14-9 離心通風機的性能曲線a.前向葉片風機 b.后向葉片風機 目前還不能用計算的方法繪制實際性能曲線。所以離心風機的性能曲線者是根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制的。由風機試驗可測出各工況點的流量Q、全壓P及軸功率N并算得效率 。以流量Q為橫坐標所得 PQ、NQ、Q等關系曲線即為風機的實際性能曲線（圖149）。圖14-8 實際性能曲線(P-Q)后向葉片，n=常數(shù)圖14-9 離心通風機的性能曲線a.前向葉片風機 b.后向葉片風機20五、葉片形狀五、葉片形狀風機葉片形狀可分為直葉片和曲葉片；按葉片出口安裝角可分為前向（2A90），徑向（2A=90）及后向

15、（2A0，才有P0；愈大，則Pt愈大。但過大，將使效率急劇降低，一般max =4045 。（3） 增加Cz可增加全壓P，但Cz加大后主要是流量增加及氣流的動壓加大，如用擴壓變動壓為靜壓，將使效率急劇下降。由上述分析可見，單級的軸流風機可以有較大流量，但增壓不大，一般風機全壓很少超過2150Pa。41（二） 導葉的單獨葉輪（圖14-24a）這是最簡單的一種類型，由葉柵流出的氣流絕對速度C2（圖14-25a）可分解為軸向速度CZ（C2=C1）及圓周分速度C2u(C2u=Cu)。C2u的存在導致能量損失，使風機效率降低。這種類型的軸流風機結構簡單、制作方便、價格便宜，故在風機中應用很廣，主要用軸流風

16、機的基本類型 圖14-24 軸流風機基本類型a.無導葉的單獨葉輪 b.葉輪配后導葉 c.葉輪配前導葉 d.葉輪陪前后導葉 1、無于廠房的通風換氣。圖14-25 各類型軸流風機的速度三角形 2、葉輪配后導葉（圖14-24b）葉輪速度三角形與單獨葉輪型相同(圖14-25a)，葉輪葉柵出口氣流速度為C2。后導葉是固定的，無牽連速度，無速度三有形。其入口角與C2 方向一致，出口角為90，故氣流可無沖擊地進入后導葉并在后導葉葉道中轉(zhuǎn)變成軸向，減 圖14-24 軸流風機基本類型a.無導葉的單獨葉輪 b.葉輪配后導葉 c.葉輪配前導葉 d.葉輪陪前后導葉42少了損失。這一類型的風機壓頭和效率都比前者高，現(xiàn)在

17、最高效率已可達90%左右，在風機中應用最普遍。同一風機，葉片有不同安裝角時最佳工況范圍不同，使用者可根據(jù)使用條件選購。近年來已研制成葉片安裝角可調(diào)的軸流風機，擴大了風機的使用范圍并提高了工況變化時風機的效率。 3、葉輪配前導葉（圖14-24c）導葉裝在葉輪之前，氣流通過導葉再進入葉輪。氣流進入導葉時為軸向，流出導葉時速度為C1，C1具有與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的圓周分速度 C1（圖14-25b），稱為負預旋。氣流進入葉輪時速度為C1，而出口速度C2=Cz為軸向。這種配置型式具有較高的壓力系數(shù)，但葉輪中相對速度較大，因而損失較大、效率較低，一般=0.780.82左右。常用于要求風機體積小的場合，如車用

18、發(fā)動機的風冷設備等。4、葉輪配前后導葉(圖1424d) 這類風機是上面兩種風機的結合，其速度三角形如圖14-25c所示。葉輪進口氣流速度C1與出口氣流速度C2 對稱，風機的效率=0.820.85。由于多了一排導葉，使結構復雜，實際上很少采用。將前導葉作成角度可調(diào)，其效果較好常用于多級軸流風機。 圖14-25 各類型軸流風機的速度三角形43（四）軸流風機的性能曲線 與離心風機相同，軸流風機也可用有因次及無因次曲線來表示其性能。但是軸流風機即使同一系列同一機號，因葉片安裝角的不同，性能曲也不相同。將葉片不同安裝角的性能曲線表示在同一個性能曲線圖上，在使用時可選擇適當?shù)娘L機系列、機號及葉片角度，以便

19、于向工廠訂貨。圖14-26是T30軸流風機系列的無因次特性曲線。該風機為一般用途的風機，葉片由薄鋼板壓制而成，可裝成 10、15、 20、 25、30及35六種角度。葉輪由電機直接驅(qū)動，葉輪圓周速度不得超過60m/s。風機流量Q、壓力P因機號、葉片數(shù)、葉片安裝角、葉輪轉(zhuǎn)速而變。如機號為No.10（葉輪直徑1000mm）、葉片數(shù)Z=4、主軸轉(zhuǎn)速N=960 r/min、葉片角度=35時，其流量Q=48000m3/h、全壓P=265Pa(27mmH2O)、全壓效率=0.63、配套電機功率N=7.5kW，可由性能表格查得。 圖14-26 T30軸流風機特性曲線曲線標號與葉片角度對應關系為:1.10 2

20、.15 3.20 4.25 5.30 6.3544 農(nóng)業(yè)機械上所用的風機類型很多，其中有些還沒有形成系列，甚至找不到適合的模型風機，這時就要用理論計算法進行設計。由于理論設計不夠精確，通常要經(jīng)過試驗來修正，因而風機試驗工作很重要。 風機的空氣動力性能試驗可分為現(xiàn)場測試和試驗裝置試驗。現(xiàn)場測試是指在實際使用場所測定空氣動力性能，因受試驗及測量條件的限制，往往不易精確；但用來測定裝設好的風機性能，還是比較方便。在驗證和修改設計時，一般都用性能試驗裝置進行試驗。如實物風機過大，可采用模型試驗。工業(yè)上用作模型風機的尺寸大多為D2=500mm和D2= 1000mm兩種。45風機的性能試驗風機的性能試驗

21、一、風機的性能試驗裝置一、風機的性能試驗裝置圖14-27 風機性能試驗裝置1.集流器 2.壓力計 3.網(wǎng)柵節(jié)流器 4.風筒 5.整流柵 6.連接管 7.風機 8.錐形節(jié)流器 9.皮托管46 常用的有進氣式、排氣式及進排氣聯(lián)合式三種，可根據(jù)風機實際工作情況選用。如用吸氣風道工作時，可用進氣試驗裝置；用出風管道工作的，可用排氣試驗裝置；若風機進風口和出風口都接有較長的工作管道，則宜選用進排氣聯(lián)合試驗裝置。這樣，可使試驗接近實際工況，而且測定結果可靠，但由于進氣試驗裝置設備簡單，使用方便，大部分風機工廠都習慣于采用這種試驗裝置進行風機性能試驗。471、進氣試驗裝置 試驗風筒設置在風機進風部分，它由風

22、管、集流器、網(wǎng)柵節(jié)流器、進氣整流柵及連接管等組成。各部分尺寸關系如圖14-27a所示。試驗風筒應與風機進口面積相等，兩者面積之比不得超出0.71.3。集流器用來在jj斷面測定流量。在II 斷面上測定靜壓。在網(wǎng)柵節(jié)流器上均勻地貼上紙片或用鐵絲網(wǎng)分層疊加的方法，可調(diào)節(jié)流量以改變工況點。2排氣試驗裝置（圖14-27b）試驗風筒裝在風機出風口處，通常用皮托管測定動壓，用圓錐形節(jié)流器調(diào)節(jié)流量。3進排氣聯(lián)合試驗裝置 在風機進風口及出口上均接有試驗風筒，分別與進氣及排氣試驗裝置相似。在進氣端用集流器測流量，在進氣及排風筒上分別測靜壓；用排氣風筒出口端的錐形節(jié)流器調(diào)節(jié)流 圖14-28 集流器1.圓弧形 2.錐

23、形48 二、基本參數(shù)的測定方法二、基本參數(shù)的測定方法繪制風機的空氣特性曲線的基本參數(shù)為流量、壓力、功耗及效率等。其測定及計算方法如下。（一）流量1、用集流器測流量 集流器有圓弧形和錐形兩種型式（圖14-28）。器壁上有孔，可用來測定靜壓，如果沒有損失，則在j-j截面上（圖14-27a）動壓與靜壓相等；如考慮損失，則可引入一流量系數(shù) ，因而可算得風筒內(nèi)氣流速度V流量Q sjdjPPV22sjsjPDPDVFQ2211. 14414. 149式中 F風筒在j-j截面處的面積 Psj在j-j截面處測得的靜壓(N/m2)，通常在j-j截面的風筒上，按四等分開四孔，分別測出靜壓，然后取平均值即Psj 流

24、量系數(shù)，對圓弧形集流器，=0.99；錐形集流器=0.982、用皮托管測定流量 皮托管結構如圖14-29所示。用皮托管可測定管內(nèi)某一點的動壓力Pd (圖14-30），因而可算出該點的氣流速度。 為了測出平均流速，可將管道斷面分為面積相等的若干個小塊，分別測出每一小面積的中心的動壓力Pdi，算出其速度Vi 及平均速度Vp，再求得流量Q。 （m/s） diiPv2 nvvniip1 ppVDFVQ4250式中 F管道面積（m2 ） D圓形管道直徑（m） 矩形管道一般可分為16個或更多的小矩形面積（圖14-31a），圓形管道一般可分為五個等面積圓環(huán)，依管道直徑的大小在每一圓環(huán)測定2點或4點（圖14-31b）。各測定點直徑分別為D1=0.316D，D2=0.548D，D3=0.707D，D