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  精品文档 你我共享 中国制冷配件网-当前位置:首页 制冷学院 风机风管理论 正文 轴流式风机设计简介 我要打印 来源:中国制冷配件网 IE 收藏 放入公文包 我要留言 添加人:chinazlsxy 添加时间:2005-7-14 14:12:24 一、 前言 送风机 - 俗称风扇 - 是被广泛使用中的一种流体机械 , 小至个人计算机及电子产品散热 , 进 而到家用电扇 、 冷气机内散热 , 大至工厂通风 、 隧道通风、 输送及大型空调与冷却等 , 现代生 活可以说无法脱离送风机的应用范围 。 早期送风机的演进 , 大部份都是因应新的应用领域而在材质 上做改进 , 以求坚固适用 , 性能方面的改进则比较不显著 。 从大约 1930 年代开始 , 气体动力 学因长期基础科学研究及实际应用需求 , 开始蓬勃发展 , 而制造航空器材累积下来的技术数据及经 验 , 逐成为日后送风机性能改进的重要依据 。 送风机的性能一般指在操作时所能产生的风量 ( 通常以体积流量代表 ) 及压力 ( 通常以水柱高 度表示 ) , 特殊用途的风机还须考虑吹距 ( 如喷流式风机 ) 、 耐温特性 ( 高温作业环境使用者 ) 、 抗蚀特性 ( 化学作业环境使用者 ) 、 正反转性能 (隧道通风 ) 等等 。 提供风量是送风机的目的 , 但气流的运动须负担动 、 静态能量损失 , 因此该目的风量还需具有一定压力 , 以克服上述损失 , 才能达到使用送风机的目的 。 送风机的风量 - 压力性能通常以如图一的方式代表 , 其中横轴是风 量坐标 , 而纵轴则是压力坐标 ; 不同类型的送风机 , 该曲线的形状会不相同 , 不过对本文所要说 明的概念而言 , 图一的曲线便具有足够的代表性 。 图二是动 、 静态能量损失的代表曲线 ( 亦称系 统阻抗曲线 ) 。 同样地 , 不同的应用系统 , 其损失曲线当然也不尽相同 。 图三则是由图一与二 重迭而得 , 由于系统只有在无风的情况下气流能量损失是最小 , 而送风机在最大风量时气流压力又 最小 , 因此系统加上风机后的操作点 , 一般就是如图三中两曲线的交点 ( 既不是风机的最大风量或 压力点 , 也不是系统的零风量点 ) 。 当然 , 在系统确定的情况下 , 如果使用者选择风机不当 , 则如图三中的交点所对应的风量 , 就不会是系统需求的风量 ( 太大或太小都有可能 ) 。 送风机设计简单的说, 就是利用一系统化的方式及方法 , 根据使用者的要求或市场产品性能区隔 精品文档 你我共享 体系 , 计算规划出合乎需求的送风机组 。系统化的方式及方法包含设计技术及测试技术两大部份 , 设计技术内容有理论基础及实验与经验数据的应用 , 而测试技术则含规范标准的遵守及设备的建立 ; 而由送风机种类不同 ( 大致上哿分为轴流式 、 斜流式及离心式三型 ) , 其设计方法及数据应用也不 相同 。 本文以下将简述不同设计层次间的差别 , 然后针对轴流式风机设计与硬用做简要说明 , 最 后以轴流式风机发展进况做一结论 。 二、 研究方法 机械设计课题属于所谓的反问题 ( Inverse Problem ) , 而一般面对的称为正问题 ( Direct Pr oblem ) ; 正问题问 : 在某一操作条件下 , 某设备的输出为何 ? 反问题则问 : 若需输出为 A , 则设备为何 ? 设计既属反问题 , 因此需要大量实验及经验数据 , 而理论基础则根据输出需求将资料 做合理搭配 。 流体机械设计目前状态罢概可以图四表示 , 图中方块代表设计技术中的理论基础 , 愈往左上方走 , 分析的性值愈浓厚 , 设计的工能愈薄弱 ( 愈接近正问题课题 ) , 也就是目前所谓 的 CFD 领域 ; 往图右下方走 , 则设计的性质渐浓 , 分析的能力变弱 。 据笔者了解 , 目前商业 化应用的大概在右下方三个方块范围内 , 其中左方的层次尚未发展成熟 , 但被认为具潜力 , 而最 被广泛利用的是右方的理论基础 , 而中间的层次则被用来做分析修整初步设计为最多 。 下面便举在 最右方块所代表范围里的一个例子 , 简单介绍其原理 。 一般轴流式风机设计 , 大致上均不出自由涡流式或任意涡流式叶片设计 , 其间的主要不同点在 设计者要求叶片作功的方式不同 ; 自由涡流式设计要求叶片不论半径 , 都须作出等量的功 , 由于接 近叶根部份因半径较小而切线速度较慢 , 因此需要较大的扭曲及较长截面 , 才能与叶顶部份具有相 同的作功能力 。 扭曲及对截面气动性能的要求常使得自由涡流式风机无法提供较大压力的需求 。 为 适应日益广泛的应用状况 , 设计锗者开始在不剧烈破坏径相平衡条件 ( 气流在径向的流动与轴向相较 可忽略 ) 之下 , 利用半径愈大可作作功能力愈强的自然特性 , 要求叶片作功量随半径变化 , 减轻 对叶根部的依赖 , 如此不但使设计更广为所用 , 同时也提高了轴流式风机的稳定性 。 因为自由涡 精品文档 你我共享 流式设计可视为任意涡流式设计的特例 , 以下将直接简述任意涡流式设计原理 。 图五为一轴流式风机示意图 , 标示 1 及 2 分别代表入口及出口位置 。 在径向流动可忽略的前 提下 , 流体全压可依下两式表示 : 假设没有能量损失 , 则流体入出口全压差应是 以上各式所用符号 , P 代表静压 , ρ 乃气体密度 , υ 代表轴向流速 , ω 是角速度 , Ω 代表转速 , 而 r 乃径向坐标 。 ( 2 ) - ( 1 ) 并带入 ( 3 ) 式 , 且将结果以 U 代表平均轴向速度 , 可由设计风量与流道截面关系求得 。 压力差项可藉径向平衡假设求得如 下 : 因此 , 在入口条件已知的情形下 , 出口轴向速度分布可依下式求得 : 精品文档 你我共享 其中ru 代表轴向速度恰等于 U 的半径位置 。 ( 4 ) 式中未知数为u2 及ru, 而 , 平均轴向速度 U 之定义为 : 则是 设计者要求叶片的作功方式 ( 若属自由涡流式 , 则本项与半径成倒数关系 ) 。 再根据质量守恒定律 将( 4 ) 式带入 ( 5 ) 中 , 得到一个仅有一个未知数ru 的积分方程式 , 可以用数值迭代的方 式来求解 , 这样出口的轴向及圆周方向速度便都得到了 。 精品文档 三、 应用实例 你我共享 家用排风机通常被做通风或散热目地用 , 而一般嵌壁式排风机均以零压点 ( 最大风量点 ) 做为 排列规格 , 而实际上该点可能既非操作点 , 也非该风机设计点 , 理由是风机运转时多少有些阻抗 必须克服 , 而设计者顾虑操作裕度的关系 , 亦会以一假想阻抗值做为设计点 。 今以一外商品牌之 风讥为参考 , 在不变更其几何尺寸的前提下 , 降低转速并改善性能 。 外商排风机规格为 : 直径 : 300 ㎜ 转速 : 1400 RPM 最大风量 : 1500 CMH 经实测其性能后 , 其压力 - 风量特征曲线如图六中圆圈符号所示 , 最大风量点约是 1467 CMH , 最大静压为 4.6 Aq , 最高全压效率 49 % , 而最高静压效率约为 31 % 。如果以 1.5 ㎜ Aq 做为 预定阻抗值 , 则该排风机操作风量约为 1170 CMH 。 图六中流量系数定义为流量除以转速与直径立方 的乘积 , 而压力系数则是静压除以转速与半径乘积平方而得 。 新设计排风扇之规格如下 : 直径 : 300 ㎜ 转速 : 1000 RPM 最大风量 : 900 CMH 精品文档 设计静压 : 2 mmAq 你我共享 其中设计静压是目前设计软件可接受之最小值 ; 新设计雏型机之实测性能以图六中之星号代表 。 新设计排风扇之最大风量 1200 CMH , 最大静压为 4.2 mmAq , 最高全压效率 54 % , 而最高静压 效率约 40 % , 若阻抗以 1.5 mmAq 计 , 新排风机操作风量为 970 CMH 。 图六显示在实际可能操作 区间内 , 新设计扇效率优于现品 , 而性能曲线则全段都较优 。 另现品风机前一米处平均噪音值约 65 dB , 而新设计风机噪音值为 54 dB 。 噪音值的降低 , 主要是风机叶尖切线速度降低而得 ( 也 就是转速降低所致 ) 。 四、 轴流扇设计驱势 目前冷冻空调界 , 特别是在家电及空调业 , 由于使用者对环境品质的要求 , 使得业者开始朝 低噪音的轴流扇设计方向发展 , 采用的方法大概是叶片前倾或后倾 , 所开发出的扇叶与传统轴流扇 叶比较 , 截面弦长均较大 。 笔者认为改进轴流风机噪音上 , 可先用前述方法设计一传统轴流扇 , 确定性能 、 效率均已达所求 , 并粗略认定操作时无明显流体剥离现象后 ( 否则不易掌握噪音来源 ) , 采取前倾或后倾调整 , 原设计参数中的弦角及攻角可能也须相应调整 , 以免噪音是降低了 , 但性能也随着降低 。 风机噪音产生原因很多 , 而不同的原因所显示的噪音特征也不相同 , 如能配 合一无回响室的使用 , 准确测得噪音频谱 , 则对低噪音扇的设计更可事半功倍 。 最新供应信息 [供] 球形不锈钢水塔 [供] 气调冷库设备 气调冷库安装.. [供] MANN 曼牌滤芯 [供] A2008 高精度报警温湿度表.. [供] 方形玻璃钢冷却塔 [供] 全不锈钢双金属温度计 最新求购信息 [求] 推入式翅片蒸发器 [求] 武汉废品回收 废旧积压物资.. [求] 中央空调回收废旧物资回收制.. [求] 武汉废铜废电线回收不锈钢锅.. [求] 冷库门 [求] 控制面板 沁园春·雪 北国风光, 千里冰封, 万里雪飘。 望长城内外, 惟余莽莽; 大河上 下, 顿失滔滔。 精品文档 你我共享 山舞银蛇, 原驰蜡象, 欲与天公试 比高。 须晴日, 看红装素裹, 分外妖娆。 江山如此多娇, 引无数英雄竞折腰。 惜秦皇汉武, 略输文采; 唐宗宋 祖, 稍逊风骚。 一代天骄, 成吉思汗, 只识弯弓射 大雕。 俱往矣, 数风流人物, 还看今朝。 克

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