单级轴流风机气动设计
轴流风机叶片的设计方法及实例
综 合
的作用�传统的轴流通风机设计方法包括以气动性能 良好的机翼为原始叶型 的孤立叶型设计方法 和基于 二元叶栅理论的叶栅设计法，在上世纪 0 年代出现
了一些基于准三元流动的叶片造型方法�采用上述方 参数， 设计了一款实用新型旨在提 供一种流量大, 全 研 法所设计的通风机叶片比较多的是平面叶片， 虽然工 � � � 压高的 系列变压器轴流通风机， 其中 表示风机 艺简单， 但性能较差�少量的扭曲叶片也大多是由平 � � 叶轮直径为 00 毫米， 表示风机为前吹式�其总体 究 面叶栅叠加而成， 而不是真正的基于全三维造型设计 结构形式由电机, 叶轮, 导流罩, 支架, 机 壳和防护罩 的扭曲叶片， 从而也影响了通风机的 性能， 因 而很难 等 6 部分组成�其特征是电机位于风机的进口端， 电 达到变压器轴流通风机流量大, 全压高的要求� 1. 轴流风机的叶片设计理论 轴流风机设计的核 心就是叶片型线设计 �本文 机轴和 叶轮相连 ， 驱动叶轮 旋转， 电 机由支 架支撑， 外面套有导流罩， 导流罩位于风机 的进口端， 为中空 的锥形柱体， 底端面的直径和轮毂 的直径相等， 机壳
根据扭曲叶片理论，采 用全三维造型来进行 叶片流 � � 为直径 0 毫米的圆筒形�在进口端略呈喇叭口状， 型设计， 并结合空气动力学理论， 应用变环量 流型设 以使气流平顺地进入 风机的流道，在风机 的进口端 计方法， 使叶片的做功分布更加符合 运动规律， 从而 发挥出更高的功能转换效益� 首先， 基 于抛物面理论， 我们在柱坐标下 建立叶 片中型面方程： （ - / ） 其中： （ ） ( )/ ， 通过参数 , 端面上有防护罩，以 避免杂物进入风机流 道和叶片 发生撞击� 其中的风机叶片 为特殊设计，在设计 过程中采 用了抛物面理论和不 等功原理，对叶片的 流型和流 面进行全三维的造型 设计，得到的叶片为 三维的扭 曲叶片 ， 其 特征为 叶片不等 厚， 型面 连续光 滑， 任一 相贯面与型面相割， 得到的相贯线呈流线 形状的机 翼形， 以使得本实用新型具有优良的气动性能� 本实用新型的总体结 构中， 增 加了导流罩部分， 导流罩位于风机的进口端 ， 套在电 机的外面， 其作用 是使气流平顺地进入 通风机的流道，从而 提高风机
单级轴流风机气动设计
单机轴流通风机的气动设计 一、设计参数全压： P=900P a 流体密度：ρ=1.2kg/m 3 流量： Q=30m 3/s 转速： n=750r/min 二、轴流风机方案设计电机转速选取确定通风机转速n 、叶轮直径D 及圆周速度，通风机采用同步电动机直接驱动，选取起转速n 分别为750r/min,1000r/min 和1450r/min ；转速已给，取n=750r/min 。
在设计中，初选级的形式为叶轮后设置导叶，涉及叶轮参数的选取时，对其采用相同参数的R+S 级叶轮（即叶轮后设置导叶）选取。
对于已给定流量Q=30m 3/s 和全压P=900P a 条件下的通风机，应采用孤立翼型设计方法。
三、叶轮参数的选取1．计算轴功率：取η=0.88，0.98m η=，得kw P Q N m 3.3198.088.01000900301000=⨯⨯⨯=••=ηη2.比转数259003075043214321=⨯==PQ nn s3.查图？？，取v=0.65,查图？？，取Ku=1.8 叶轮外径：m n P K D u t 77.175014.3900184.774.77=⨯⨯⨯==π轮毂直径：m D D t h 15.177.165.0=⨯=•=ν 4.圆周速度s m n D u t t 706075077.114.360=⨯⨯==πs m u t 70=满足u t ≤60~80，属于低噪音轴流风机的设计，符合标准压力系数153.0702.190022=⨯==t u P P ρ 当P =0.15~0.25或n s =20.8~32.5（115~118）时，可以采用叶轮加后导叶的级。
根据压力系数与比转数验证采用叶片加后导叶的方案是合理的。
5.轴向速度s m D D Q c h t a 1.21)15.177.1(430)(42222=-=-=ππ6.等环量级的优点是沿半径能量头和轴向速度不变，计算简单。
而且具有无旋运动的形式，可以认为它的效率比较高。
单级轴流式风机型式和参数及结构简介
单级轴流式风机型式和参数及结构简介1）型式引风机：动叶可调轴流式HU27050-22 风量：2270050m3/h 出口全压：8.50kpa送风机：动叶可调轴流式FAF26.6-14-1 风量：996500m3/h 出口全压：4.45kpa一次风机：动叶可调轴流式PAF19-13.3- 2 风量：434016m3/h 出口全压：14.894kpa2）设计参数（见表4－2－1）结构简介图4－2－6，为送风机的结构图，送风机是单级动叶可调轴流风机。
图4－2－6 送风机的结构图图4－2－7 单级轴流风机结构图4－2－8 风机的叶轮单级轴流风机结构如图4－2－7所示。
送风机和引风机由以下部件组成：驱动电机、联轴器、主轴承、轴承润滑油系统、消声器、进气箱以及连接管道、风机轴、轴流叶片、液压供油系统、液压缸、调节杆、失速探针等。
每台送风机均有润滑油系统，主轴承的润滑油是由位于轴承座上的油槽提供。
当主轴承温度超过90℃时，将会报警，运行人员需监视该温度并分析产生的原因，其原因可能为润滑油中断、冷却水系统故障。
如温度继续升高达110℃时必须立即停机。
送风机和引风机均采用挠性联轴器，即在电动机与风机之间装有一段中间轴，在它们的连接处装有数片弹簧片，其具有尺寸小，自动对中，适应性强的特点。
一次风机主轴承采用滚柱轴承并带有一个焊接轴承箱，可承受转子全部的载荷。
主轴、轴承箱和动叶调节的液压缸全部位于风机的芯筒内。
图4－2－9 风机叶片的轮毂每台风机均有扩压器，将动能转变成静压能，降低涡流损失，提高风机的效率，同时使空气流更加均匀，风机的出口过渡段允许扩压器和风道相连接。
扩压器的出口和过渡段进口的连接均为挠性连接，可以减少风机传给风道的振动。
表4－2－1 送风机、引风机及一次风机设计参数表a、送风机设备规范（技术协议数据）(倍) 6.5 最大转矩 (倍) 1.8 绝缘等级级 F 防护等级IP54 起动电流/额定电流 6.5 起动时间 s 10 重量 Kg 9700 冷却方式 IC611b、吸风机设备规范（技术协议数据）c、一次风机设备规范（技术协议数据）。
轴流通风机的优化气动设计理论及方法
轴流通风机的优化气动设计理论及方法
在轴流通风机的空气动力设计中日益趋向采用优化设计方法，即在满足轴流通风机设计参数及各种工程约束条件下，合理选择计算通风机的气动参数和结构参数，从而使通风机的效率提高、噪声降低、尺寸小及重量轻。
我们多年来一直致力于轴流通风机的优化气动设计理论研究及其气动设计软件的开发。
研究内容主要包括：轴流通风机的最优流型设计、轴流通风机结构参数的优化选择计算以及轴流通风机的多目标优化设计理论；气动设计软件主要包括其核心的优化气动设计部分、有关参数输入界面、风机结构参数输出界面以及与CAD的接口，以期达到输入设计性能参数后，能实现轴流通风机的自动气动优化设计，自动输出满足用户所需风机性能和要求,诸如高效率、低噪声、重量轻、安全可靠等单一指标或多指标设计要求的风机结构参数，并能自动输出叶片、叶轮、导流器、机壳等主要设计图纸。
目前该设计软件已经完成其核心的优化气动设计部分，输入与输出界面等还有待解决。
该轴流通风机优化气动设计软件经过多种轴流通风机的设计实践检验，例如，消防排烟轴流风机、地铁单向运转排烟轴流通风机（专利号：Z1.9）、地铁隧道双向可逆运转排烟轴流通风机（专利号：Z1.9。
该产品获得2004年上海国际流体机械展览会金奖）、高效率低噪声纺织轴流通风机（专利号：Z1.7）、大风量高压力喷雾轴流通风机（专利号：Z1.Oo2005年12月通过江苏省科技厅组织的新产品鉴定。
鉴定委员会专家一致认为，该产品主要技术性能指标达到国内领先水平，适合纺织行业等空调系统的需求。
该项目于2006年获得江苏省科技进步三等奖）等，已经充分证明了该轴流通风机优化气动设计软件的实用性和可匏性。
轴流风机气动性能的仿真与研究
轴流风机气动性能的仿真与研究第一章：引言轴流风机是一种常见的空气加压和输送设备，广泛应用于大型热电厂、工业厂房、船舶、飞机等领域。
因此，轴流风机的气动性能对于设备的正常运行和工业生产的质量具有重要的意义，同时也是工程机械和航空航天等领域的研究热点。
本文将围绕轴流风机的气动性能进行研究和仿真分析，以期对相关工程问题提供一定的参考。
第二章：轴流风机的工作原理及气动性能参数分析轴流风机的工作原理是通过风机叶轮的运转，驱动流体在风机叶片上转动，并将流体压缩和加速，从而产生气流。
轴流风机气动性能参数主要有：流量、压力、效率、动叶尖间隙等。
1. 流量轴流风机的流量是指单位时间内通过叶轮的流体体积，也称排风量。
通常使用风机的空气羽流量Q，即单位时间内流过风机的空气体积。
可以用式子Q = ωVT（公式1）来表示，其中ω为叶轮转速，V为出口风速，T为风机效率。
2. 压力轴流风机的压力是指风机强制流体运动时形成的系统压强。
通常使用风机的压头H来衡量风机压力。
压头是指风机入口处和出口处的压强差，可以用公式H = Δp/ρ（公式2）来表示，其中Δp为入口与出口处的压力差，ρ为空气密度。
3. 效率轴流风机的效率是指总功率与轴功率之比，反映了风机机械输入能量的利用效率。
可以用公式η = P/Q（公式3）表示，其中P为风机输入功率，Q为风机排风量。
4. 动叶尖间隙轴流风机的叶轮与壳体之间的间隙被称为动叶尖间隙，它直接影响到轴流风机的流量、压力和效率。
动叶尖间隙越大，回流越大，流量和压力降低；间隙越小，阻力大，效率降低。
因此，动叶尖间隙的优化设计对轴流风机气动性能具有重要的影响。
第三章：轴流风机气动性能的仿真分析轴流风机的气动性能仿真分析是工程领域研究的重要方法之一，具有重要的实用价值。
本章将从轴流风机的数值模型、边界条件、计算方法和结果分析等方面进行描述。
1. 轴流风机的数值模型轴流风机的数值分析模型可以采用三维模型，包括风机叶轮、静叶、进出口等部分。
风洞轴流式风扇气动设计
风洞轴流式风扇气动设计
轴流式风扇是一种常见的气动设备，它通过将空气沿着轴线方向进行推进或抽出来实现空气流动。
在设计轴流式风扇时，需要考虑多个方面，包括叶片设计、流道形状、叶片角度、叶片数量、转速控制等。
首先，叶片设计是轴流式风扇气动设计中至关重要的部分。
合理的叶片设计可以有效地提高风扇的效率。
叶片的厚度、弯曲度、扭曲度以及叶片的末端形状都会影响到风扇的性能。
通过流体力学分析和模拟，可以优化叶片的设计，以获得最佳的气动性能。
其次，流道形状也是轴流式风扇设计中需要考虑的重要因素。
流道的设计应该能够有效地引导空气流动，并尽量减小流体动能的损失。
合理的流道设计可以降低流阻，提高风扇的效率。
另外，叶片的角度也是影响轴流式风扇性能的关键因素之一。
叶片的角度会影响到空气流动的方向和速度，进而影响到风扇的输出性能。
合理的叶片角度设计可以使得风扇在不同工况下都能够保持较高的效率。
另外，叶片数量和转速控制也是需要考虑的因素。
合理选择叶
片数量和控制转速可以使得风扇在不同工况下都能够有较好的性能
表现。
综上所述，轴流式风扇的气动设计涉及到多个方面，需要综合
考虑叶片设计、流道形状、叶片角度、叶片数量和转速控制等因素，通过综合优化，可以设计出性能优良的轴流式风扇。
《轴流通风机的工程设计方法》
轴流通风机的工程设计方法信息来源：中国风机网 -风机常识发布时间： 2006-8-2风机是量大面广的通用机械产品；风机是利用一个或多个装有叶片的叶轮的旋转和气体或空气的相互作用来压缩和输送气体或空气的流体机械；风机是透平压缩机、透平鼓风机和通风机的总称。
通风机：在进口压力和温度分别为 101.3kPa 和 20 ℃、相对湿度为 50% 的标准空气条件下，全压小于等于 30kPa 的风机称为通风机。
通风机主要有离心式和轴流式两大类。
在轴向剖面上，在叶轮中气流沿着半径方向流动的通风机为离心通风机；离心通风机为轴向进气径向排气。
在轴向剖面上，气流在旋转叶片的流道中沿着轴线方向流动的通风机为轴流通风机；轴流通风机为轴向进气和排气。
相比较而言，离心通风机压力大、流量小；轴流通风机压力小、流量大。
轴流通风机的分类如下：1)按压力分类GB/T 19075-2003/ISO 1334.9：1999《工业通风机词汇及种类定义》中指出：低压通风机的压比低于 1.02 ，参考马赫数小于 0.15 。
当处理标准空气时，其压升小于 2kPa 。
中压通风机的压比大于 1.02 而小于 1.1 ，参考马赫数小于 0.15 ，对应压升为2kPa 至 10kPa 。
高压通风机的压比和压升大于上述值。
标准进一步指出：通风机叶轮依据其圆周速度将产生或高或降的压力，并定义了各种“通风机类型”的压力范围，即各类通风机在最高效率和最高转速时，通风机的压力不低于下表 1-1 中给定的值。
在任何情况下，被定义的通风机压力应不超出通风机在最高转速时所产生的最大压力的 95 ％通风单位质量功 y最大压力 pmax机名代码kJ/kg 分类称(用于标准空气 )kPa0＜ y≤ 0.60≤ pmax≤0.700.6 ＜y≤ 0.83低压L0.7 ＜pmax ≤1.00.83 ＜ 1.0＜ pmax ≤1.61y≤ 1.33说明忽略通风机内空气密度的变化1.33 ＜21.6＜ pmax ≤2.0 y≤ 1.6731.67 ＜y≤30.7 ＜pmax ≤1.04空气密度的变化是否忽略，中压M3＜y≤ 5.25 3.6 ＜pmax ≤6.35取决于5.25 ＜y≤ 8.336.3＜ pmax ≤106所要求的精度8.33 ＜y≤ 13.337不可忽略10＜pmax ≤1613.33 ＜通风机内高压16 ＜pmax ≤22.48H空气密度的变y≤ 18.6722.4 ＜pmax ≤ 3018.67 ＜y≤ 259化透平压缩＞25＞30机2)按轮毂比分类按照轮毂直径和叶轮外径之比即轮毂比，轴流通风机有低压、中压和高压型式之分，这表示在给定的流量下，轴流通风机所产生的压力是低的、中等的或高。
轴流式通风机课程设计
轴流式通风机课程设计第一节 设计原始条件和要求设计轴流式通风机时，一般应给出下列原始资料：流量Q （3/m h ）、全压p （pa ）、工作介质密度ρ（3/kg m ）或工作介质温度t 、大气压力，以及结构上的要求和特殊要求等。
初始条件：流量Q ＝44263/m h ，风机全压p ＝261Pa ，介质为空气，其进口状态为标准状态（0p 为1个大气压，温度为20℃，空气密度31.24/kg m ρ=），设计一广泛应用于一般工厂、仓库、办公室、住宅内的轴流式通风机，要求全压效率η不小于80%。
设计目的：要求学生熟练掌握轴流式通风机的基本理论和设计方法，并初步掌握用所学的理论和方法进行轴流式通风机的设计。
设计要求：（1）满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近； （2）最高效率值要尽量大些，效率曲线平坦；（3）通风机结构简单、工艺性好、材料及附件选择方便； （4）有足够的强度、刚度，工作安全可靠； （5）运转稳定、噪声低；（6）调节性能好，工作适应性强； （7）通风机尺寸尽可能小，重量轻；（8）操作和维护方便，拆装运输简单易行。
第二节 设计计算的主要内容设计计算的主要内容为：通风机类型的选择（离心式、轴流式），方案选择与比较，驱动方式选取，计算比转速s n ，叶轮设计计算，叶型选型与设计（确定叶轮外径及轮毂直径），计算圆周速度t u 及压力系数p ，求轴向速度z c ，计算扭速u c ∆，计算平均相对速度m w 及气流角m β，选择叶片数z ，选取各截面的升力系数y c 及相应的攻角α，求叶片宽度b ，叶型的安装角A β，叶片型线的绘制，集流器、整流罩和扩散筒的设计计算，通风机主要零部件材料选取，主要零部件强度计算与校核，通风机临界转速计算，零部件图和总装配图的绘制。
目前大多数轴流通风机都是采用孤立叶型设计法，这种方法较为简便有效。
此处就采用孤立叶型的设计法来设计一般用的轴流式通风机。
其设计计算的主要内容有：一、方案选择与比较方案类型：叶轮前设置前导叶；叶轮后设置后导叶；单独叶轮级；叶轮前后都设置导叶。
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单机轴流通风机的气动设计 一、设计参数
全压： P=900P a 流体密度：ρ=1.2kg/m 3 流量： Q=30m 3/s 转速： n=750r/min 二、轴流风机方案设计
电机转速选取
确定通风机转速n 、叶轮直径D 及圆周速度，通风机采用同步电动机直接驱动，选取起转速n 分别为750r/min,1000r/min 和1450r/min ；转速已给，取n=750r/min 。
在设计中，初选级的形式为叶轮后设置导叶，涉及叶轮参数的选取时，对其采用相同参数的R+S 级叶轮（即叶轮后设置导叶）选取。
对于已给定流量Q=30m 3/s 和全压P=900P a 条件下的通风机，应采用孤立翼型设计方法。
三、叶轮参数的选取
1．计算轴功率：
取η=0.88，0.98m η=，得
kw P Q N m 3.3198
.088.01000900
301000=⨯⨯⨯=••=
ηη
2.比转数
25900
30
7504
3
21
4
3
2
1=⨯
==P
Q n
n s
3.查图？？，取v=0.65,查图？？，取Ku=1.8 叶轮外径：m n P K D u t 77.1750
14.3900
184.774.77=⨯⨯⨯==
π
轮毂直径：m D D t h 15.177.165.0=⨯=•=ν 4.圆周速度
s m n D u t t 7060
75077.114.360=⨯⨯==π
s m u t 70=满足u t ≤60~80，属于低噪音轴流风机的设计，符合标准
压力系数
153.070
2.19002
2=⨯==
t u P P ρ 当P =0.15~0.25或n s =20.8~32.5（115~118）时，可以采用叶轮加后导叶的级。
根据压力系数与比转数验证采用叶片加后导叶的方案是合理的。
5.轴向速度
s m D D Q c h t a 1.21)15.177.1(4
30
)(42
222=-=-=ππ
6.等环量级的优点是沿半径能量头和轴向速度不变，计算简单。
而且具有无旋运动的形式，可以认为它的效率比较高。
实践证明，等环量级的空间流动形式与计算值是很接近的。
对于轮毂比较大的叶片，用等环量计算可以满足要求。
将叶片分为五个截面，按等环量计算各参数
s m D D D h t m 49.12
15.177.122
22
2=+=+=
s m n
D u m m 48.5860
750
49.114.360
=⨯⨯=
=
π
s m u P c m um 57.1488
.048.582.1900
=⨯⨯==
∆ηρ 取1=a
85.10)2
49.1(57.14)2(
=⨯=•∆m um D c r
c u 85
.10=∆
7. 选取LS 叶型，取平均相对厚度0.10c =，叶片计算结果列于表中。
注：１、前缘相对半径r
1/C
max
=12%；后缘相对半径r
2
/C
max
=9%。
２、重心距翼弦的距离y
0=0.42C
max。
３、重心距翼型前缘的距离x
=0.445b。
表中叶片数的选取：
当叶栅的速度三角形不变时，升力系数Cy与弦长b的乘积（Cy×b）具有定值。
对于选定的叶型来说，在额定工况下，Cy是一定的。
因而，叶片数z的改变，意味着b的改变。
z增加则b减小，z减少则b增加。
对同一轮毂比和叶片弦长而言，叶片数增加则叶栅稠度增加，这将引起叶栅升力系数的下降，使得流道内的流动损失迅速上升。
如果叶片数过少，将使每个叶片的负荷增大，从而使气动性能变坏，导致风机的全压降低。
因此，为保证两级叶轮流动的匹配，对于一定的轮毂比和叶片弦长的风机，存在一个最佳叶片数的问题。
根据叶栅试验数据，叶
片数z 可用下列公式算出：
61z ν
ν
=
-， 也可查表？？得
ν=0.65，Z=12
8.叶片的绘制
弦长b 在叶栅额线及叶栅轴向方向的投影列于下表
各计算截面翼型的重心坐标，重心距翼型前后缘的距离在叶栅额线及叶栅轴向方向的投影列于下表。
根据LS翼型断面坐标值，可计算出各截面的翼型尺寸列于下表
根据上述数据，绘制各计算截面的翼型，。
为改善叶片受力情况，各计算截面的翼型重心都落在同一径向线上。
根据这一原则绘制了叶片的投影图。
9.后导叶参数选取
后导叶即出口导流器，它与前导叶不同，是一种扩压叶栅。
其作用是把流出叶轮的偏转气体旋回轴向，同时将偏转气流的动能转变为静压能。
因此，相对于无后导叶的单叶轴流风机而言，装置后导叶的风机，其静压效率显著提高，并使风机最高全压效率工况点和最高静压工况点彼此接近。
对于在管网阻力比较大的场合下使用的轴流风机，如果它所要求的功率较大，一般可设置后导叶。
这样，风机的出力能够得到充分的发挥，并改善了风机的运转使用性能。
后导叶可采用机翼型，也可采用等厚度的圆弧板叶型。
一些试验表明，在其他条件相同时，采用曲率相同的等厚度圆弧板形后导叶代替机翼型后导叶，也具有较良好的空气动力性能，而制造很方便。
后导叶的计算与叶轮的计算方法基本相同，可按孤立叶型法与叶栅法进行。
以前推得的叶栅气动参数和几何参数之间的关系，对静止叶栅同样适用。
只需以气流角α代替β，以导叶内的平均速度m c 代替动叶栅m w 即可。
后导叶数一般取为叶轮片数的1.5-2.0倍，为防止叶片震动，应使动叶叶片数与导叶叶片数互为质数。
由于动叶为12片，所以取后导叶为18片。
叶栅法对后导叶进行计算
（1）根据叶轮计算得到的速度三角形，求出导叶的进出口气流角*
2α、*3α
u z
c c tg 21
22-*
==αα u
z
c c tg 31
33-*
==αα 理论和实践证明，若取u c 3不为零时，对于提高效率更为有利，故一般取
u u c c 23)25.0~0(=
（2）根据2α、3α求出气流转折角α∆
*∆=-=∆αααα23
然后由*∆α查图？？，选取最佳稠度b 。
（3）选择后导叶叶片数，求出t 。
（4）确定叶片宽度)(t t
b
b •=
（5）求出弯折角θ
b
t m
i --∆=
*
*1αθ
（6）选取叶片进口冲角*i ，一般取 3~0=*i
*+=i A 22αα
（7）利用式b
t
m θ
δ=*求出气流落后角*δ *+=δαα33A。