农业机械讲义--第十四章风机

农业机械普遍应用离心式风机
风机按风压（相对压力）H的大小，可分为： 高压离心风机P=2940—14700N/m2 （H=300—1500毫 米水柱） 中压离心风机 P=980—2940N/m2 （H=100—300毫米 水柱） 低压离心风机P< 980N/m2 （H<100毫米汞柱）； 高压轴流风机P=490—4900N/m2 （H=50—500毫米水柱） 低压轴流风机P<490N/m2
农业机械上的风机还可分为清粮 型及通过用型两类
如图14-1a 清粮型 14-1b通用 型 14-1c径向 进气风机
图14-1 离心式风机简图 a.清粮型 b.通用型 c.径向进气 型
三、离心风机的称号
我国风机行业近年来对离心风机的习惯称号。全称包括名 称、型号、机号、传动方式、旋转方向和出气口位置等六 部分由一组数字表示其组成。现以排尘离心风机4－72－ 11No.8C右90°为例，说明如下： C 4 –72 –1 1 No.8 C 右 90°
图14-2 离心通风机内气体流动方向
1.出风口 2.蜗壳 3.叶轮 4.扩压管 5.进风口 6.进气室
二、叶轮的工作原理 叶轮的工作原理
（一）速度三角形 空 气在叶道上任一点处， 有绝对速度c，它是气流 与叶轮的相对速度ω与 牵连速度的向量和 （图14－3a）。绝对速 度c与牵连速度的夹角 以α表示。相对速度ω与 牵连速度的反方向的 夹角以β表示。通常只画 出叶片入口及出口的速 度三角形，并以1点表示 叶轮入口；2点表示叶轮 出口（图14－3b、c）。
图14-7 有限叶片数对理论性能曲线(P-Q线)的影响
n=常数；β＜90°
（一） 图 14-8 实 际 性 能 曲 线 (P-Q) 后 向 叶 片 ， n= 常 数 实际性能曲线 实际上风机有能量损失，如果只考虑流动损失，则在给 定转速下的实际性能曲线（P－Q）如图14－8所示。由于未考虑泄漏损 失 及 轮 阻 损 失 ， 它 与 实 际 情 况 有 一 定 出 入 。 图 14-9 离 心 通 风 机 的 性 能 曲 线 a. 前 向 叶 片 风 机 b. 后 向 叶 片 风 机 目前还不能用计算的方法绘制实际性能曲线。所以离心风机的性能 曲线者是根据试验数据绘制的。由风机试验可测出各工况点的流量Q、 全压P及轴功率N并算得效率 。以流量Q为横坐标所得 P－Q、N－Q、η －Q等关系曲线即为风机的实际性能曲线（图14－9）。
=
C PT = 2u < 1 PT∞ C 2 u∞
称为环流系数或压力减少系数。可见，当叶片数有限时，因C2u<C2u∞， 故理论压力相应减少。
图14-4 轴向涡流的产生原因及其c2u的影响
三、离心风机的功耗及效率
1、有效功率Ne 有效功是指气流通过风机时从叶轮取得的能量。单位 容积流量通过风机后增加的能量为全压P（N/m2），若流量为Q，则风 机的有效功率即输出功率为
PT ∞ = Nω N /m2 Q
(
)
根据动量矩定律，单位时间内，叶轮中气流对风机的动量 矩的变化，等于外力对此轴线的力矩和。 由图14—3a可知，叶道内气体abcd经时间t后，移动到efgh。 根据假设3，气流为稳定流，截面abgh内气体动量矩不变。 因而在t时间内，气体动量矩的变化为面积abfe与dcgh动量 矩之差，而面积abfe与dcgh内体质量相等，并等于每秒钟流 过叶轮气体质量乘以时间t，即 m=Qρt 叶轮入口及出口处的动量矩M1及M2分别为
N
y
=ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
PQ 1000
(kW )
2、轴功率N 轴功率就是风机轴上的输入功率。若风机的全压效率为η 则： N y
N =
η
N
3、电机功率Nm
N
m
= K
η
m
Nm = K
PQ (kW ) 1000ηη m
K——电机容量储备系数，其值可按表14－2选取。 式中 ηm——风机传动效率
表14－2 电动机容量储备系数 14－
图14-10 常用叶轮形式
a.前向叶片 b.多叶式前向叶片 c.径向曲叶片 d.径向直叶片 e.后向曲叶片 f.后向直叶片
（一）叶片形状对风机性能的影响 叶片形状影响出口安装角β2A的大小， 因而也影响在叶轮出口处气流绝对速度C2 的大小（图14－11）。C2不同， 则风机性能也有较大差异。 图14-11 叶片出口角β2A对 叶轮出口速度C2的影响 (D2、 n、u2相等) a.前向叶片(β2A＞90°) b.径 向叶片(β2A=90°) c.后向叶 片(β2A＜90°) 1、由式PT∞=ρu2C2u 可 知，C2u 愈大，则风机的压 力愈高。由图14－11可见， 在叶轮直径相同、转速相同、 流量相等时，前向叶轮风机 压力最高，径向次之，而后 向最低。
上式为离心通过风机的基本方程，又叫欧拉方程。因略去了 全部损失，所以PT∞称为无穷多叶片时的理论全压。 在上式中，C1u 是叶轮进口处气流绝对速度C1 在圆周方向的速 度分量。由于叶轮入口处具有切线速度u1 ，按速度场作用规 律，气流在进入叶轮时应该存在切向分速。但是空气的粘性 很小，在没有导流器时，可以认为气流是径向进入叶轮的， 即在叶轮入口处，α1=90°，C1=C1r，C1u=0。代入欧拉方程， 可得： PT∞=ρu2C2u
(D2、 n、u2相等) a.前向叶片(β2A＞90°) b.径向叶片(β2A=90°) c.后向叶片(β2A＜90°)
图14-11 叶片出口角β2A对叶轮出口速度C2的影响
图14-3 速度分析及速度三角形
.
气流在叶道内的速度分析 b.进口气流速度三角形 c. 出口气流速度三角形
（二）基本方程——欧拉方程
为便于计算，作假设如下： 1、气体为理想气体，流动中没有任何能量损失，故驱动风机 的功全部转化为气流的能量。 2、叶轮叶片数无限多、叶片无限薄。所以气体在叶道内的流 线与叶片形状一致，气流相对速度ω2的出口角β2与叶片出口安装 角β2A一致。 3、气流是稳定流，其流动不随时间而变化。 当风机流量为Q（m3/s）、压力为PT∞ N/m2 时（PT∞ — —叶片数无限多时的理论压力），气流则得到的能量为 N=Q PT∞ （Nm/s） 如风机轴上阻力矩为 M（Nm）、角速度为ω（1/s），） 则驱动风机的功为 N=Mω （Nm/s） 根据假设1，驱动风机的功全部转换为气流的能量，则
图14-5 风机的理论性能 曲线（PT∞-Q）
图14-6 风机的理论性能 曲线（N-Q）
值，故PT∞因Q的增加而增加（图14－5）；径向叶片β2A=90°， ctgB2=0，B=0；后向叶片，β2A<90°，ctgB2>0，B为正值，故PT∞因 Q的增加而减少。 图14-7 有限叶片数对理论性能曲线(P-Q线)的影响 n=常数；β＜90° 因假定无能量损失，所以风机轴功率N与压力和流量之乘积成正比因 而可得三种叶片的功率消耗与流量的关系曲线 （图14－6）。由图可见，前向叶片在流量增大时，功耗剧增，而后向 叶片在流量增加时，功耗增长较缓。 在叶片数有限时，风机理论压力将减少。对一定的叶轮，可近似地认 为环流系数为常数，则风机的理论性能曲线 （PT∞－Q）将变为另一 条直线（PT－Q）。图14－7是后向叶片的理论性能曲线（P－Q线）的 变化示意图。
C 、风机用途为排尘（一般可省略不写） 4 、风机在最高效率点时的全压系数乘10后的化整数 -72 、风机在最高效率点时的比转数（ns） -1 、 进口为单吸入 1 、设计顺序，1表示第一次 No.8 、风机机号，即叶轮直径D2=800mm C 、风机传动方式（共有A－F六种） 右、 旋转方向（从原动机侧看） 、 90 、出风口位置与水平线夹角
.
M 1 = Q ρ tc1 R1 cos α 1 M 2 = Q ρ tc 2 R2 cos α 2
M=
M2 M1 = Qρ(c2R2 cosα2 c1R1 cosα1 )( N m) t
单位时间内动量矩的变化为力矩M 或
γ
.
所以
M =Q (c2R2 cos 2 c1R cos 1)(N m) α α 1 g ω M P∞ = = ρ(c2R2ωcos 2 c1Rωcos 1) α α T 1 Q
风机轴功率N（kW） <0.5 0.5―1 K 1.5 1.4 1－2 1.3 2－5 1.2 >5 1.15
四、离心风机的性能曲线
风机的基本性能参数为流量Q、风压P、轴功率N及效率η。这些 性能参数均受风机转速的影响。当风机转速一定时，风压、功率 及效率与流量之关系曲线，称为离心通风机的性能曲线。 （一） 理论性能曲线 在绘制理论性能曲线时，不考虑能量损失。 当叶片无限多时，风机的理论压力为PT∞。由图14－3c可知： C2u=u2－C2rctgβ2 C2r 2 代入 PT∞=ρu2C2u式得： P∞ = ρu2 1 ctg 2 β T u 2 因为 Q=πD2b2C2r 所以
第二节 离心风机的工作原理
工作 过 一 、 离 心 风 机的 工作过 程
离心风机主要由叶轮、进风口及 蜗壳等组成（图14－2）。叶轮 转动时，叶道（叶片构成的流 道）内的空气，受离心力作用 而向外运动，在叶轮中央产生 真空度，因而从进风口轴向吸 入空气（速度为c0）。吸入的 空气在叶轮入口处折转90°后， 进入叶道（速度为c1），在叶 片作用下获得动能和压能。从 叶道甩出的气流进入蜗壳，经 集中、导流后，从出风口排出
Q 2 P∞ = ρu2 1 ctg 2 β T πD b u 2 2 2
式中 D2——叶轮外径 b2——叶轮外径处叶片宽度 在叶片无限多时，气流出口角β2 等于叶片安装角β2A 。一台风机 若转速不变，则u2、D2、b2、β2A均为常数，则有： PT∞=A－BQ 图14-5 风机的理论性能 曲线（PT∞-Q） 图14-6 风机的理论性能 曲线（N-Q） 因A、B为常数，所以PT∞与Q 成线性关系。对前向叶片，β2A>90°， ctgB2<0，B为负