CN109099007A - 一种离心式风机的设计方法及其结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心式风机的设计方法及其结构，包括呈圆形板状的叶盘和与所述叶盘固定连接的叶片组，所述叶片组的截面呈环形，所述叶片组的内径为134mm，所述叶片组的外径为257mm，所述叶片组包括多个沿换向阵列设置的前向叶片，所述前向叶片的内侧高度为65.6mm，所述前向叶片的外侧高度为34.2mm。本发明通过对叶轮的尺寸结构进行设计，所设计出的叶轮径向尺寸小，进而保证了离心风机结构的紧凑性，同时可保证风机输出较高的风压。

Description

一种离心式风机的设计方法及其结构

技术领域

本发明涉及风机领域，具体涉及一种离心式风机的设计方法及其结构。

背景技术

目前，大部分离心式风机的叶轮结构的叶片采用径向结构安装。即：叶片在叶盘上按照叶盘的轮廓圆的径向分布安装。但现有径向型分布安装叶片的叶轮结构的离心式风机，径向型尺寸比较大，不适合在一些径向尺寸狭窄的地方安装使用离心式风机，而且同等径向尺寸的离心式风机的出口处的风压比较小。

发明内容

本发明提供了一种离心式风机的设计方法及其结构，其可以缩小离心式风机径向尺寸且结构紧凑、叶轮的转动惯量小、出口风压高。

为实现上述目的，本发明提供了一种离心式风机的设计方法，包括如下步骤：

S1、设计风机技术参数：依次确定风机的：出风口径、工作功率、转速、出风口风压和出风口流量；

S2、确定风机的类型：根据风机的技术参数确定风机的类型；

S3、选择风机叶片出口角β_2A；

S4、计算叶轮外径D₂：依据下式计算叶轮外径D₂：

S5、分别计算风机叶轮入口直径D₀和风机叶片入口直径D₁；

D₁＝0.99×D₀；

S6、叶片入口宽度b₁：

S7、叶片入口角度β_1A；

S8、叶片数目确定；

S9、计算叶片出口宽度:

其中：n为电机的额定转速；u₂为叶轮圆周速度，K₀为气体在风机入口分离流动损失系数。

作为优选方案，所述步骤S1中设计风机技术参数如下：出风口径为：70mm；工作功率为：550W；转速为：2800r/min；出风口风压为：1.20×10^-3MPa；出风口风量为：30.56×10^{- 2}m³/s；所述步骤S2中通过下式计算转速比为42.06，并通过转速比确定风机类型为单吸式叶轮结构；所述步骤S3中β_2A＝1.74rad，选取叶片的初选全压系数

其中：q为出风口风量，p为出风口风压。

作为优选方案，所述步骤S4中先计算叶轮圆周速度u₂，然后根据所技术出的圆周速度计算叶轮的外径D₂，其中：

式中：所述ρ为风的密度；为初选全压系数，

作为优选方案，所述步骤S5中先计算流量系数和全压系数，然后根据流量系数和全压系数计算风机叶轮入口直径D₀和风机叶片入口直径D₁，其中：

D₁＝0.99×D₀＝134(mm)

式中：φ为流量系数，为全压系数。

作为优选方案，所述步骤S6中先计算流量q_sc，然后根据流量q_sc计算叶轮入口速度c₀，最后根据叶轮入口速度c₀计算叶片入口宽度b₁，其中：

式中，η_v为容积效率，η_v＝0.94。

作为优选方案，所述步骤S7中选定叶片入口角度β_1A＝0.785rad，步骤S8中确定叶片数目Z＝12,步骤S9中计算叶片出口宽度b₂＝34.20mm。

为实现上述相同目的，本发明提供了一种用于风机的叶轮，包括呈圆形板状的叶盘和与所述叶盘固定连接的叶片组，所述叶片组的截面呈环形，所述叶片组的内径为134mm，所述叶片组的外径为257mm，所述叶片组包括多个沿换向阵列设置的前向叶片，所述前向叶片的内侧高度为65.6mm，所述前向叶片的外侧高度为34.2mm。

作为优选方案，所述前向叶片的入口角度为0.785rad，所述前向叶片的数量为12。

作为优选方案，所述前向叶片通过柳钉与所述叶盘固定连接。

为实现上述相同目的，本发明提供了一种离心式风机，包括呈圆柱状的风机壳体、出风管道和上述技术方案所述的叶轮，所述风机壳体的端面设有进风口、所述风机壳体的侧壁设有出风口，所述叶轮设置于所述壳体内，所述出风管道的一端与所述风机壳体的出风口连接。

上述技术方案所提供的一种离心式风机的设计方法及其结构，通过对叶轮的尺寸结构进行设计，所设计出的叶轮径向尺寸小，进而保证了离心风机结构的紧凑性，同时可保证风机输出较高的风压。

附图说明

图1为叶轮的结构示意图；

图2为离心式风机的结构示意图；

图3为离心式风机的建模图；

图4为离心式风机压力的仿真分析图。

其中：1、前向叶片；2、柳钉；3、叶盘；4、风机壳体；5、出风管道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

上述技术方案所提供的一种离心式风机的设计方法及其结构，通过对叶轮的尺寸结构进行设计，所设计出的叶轮径向尺寸小，进而保证了离心风机结构的紧凑性，同时可保证风机输出较高的风压。

本实施例所提供的一种离心式风机的设计方法，包括如下步骤：

S1、设计风机技术参数：依次确定风机的：出风口径、工作功率、转速、出风口风压和出风口流量；

S2、确定风机的类型：根据风机的技术参数确定风机的类型；

S3、选择风机叶片出口角β_2A；

S4、计算叶轮外径D₂：依据下式计算叶轮外径D₂：

S5、分别计算风机叶轮入口直径D₀和风机叶片入口直径D₁；

D₁＝0.99×D₀；

S6、叶片入口宽度b₁：

S7、叶片入口角度β_1A；

S8、叶片数目确定；

S9、计算叶片出口宽度:

其中：n为电机的额定转速；u₂为叶轮圆周速度，K₀为气体在风机入口分离流动损失系数。

本实施例所设计的风机主要用于炉灶吹风，炉灶吹风设备的结构要求紧凑而风压和风量要求较高，本实施例通过对叶轮的尺寸结构进行设计，所设计出的叶轮径向尺寸小，进而保证了离心风机结构的紧凑性，同时可保证风机输出较高的风压。

具体地，所述步骤S1中设计风机技术参数如下：风机壳体的外形尺寸(高×长)为330mm×354mm，出风口径为：70mm；工作功率为：550W；工作电压为：220V；转速为：2800r/min；出风口风压为：1.20×10^-3MPa；出风口风量为：30.56×10^-2m³/s；所述步骤S2中通过下式计算转速比n_s为42.06，由于转速比在40～65之间，故确定风机类型为单吸式叶轮结构，本实施例中，为增加风量，所设计的风机采用前向叶片；由于炉灶吹风机输送气流中会有灰尘，采用平板叶片有利于降低其磨损，因此所述步骤S3中β_2A＝1.74rad，选取叶片的初选全压系数

其中：q为出风口风量，p为出风口风压。

本实施例中，所述步骤S4中先计算叶轮圆周速度u₂，然后根据所技术出的圆周速度计算叶轮的外径D₂，其中：

式中：所述ρ为风的密度；为初选全压系数，

此外，所述步骤S5中先计算流量系数和全压系数，然后根据流量系数和全压系数计算风机叶轮入口直径D₀和风机叶片入口直径D₁，其中：

D₁＝0.99×D₀＝134(mm)

式中：φ为流量系数，为全压系数。

所述步骤S6中先计算流量q_sc，然后根据流量q_sc计算叶轮入口速度c₀，最后根据叶轮入口速度c₀计算叶片入口宽度b₁，其中：

式中，η_v为容积效率，η_v＝0.94。

所述步骤S7中选定叶片入口角度β_1A＝0.785rad，步骤S8中确定叶片数目Z＝12,步骤S9中计算叶片出口宽度b₂＝34.20mm。

通过上述结构设计，建立风机的结构模型如图3所示，并通过Solidworks软件的Flow Simulation流体仿真模块对所建立的模型进行仿真分析，以验证所设计的风机结构的正确性，其中，仿真的相应模拟参数为：风机流量q＝30.5×10^-2m³/s，温度t＝25℃，黏度μ＝18.448×10^-6Pa·s，密度ρ＝1.169kg/m3，进口速度c₀＝24.4m/s。风机进口处采用质量入口的边界条件，出口处采用压力出口的边界条件，出口处静压取零。

如图4，为离心式风机压力的仿真分析图，从以上模拟分析结果可以发现：叶片在叶轮上的安装角度对离心风机有明显影响。叶片选用前向型角度的叶片能使压力沿叶片高度呈C型分布，产生负压力梯度，使得流体在叶片端部的流动损失得以减少。出口处气体流速v＝44.38m/s，最大风压p＝1.31×10^-3MPa，大于设计要求的风压1.20×10^-3MPa。

此外，如图1所示，本实施例还设计了一种用于风机的叶轮，包括呈圆形板状的叶盘3和与所述叶盘3固定连接的叶片组，所述叶片组的截面呈环形，所述叶片组的内径为134mm，所述叶片组的外径为257mm，所述叶片组包括多个沿换向阵列设置的前向叶片1，所述前向叶片1的内侧高度为65.6mm，所述前向叶片1的外侧高度为34.2mm。

其中，所述前向叶片1的入口角度为0.785rad，所述前向叶片1的数量为12。进一步地，所述前向叶片1通过柳钉2与所述叶盘3固定连接。

此外，如图2本实施例还提供了一种一种离心式风机，包括呈圆柱状的风机壳体4、出风管道5和上述技术方案所述的叶轮，所述风机壳体4的端面设有进风口、所述风机壳体4的侧壁设有出风口，所述叶轮设置于所述壳体内，所述出风管道5的一端与所述风机壳体4的出风口连接。

本实施例，通过对叶轮的尺寸结构进行设计，所设计出的叶轮径向尺寸小，进而保证了离心风机结构的紧凑性，同时可保证风机输出较高的风压，可满足炉灶吹风对结构紧凑性、风压和风量的要求。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种离心式风机的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、设计风机技术参数：依次确定风机的：出风口径、工作功率、转速、出风口风压和出风口流量；

S2、确定风机的类型：根据风机的技术参数确定风机的类型；

S3、选择风机叶片出口角β_2A；

S4、计算叶轮外径D₂：依据下式计算叶轮外径D₂：

S5、分别计算风机叶轮入口直径D₀和风机叶片入口直径D₁；

D₁＝0.99×D₀；

S6、叶片入口宽度b₁：

S7、叶片入口角度β_1A；

S8、叶片数目确定；

S9、计算叶片出口宽度:

其中：n为电机的额定转速；u₂为叶轮圆周速度，K₀为气体在风机入口分离流动损失系数。

2.根据权利要求1所述的离心式风机的设计方法，其特征在于，所述步骤S1中设计风机技术参数如下：出风口径为：70mm；工作功率为：550W；转速为：2800r/min；出风口风压为：1.20×10^-3MPa；出风口风量为：30.56×10^-2m³/s；所述步骤S2中通过下式计算转速比为42.06，并通过转速比确定风机类型为单吸式叶轮结构；所述步骤S3中β_2A＝1.74rad，选取叶片的初选全压系数

其中：q为出风口风量，p为出风口风压。

3.根据权利要求2所述的离心式风机的设计方法，其特征在于，所述步骤S4中先计算叶轮圆周速度u₂，然后根据所技术出的圆周速度计算叶轮的外径D₂，其中：

式中：所述ρ为风的密度；为初选全压系数，

4.根据权利要求3所述的离心式风机的设计方法，其特征在于，所述步骤S5中先计算流量系数和全压系数，然后根据流量系数和全压系数计算风机叶轮入口直径D₀和风机叶片入口直径D₁，其中：

D₁＝0.99×D₀＝134(mm)

式中：φ为流量系数，为全压系数。

5.根据权利要求4所述的离心式风机的设计方法，其特征在于，所述步骤S6中先计算流量q_sc，然后根据流量q_sc计算叶轮入口速度c₀，最后根据叶轮入口速度c₀计算叶片入口宽度b₁，其中：

式中，η_v为容积效率，η_v＝0.94。

6.根据权利要求5所述的离心式风机的设计方法，其特征在于，所述步骤S7中选定叶片入口角度β_1A＝0.785rad，步骤S8中确定叶片数目Z＝12,步骤S9中计算叶片出口宽度b₂＝34.20mm。

7.一种用于风机的叶轮，其特征在于，包括呈圆形板状的叶盘和与所述叶盘固定连接的叶片组，所述叶片组的截面呈环形，所述叶片组的内径为134mm，所述叶片组的外径为257mm，所述叶片组包括多个沿换向阵列设置的前向叶片，所述前向叶片的内侧高度为65.6mm，所述前向叶片的外侧高度为34.2mm。

8.根据权利要求7所述的用于风机的叶轮，其特征在于，所述前向叶片的入口角度为0.785rad，所述前向叶片的数量为12。

9.根据权利要求7所述的用于风机的叶轮，其特征在于，所述前向叶片通过柳钉与所述叶盘固定连接。

10.一种离心式风机，其特征在于，包括呈圆柱状的风机壳体、出风管道和权利要求7-9中任意一项所述的叶轮，所述风机壳体的端面设有进风口、所述风机壳体的侧壁设有出风口，所述叶轮设置于所述壳体内，所述出风管道的一端与所述风机壳体的出风口连接。