【文章內(nèi)容簡介】 0?? 表明此時流體機械獲得的總壓頭 中全部為動壓頭。 以上分析表明，隨出口安裝角增加，流體獲得的理論壓頭 增加， 反作用度減小， 當(dāng)從 2 minb?? 增加到 2 maxb?? 時， 理論壓頭 則從零增加到最大值，即 2b??越大，流體從葉 輪獲得的能量越多，因此，前彎式葉片產(chǎn)生的壓頭最大，徑向式葉片次之，后彎式最小。 由以上分析可知，在 2,vnD q 相同的條件下，前彎式葉片產(chǎn)生的絕對速度比后彎式葉片大，而液體的流動損失與速度的平方成正比（ 22w lvh dg??）。因此，當(dāng)流體流過葉輪及導(dǎo)葉或蝸殼時，其能量損失比后彎葉片大。 同時為把動能轉(zhuǎn)為壓能，在能量轉(zhuǎn)換過程中，必然又伴隨著能量損失，因而其效率遠低于后彎式葉片。但前彎式葉片有以下優(yōu)點：當(dāng)其和后彎式葉片的轉(zhuǎn)速，流量及產(chǎn)生的能 頭相同時，可以減少葉輪外徑 2D ，因此，可以減小風(fēng)機的尺寸，縮小體積，減輕質(zhì)量。又因風(fēng)機輸送的流體為氣體，氣體密度遠小于液體，而摩擦力正比于密度，所以 風(fēng)機損失的能量遠小于泵。 葉片出口角 2j? 對風(fēng)機性能的影響另解 高效后向通風(fēng)機葉片出口角 2j? 的限值理想流模型 2j? 等于出口氣流角 2? , 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 14 頁 葉輪機械 Euler 方程的離心通風(fēng)機全壓公式是 2 222(1 )4 ijQH bk tgD ????? 式中 H、 Q——— 分別為全壓系數(shù)和流量系數(shù) 2D 、 2b 、 2k ——— 分別是葉輪出口直徑、寬度和葉片通道堵塞系數(shù) μ、 i? ——— 分別為有限葉片系數(shù)和葉輪流動效率 由上式可知 ,如果后向通風(fēng) 機的 2j? 越大 ,全壓就越高。但是出口角的增大會導(dǎo)致氣流滯后角的增大 ,葉片出口流動分離增大。這不僅會引起效率下降 ,全壓也上不去。在現(xiàn)有的工程設(shè)計中 ,不可能給出高效后向通風(fēng)機葉片出口角 2j?的限值。對于中壓離心通風(fēng)機可通過數(shù)值模擬得到 :當(dāng)出口角大于 81 后 ,一般不能再簡單地設(shè)想用提高出口角來提高風(fēng)機全壓 ,因為這時隨著出口角增大 ,全壓將保持不變或下降 ,但效率已經(jīng)下降。為此 ,提出中壓離心通風(fēng)機高效后向通風(fēng)機葉片出口角 2j? 的限值為。 離心通風(fēng)機的理論特性曲線 通風(fēng)機的理論全壓與理論流量之間的關(guān)系曲線，叫做風(fēng)機的理論全壓特性曲線。 2 22 2 2 2TTbuP u QD b tg?? ??? ?? 其中， 222TmQ D b c?? 2D —— 葉片出口直徑 2b —— 葉片出口寬度 式（ 211）右邊各量，除 TQ 以外都是常量，故式（ 211）可寫成 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 15 頁 TTP A BQ? ?? （ 213） 式中 A= 22u? =常數(shù)，即流量等于零時的理論全壓； 22 2 2buB D b tg???? =常數(shù) 在 22290T T bP Q u??? ? ? ? ?TTPQ?? 圖上，式 （ 212）是一條直線。 β b2 90176。β b2 =90176。β b2 90176。P Tρ u 2 ^2 圖 23 通風(fēng)機的理論全壓特性曲線 當(dāng) 2 90b? ??時，離心通風(fēng)機的理論全壓曲線為距橫坐標(biāo)軸 22u? ，且與橫坐標(biāo)平行的一條直線， TP? 不隨 TQ 改變；當(dāng) 2 90b? ??時， TP? 隨 TQ 的增大而增高；當(dāng) 2 90b? ??時， TP? 隨 TQ 的增大而減小。 理論功率 ： 2T T TN AQ BQ?? （ 213） 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 16 頁 β b2 90176。ββ b2 =90176。β b2 90176。P TT 圖 24 理論功率特性曲線 根據(jù)以上分析，離心通風(fēng)機的葉片出口角 2b? 的大小對通風(fēng)機的特性起著很重要的作用，根據(jù) 2b? 角葉片可分為三種形式 ：（ 1）后向葉片， 2 90b? ??；（ 2）徑向葉片， 2 90b? ??；（ 3）前向葉片， 2 90b? ?? β b2ω 2c 2uc 2mu 2c 2u ω 2c 2uc 2mu 2c 2uβ b2u 2 c 2uc 2mc 2uω 2β b2β后向 徑向 前向 圖 25 前向 ，徑向和后向葉片的比較 由圖 25 可知，后向葉片， 22ucu?? ；徑向葉片， 22ucu?? ；前向葉片， 22ucu?? 。根據(jù)式 25，在 2u 不變的條件下，理論 全壓 TP? 隨著 2uc? 的增大而增高。所以得到下表 21 TP? ? ? 超載能力 后向 小 大 高 大 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 17 頁 徑向 中 中 中 中 前向 大 小 低 小 （超載能力：當(dāng)通風(fēng)機的流量增大時后向葉片通風(fēng)機的功率增加最慢，前向葉片的功率增加最快， 徑向葉片的功率在兩者之 間 ） 通風(fēng)機的實際特性曲線 從關(guān)系式 TTP kP?? 可知，考慮有限多葉片的影響后的理論全壓，是無限多葉片時理論全壓的 k 倍。葉輪內(nèi)各部分損失與相應(yīng)的速度平方成正比，因而與流量的平方成正比，可寫為 2n n TP kQ? 式中 nk 為常數(shù)， nP 與 TQ 之間的關(guān)系曲線為一二次拋物線。沖擊損失可表示為 20( 1)TssQPkQ?? 式中 sk 為常數(shù)， 0Q 為設(shè)計流量，當(dāng) 0T? 時，沖擊損失為零。當(dāng) 0T? 或0T? 時， sk 有不同值。 234P TQ 0Q TM流動損失有限葉片壓力減小 圖 26 用分析法繪制實際壓力特性曲線 1無限多葉片的理論曲線 2有限多葉片的 理論全壓曲線 3考慮流動損失的性能曲線 4實際全壓特性曲線 以上分析的曲線 4 未考慮通風(fēng)機的容積損失，在一般情況下，容積損失很小， 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 18 頁 即實際流量 Q 與理論流量 TQ 很接近，因此可把曲線 4 當(dāng)作表示實際流量全壓 P 與實際流量 Q 之間關(guān)系的特性曲線，稱 為實際全壓特性曲線。曲線 M點的損失最小，效率最高。 PQMQ 0 Q 0 QPQNηPηNM圖27 容積損 失的實際特性曲線圖28 通風(fēng)機 的實際特性曲線 風(fēng)機的全壓特性曲線 當(dāng)容積損失較大時，應(yīng)從曲線 4 中扣除容積損失， 實際壓力特性曲線4 或 5 是根據(jù)理論計算的，與實驗方法求出的實際全壓特性曲線有一定差距，圖 27 是用實驗方法求出的全壓特性曲線及實際功率曲線和效率曲線。某些前向離心通風(fēng)機的實際壓力曲線，在小流量段出現(xiàn)駝峰形狀，如圖 28，這是因為，當(dāng)通風(fēng)機的流量很小時，氣流只占葉道的一部分，因而葉道的有效斷面積減小，氣流速度增加， 對于前向葉輪，氣流未充滿葉道時 的全壓將升高 。對于后向葉輪，氣流未充滿葉道時的全壓將降低。因此前向葉片的通風(fēng)機在流量很小時，有可能因壓力增高而出現(xiàn)如圖 28 所示的駝峰，后向葉片的通風(fēng)機則不能。 氣體在離心通風(fēng)機葉輪內(nèi)的實際流動情況 實驗表明，如果在氣體運動的路徑上存在某物體，則在此物體以前和以后都要發(fā)生氣流擾動，當(dāng)氣流到物體之前，速度就開始發(fā)生變化。氣流在進入 輪也入口邊緣前，在葉輪旋轉(zhuǎn)方向有一預(yù)旋速度 1uc ，即葉片入口處的氣流絕對速度 1c 不是沿半徑方向，而是向葉輪旋轉(zhuǎn)方向偏斜， 當(dāng) 1uc 與 1u 的與方向一致時，稱為正預(yù)旋，反之為負預(yù)旋。 如圖 25 所示， 1uc 與 1u 的比值叫做預(yù) 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 19 頁 旋系數(shù)，以 1? 表示： c 1m c 1ω 1 圖 210 葉片入口 前氣流的預(yù)旋 11 1ucu?? 實驗證明： 1 ? ? 由于也輪流道形狀不理想，特別是通風(fēng)機在非設(shè)計流量下工作時，葉道內(nèi)的氣流會產(chǎn)生附面層分離， 分離區(qū)的位置和大小與葉片的形式及入口沖角大小有關(guān)。入口沖角，是指葉片入口角與入口相對速度與圓周切線所成角之差。由圖 26 可知，在設(shè)計流量下，入口相對速度沿切線方向進入葉道 ，它與圓周切線所成角等于葉片入口角 1b? ，故沖角為零。當(dāng)流量小于設(shè)計流量時，子午速度 1mc 減小，入口相對速度與圓周切線所成角度 39。1? 小于葉片入口角 1b? ，沖角為： 39。39。110bi ??? ? ? 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 20 頁 β b1β b1β b1ω 1u 1c 1m 圖 211 葉輪入口沖角 稱為正沖角。當(dāng)流量大于 設(shè)計流量時 ， 子午速度 1mc 值增大，入口相對速度與圓周切線所成角 39。1? 大于葉片入口角 1b? ，沖角為： 39。110bi ??? ? ? 稱為負沖角 。 離心通風(fēng)機最佳沖角的函數(shù)曲線 [11] 圖 212 最佳沖角函數(shù)曲線 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 21 頁 圖 2 示出了離心通風(fēng)機的最佳沖角函數(shù)曲線?？v坐標(biāo) KIZJ 簡稱為葉輪葉片進口的最佳分離系數(shù) ,橫坐標(biāo)為葉輪葉片進口的最佳沖角 lZJi 。其一般分離系數(shù)和最佳分離系數(shù)的數(shù)學(xué)表達式為 圖 213 926 模型級的特性曲線及沖角特性 1111rrICK C?? （ 1） 111r ZJIZJrICK C?? （ 2） 式中 1 1 1 1Jr QC DB??? （ 3） 1 1 1 1JZJr ZJ QC DB??? （ 4） 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 22 頁 111 1 sin AZD?? ???? 式中 1D —— 葉輪進口平均直徑 1b—— 葉輪葉片進口寬度 1A? —— 葉輪葉片進口安裝角 N — — 轉(zhuǎn)速 JQ —— 進口容積流量 JZJQ —— 最佳工況對應(yīng)的進口容積流量 當(dāng) i 0 時，葉片的工作邊形成封閉的渦區(qū) ， 而在非工作邊靠近葉輪出口處，由于氣流速度巨降，也能產(chǎn)生漩渦；當(dāng) i 0 時，葉片的非工作邊出現(xiàn)附面層分離，隨著流量的減小， 則 分離速度增大，引起很大的渦流損失。 表 22 不同模型級的最佳沖角 最佳沖角函數(shù)曲線的應(yīng)用 最佳沖角函