【正文】 因?yàn)檫M(jìn)口出口速度相差很少故多變效率 （校核） （）等熵效率 （）由公式 （）其中葉片數(shù)為考慮到在不影響效率的情況下，適當(dāng)?shù)娜∩舷?，可以減弱噪聲。故取葉片數(shù)22很合理。4 強(qiáng)度校核 離心式鼓風(fēng)機(jī)的葉輪處在高速旋轉(zhuǎn)和過盈配合之中，其應(yīng)力或變形對(duì)機(jī)組連續(xù)可靠的運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，故必須對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核，特別對(duì)于半開式葉輪的輪盤的強(qiáng)度校核。因?yàn)榈群蜉啽P的應(yīng)力較大，變厚度輪盤的應(yīng)力較小些，故實(shí)際上離心式鼓風(fēng)機(jī)的輪盤多數(shù)采用錐形盤。 葉輪初選材料Cr17Ni2鋼，則密度，泊松比，彈性模量葉輪的基本結(jié)構(gòu)如下圖： 葉輪結(jié)構(gòu)圖應(yīng)用遞推—帶入法將輪盤分為三段：1）段1：，則則錐頂直徑 （）則由，查附圖1得，附圖2得附圖3得，附圖4得附圖5得附圖6得附圖7得附圖8得 （）2）段2：，則則錐頂直徑根據(jù)公式（） 則由，查附圖1得，附圖2得附圖3得，附圖4得附圖5得附圖6得附圖7得附圖8得3）段3：，則則錐頂直徑根據(jù)公式（） 則由，查附圖1得，附圖2得附圖3得，附圖4得附圖5得附圖6得附圖7得附圖8得葉片質(zhì)量對(duì)輪盤應(yīng)力有一定的影響，故在葉輪輪盤應(yīng)力計(jì)算時(shí)，必須考慮葉片質(zhì)量的影響。已知旋轉(zhuǎn)輪盤的應(yīng)力主要由質(zhì)量所引起，為此可將葉片質(zhì)量均勻分布在輪盤所在段得圓周上，作為附加厚度的形式加以考慮，稱其為帶有側(cè)面質(zhì)量的輪盤。也就是說，葉片質(zhì)量使輪盤產(chǎn)生離心力的厚度增加，而承受離心力的厚度并不增加，仍為原來(lái)輪盤的厚度。其實(shí)質(zhì)相當(dāng)于增加了輪盤該處材料的密度，增加了由離心力所引起的應(yīng)力值。這樣處理結(jié)果，保持了輪盤的幾何尺寸未變，故帶側(cè)面質(zhì)量的輪盤應(yīng)力計(jì)算仍可采用不帶附加質(zhì)量的計(jì)算公式，僅對(duì)公式中反映質(zhì)量離心力的第三項(xiàng)系數(shù)（或）進(jìn)行相應(yīng)的修正，以反映葉片質(zhì)量的影響。今葉片側(cè)附于輪盤的第三段中，已知葉片截面積分別為： （）故附加厚度 （）相對(duì)附加厚度 （）附加厚度 （） 相對(duì)附加厚度 （）所以系數(shù) （）系數(shù) （）1）自由旋轉(zhuǎn)下輪盤應(yīng)力計(jì)算對(duì)于段3，因?yàn)榫哂腥~片的附加厚度，故 （）段號(hào)截面遞推—代入計(jì)算自由旋轉(zhuǎn)下輪盤的應(yīng)力 2） 計(jì)算松動(dòng)轉(zhuǎn)速下的裝配過盈值現(xiàn)在取，代入公式（）得 （）3） 保證過盈值下，經(jīng)過多次選擇配合，得在下輪盤內(nèi)徑處的剩余徑向應(yīng)力由公式得： （）4） 根據(jù)計(jì)算輪盤工作下的應(yīng)力：段號(hào)截面遞推—代入計(jì)算工作條件下輪盤的應(yīng)力 5） 應(yīng)力校核根據(jù)各處應(yīng)力計(jì)算知：輪盤危險(xiǎn)應(yīng)力在盤孔處，故 （）所選材料為Cr17Ni2鋼，取安全系數(shù)，因?yàn)?，所以輪盤在工作時(shí)是安全的。本次離心式鼓風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，葉輪的加工為整體銑制，故選用的材料為Cr17Ni2鋼。根據(jù)參考文獻(xiàn)[12]可知，本次設(shè)計(jì)的葉片為圓弧窄葉片。所謂圓弧窄葉片就是葉片的徑向尺寸大于軸向尺寸。其葉片彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式為 （）選用的材料為Cr17Ni2鋼，則其安全系數(shù)為： K==，葉片的強(qiáng)度安全5 離心式鼓風(fēng)機(jī)喘振和噪聲分析流體機(jī)械及其管道中介質(zhì)的周期性振蕩，是介質(zhì)受到周期性吸入和排出的激勵(lì)作用而發(fā)生的機(jī)械振動(dòng)。例如，泵或壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)的喘振過程是：流量減小到最小值時(shí)出口壓力會(huì)突然下降，管道內(nèi)壓力反而高于出口壓力，于是被輸送介質(zhì)倒流回機(jī)內(nèi)，直到出口壓力升高重新向管道輸送介質(zhì)為止；當(dāng)管道中的壓力恢復(fù)到原來(lái)的壓力時(shí)，流量再次減少，管道中介質(zhì)又產(chǎn)生倒流，如此周而復(fù)始。喘振的產(chǎn)生與流體機(jī)械和管道的特性有關(guān)，管道系統(tǒng)的容量越大，則喘振越強(qiáng)，頻率越低。流體機(jī)械產(chǎn)品一般都附有壓力流量特性曲線，據(jù)此可確定喘振點(diǎn)、喘振邊界線或喘振區(qū)。流體機(jī)械的喘振會(huì)破壞機(jī)器內(nèi)部介質(zhì)的流動(dòng)規(guī)律性，產(chǎn)生機(jī)械噪聲，引起工作部件的強(qiáng)烈振動(dòng)，加速軸承和密封的損壞。一旦喘振引起管道、機(jī)器及其基礎(chǔ)共振時(shí)，還會(huì)造成嚴(yán)重后果。為防止喘振，必須使流體機(jī)械在喘振區(qū)之外運(yùn)轉(zhuǎn)。在壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)中，通常采用最小流量式、流量—轉(zhuǎn)速控制式或流量—壓力差控制式防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)多臺(tái)機(jī)器串聯(lián)或并聯(lián)工作時(shí)，應(yīng)有各自的防喘振調(diào)節(jié)裝置。喘振，顧名思義就象人哮喘一樣，風(fēng)機(jī)出現(xiàn)周期性的出風(fēng)與倒流，相對(duì)來(lái)講軸流式風(fēng)機(jī)更容易發(fā)生喘振，嚴(yán)重的喘振會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉片疲勞損壞。圖41給出了離心式鼓風(fēng)機(jī)流量與壓縮比之間的關(guān)系曲線，圖中表示出不同轉(zhuǎn)數(shù)下的關(guān)系曲線和等效率線，左側(cè)點(diǎn)劃線為喘振邊界線。從圖中可以看出，在某轉(zhuǎn)數(shù)下離心式鼓風(fēng)機(jī)的效率最高，則該轉(zhuǎn)數(shù)的特性曲線則是設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)特性曲線。 圖41 離心式鼓風(fēng)機(jī)的特性曲線 圖42 離心式鼓風(fēng)機(jī)的特性曲線 本次設(shè)計(jì)的離心式鼓風(fēng)機(jī)葉輪的葉片為后彎式葉片，工作特性與后彎葉片的離心式壓縮機(jī)相似。圖42給出了設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)下離心式鼓風(fēng)機(jī)特性曲線，橫坐標(biāo)為排氣量，縱坐標(biāo)為能量頭。圖中D點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn)，離心式鼓風(fēng)機(jī)在此工況點(diǎn)下運(yùn)行時(shí)，效率最高，偏離此點(diǎn)效率均要降低。圖中S點(diǎn)為喘振邊界點(diǎn)。當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)的流量減少至S點(diǎn)流量以下，離心式鼓風(fēng)機(jī)的有效能量頭不斷下降，這時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)出口以外的空氣倒流回葉輪。離心式鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)這種氣體來(lái)回撞擊現(xiàn)象稱為喘振。 在鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)流量不斷減少到最小值Qmin (喘振工況)時(shí)，進(jìn)入葉輪的氣流發(fā)生分離，在分離區(qū)沿著葉輪旋轉(zhuǎn)方向并以比葉輪旋轉(zhuǎn)角速度小的速度移動(dòng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)脫離擴(kuò)散到整個(gè)通道，會(huì)使鼓風(fēng)機(jī)出口壓力突然大幅下降，而管網(wǎng)中壓力并未馬上減低，于是管網(wǎng)中的氣體壓力就大于鼓風(fēng)機(jī)出口處的壓力，管網(wǎng)中的氣體倒流向鼓風(fēng)機(jī)，直到管網(wǎng)中的壓力下降至低于鼓風(fēng)機(jī)出口壓力才停止。接著，鼓風(fēng)機(jī)開始向管網(wǎng)供氣，將倒流的氣體壓出去，使機(jī)內(nèi)流量減少，壓力再次突然下降，管網(wǎng)中的氣體重新倒流至風(fēng)機(jī)內(nèi)，如此周而復(fù)始，在整個(gè)系統(tǒng)中產(chǎn)生周期性的低頻高振幅的壓力脈動(dòng)及氣流振蕩現(xiàn)象，并發(fā)出很大的聲響，機(jī)器產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，以致無(wú)法工作，這就產(chǎn)生了喘振。鼓風(fēng)機(jī)抽出的風(fēng)量時(shí)大時(shí)小，產(chǎn)生的風(fēng)壓時(shí)高時(shí)低，系統(tǒng)內(nèi)氣體的壓力和流量也會(huì)發(fā)生很大的波動(dòng)。鼓風(fēng)機(jī)機(jī)體產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，風(fēng)機(jī)房地面、墻壁以及房?jī)?nèi)空氣都有明顯的抖動(dòng)。鼓風(fēng)機(jī)發(fā)出劇烈聲音，使噪聲劇增。風(fēng)量、風(fēng)壓、電流、振動(dòng)、噪聲均發(fā)生周期性的明顯變化。 在生產(chǎn)過程中，當(dāng)觀察到發(fā)生喘振現(xiàn)象時(shí)，就不要再增加管網(wǎng)阻力，以免加劇喘振，應(yīng)立即查找原因，采取相應(yīng)的措施，及時(shí)消除隱患。 1）采用可以調(diào)節(jié)的進(jìn)口導(dǎo)葉和可調(diào)節(jié)的擴(kuò)壓器出口寬度，來(lái)增加正常工作負(fù)荷的范圍。通過對(duì)進(jìn)口導(dǎo)葉和擴(kuò)壓器出口寬度的調(diào)節(jié)來(lái)消除喘振現(xiàn)象的發(fā)生。 2）采用出風(fēng)管放氣。在出風(fēng)管上設(shè)一旁通管，一旦風(fēng)量降低至Qmin，旁通管上的閥門自動(dòng)打開放氣，此時(shí)進(jìn)口的流量增加，工作點(diǎn)可由喘振區(qū)移至穩(wěn)定工作區(qū)，從而消除了進(jìn)氣流量小、沖角過大引起失速和發(fā)生喘振的可能性。 3）降低生物池的污泥濃度。鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)荷越大，發(fā)生喘振的幾率就越大。在滿足工藝基本要求的情況下，盡量降低生物池的污泥濃度，減少耗氧量，可以使鼓風(fēng)機(jī)的工作負(fù)荷降低，離開喘振區(qū)域。 4）定期維護(hù)保養(yǎng)。檢查鼓風(fēng)機(jī)的油溫、油壓，主電機(jī)的溫升，鼓風(fēng)機(jī)的振動(dòng)、電流、電壓等，使鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行在最佳工況，避免喘振的發(fā)生。離心式鼓風(fēng)機(jī)是污水處理廠的重要機(jī)械設(shè)備之一，喘振是離心鼓風(fēng)機(jī)固有的特性，具有較大的危害。在實(shí)際生產(chǎn)中，只要對(duì)喘振現(xiàn)象產(chǎn)生的征兆加以快速準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)與判斷，并及時(shí)處理，就可以有效避免喘振現(xiàn)象的發(fā)生。鼓風(fēng)機(jī)在機(jī)械制造部門運(yùn)用很高，其種類繁多。但是不管何種鼓風(fēng)機(jī)，在運(yùn)行時(shí)都會(huì)產(chǎn)生很高的噪聲，大部分鼓風(fēng)機(jī)都超過了我國(guó)工業(yè)噪聲的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)8590dB（A），嚴(yán)重影響了周圍的環(huán)境。鼓風(fēng)機(jī)是依靠電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，使葉輪或轉(zhuǎn)子在機(jī)殼內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行運(yùn)行的。在運(yùn)行中，噪聲的產(chǎn)生可分為空氣動(dòng)力性噪聲，機(jī)械性噪聲和電磁性噪聲三種。 1）空氣動(dòng)力性噪聲 因氣體振動(dòng)而輻射的噪聲稱為空氣動(dòng)力性噪聲，這種噪聲分為渦流噪聲和旋轉(zhuǎn)噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲是空氣在蝸殼中，隨葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)形成周向不均勻氣流延蝸殼內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)，與蝸舌相互作用便產(chǎn)生了噪聲。空氣在葉片間隨葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)而逐漸向外，在葉片出口處由于各點(diǎn)與蝸殼距離不相等，沿周向氣流的速度和壓力都不均勻，對(duì)蝸殼的壓力有詠動(dòng)現(xiàn)象，這時(shí)開始產(chǎn)生噪聲。這種壓力脈動(dòng)的氣流作用到蝸舌上，反射的氣流又反過來(lái)影響葉片上氣流的流動(dòng)。這個(gè)脈動(dòng)力作用在葉片上，使葉片振動(dòng)便又成為一種噪聲源。這幾種噪聲都是由于葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)引起的，所以稱為旋轉(zhuǎn)噪聲。 旋轉(zhuǎn)噪聲，每當(dāng)葉片通過蝸舌產(chǎn)生一個(gè)脈動(dòng)，所以它的頻率為 （）其中：—頻率 Hz —葉輪轉(zhuǎn)速 —葉片數(shù)這是旋轉(zhuǎn)噪聲的基頻，又稱葉片通過頻率，還有它的諧頻?？諝鉁u流是在繞流時(shí)葉片表面形成素流邊界層。邊界層中紊流的壓力脈動(dòng)作用到葉片，引起葉片面上壓力脈動(dòng)造成渦流噪聲。當(dāng)葉片繞流到后緣，在蝸殼中流動(dòng)擴(kuò)壓嚴(yán)重時(shí)紊流邊界層必須分離，并剝落出許多旋渦。這種旋渦的剝落和耗散、以及紊亂來(lái)流引起繞流沖角的脈動(dòng)，使葉片表面及蝸殼內(nèi)壁上的作用力產(chǎn)生脈動(dòng)。這些脈動(dòng)現(xiàn)象都產(chǎn)生噪聲稱為蝸流噪聲。引起的脈動(dòng)力有隨機(jī)性、發(fā)生于葉片全長(zhǎng)上，所以產(chǎn)生的噪聲頻率范圍很寬。繞流旋渦剝落產(chǎn)生噪聲的頻率為 Hz （）其中：—strouhal（斯特勞哈爾）數(shù)，~ —?dú)饬髋c葉片的相對(duì)速度，m/s —葉片寬度在垂直于速度方向上的投影，m上述噪聲均受其氣流速度影響，氣流速度愈大，形成能噪聲強(qiáng)度也愈高。 2）機(jī)械噪聲 機(jī)械噪聲乃鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡而引起振動(dòng)，傳動(dòng)裝置相互間摩擦而引起。機(jī)械噪聲是葉輪平衡得不好，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生重心偏擺而引起振動(dòng)蝸殼內(nèi)部受氣流脈動(dòng)和軸承精度差以及安裝不良等原因，由振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。由于蝸殼都是由厚度不大的鐵板制成，面積又大，成為優(yōu)良的聲輻射表面。絕大多數(shù)鼓風(fēng)機(jī)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，所以電機(jī)噪聲也是機(jī)組的一個(gè)重要噪聲源。有的電動(dòng)機(jī)質(zhì)量不高，空載時(shí)噪聲便超過，所以降低電機(jī)噪聲也是一項(xiàng)重要措施。 3）電磁噪聲 鼓風(fēng)機(jī)上的電動(dòng)機(jī)，在運(yùn)行時(shí)引起的磁場(chǎng)伸縮和電磁振動(dòng)等會(huì)產(chǎn)生噪聲。 上述噪聲中。以空氣動(dòng)力性噪聲強(qiáng)度最高，影響也最大。這種高強(qiáng)度的空氣動(dòng)力性噪聲不僅從鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)、排氣口直接輻射出來(lái)，而且造成鼓風(fēng)機(jī)機(jī)殼和進(jìn)、排氣管壁振動(dòng)，使機(jī)殼和管壁也輻射噪聲。 在噪聲中，空氣動(dòng)力性噪聲強(qiáng)度最高，因此這是我們要重點(diǎn)研究和減弱的環(huán)節(jié)。故在設(shè)計(jì)中，我們主要研究葉片及葉輪相關(guān)尺寸對(duì)于減弱噪聲的影響。1）葉片數(shù)的影響。從理論上講，增大風(fēng)機(jī)的葉片數(shù)，使蝸殼內(nèi)周向脈動(dòng)減弱。但是，增加葉片數(shù)將會(huì)減小葉片間總的空氣流通截面，增大葉片摩擦阻力。實(shí)驗(yàn)證明增加葉片數(shù)的結(jié)果雖略能降低噪聲，但是增加多了便降低了風(fēng)機(jī)的流量和全壓以至效率。故在設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)在不影響風(fēng)機(jī)流量和效率的同時(shí)適當(dāng)提高葉片數(shù)。 2）葉片型線的影響。在葉輪中氣流由軸向流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛄鲃?dòng)，除引起附面層分離外，在葉片間由于葉片作用表面與非作用表面的壓力差及空氣的慣性，還會(huì)引起軸向與徑向兩種渦流。這兩種渦流既損失能量又產(chǎn)生噪聲。解決的辦法在控制葉片內(nèi)徑與外徑的比值及葉片的型線，主要是各段彎曲半徑。葉片的