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射流风机通流部件的设计
时间:[2018/6/21]

   射流风机的叶轮前端的消声风筒在起到减小空气动力噪声的作用的同时,还是把气流均匀导入叶轮的必备通流部件;叶轮后端的消声风筒同时又是一段减速扩压风道,起着回收静压的作用(见图1)。射流风机整个通流部件的流动阻力损失ΔP可表示为:

  (7)  ΔP=Ks1/2ρV²+Kr1/2ρV²+Kc1/2ρV²z-Cp1/2ρV²z

图1 射流风机结构示意图

  式中:Ks为入口集流器损失系数;Kr为进风管道阻力系数;Kc为出风扩散管道阻力系数;Cp为出风扩散管道静压恢复系数;Vz为叶轮环形流道轴向平均气流速度;V为消声风道出口或入口处的轴向平均气流速度。

  由于射流风机的静压Pst全部用于克服通流部件的流动阻力损失,故有Pst=ΔP。若要使得静压比较小,就应该设法使式(7)中的Ks、Kr和Kc尽可能小,使Cp尽可能的大。

  通过工程实践表明,入口集流器对于轴流风机性能的影响很大,没有集流器的风机比具有良好集流器的通风机的全压及全压效率分别低10%—12%及10%—15%,并且有集流器的轴流通风机的流量系数也要增大一些。由射流风机的动力特性分析可知,入口集流器结构对射流风机效率的影响会更大。

  从有、无集流器时入口阻力变化情况的试验结果可以看出,结构合理的圆弧型集流器具有很好的空气动力性能(见图2)。当圆弧型线半径r与风道直径d之比为0.2时,其阻力系数已很小,Ks约为0.03;当r/d≥0.3时,工程上基本可忽略集流器入口损失。因此,国外的射流风机产品基本上采用的是圆弧型集流器结构。

图2集流器对入口损失的影响

  由于圆弧形集流器加工制造相对麻烦,国内射流风机生产企业更偏好采用圆锥型集流器结构。由图2可知,即使是结构性能最好的30度圆锥集流器,其阻力损失系数Ks也不小于0。1,而国内企业为了节省制造成本,通常采用45度圆锥集流器,其阻力损失系数Ks就可能超过0。2。射流风机的进、出口消声风筒即起到降低气流噪声的作用,同时又是引导气流流入或流出风机叶轮的重要通流部件。进风筒中的整流罩与消声风筒一起构成一个使气流均匀加速的流动的通道,这有利于减少叶片根部的涡流损失。整流罩的结构应该结合消声要求,设计成圆锥型,圆锥角不大于20度。这样,进风道的阻力损失系数Kr一般不会大于0。05。

  以上对Ks、Kr的讨论是对光滑管壁而言,考虑到消声风道壁面阻力的增加,可以对其加以壁面粗糙度修正,这里取修正系数ε=2。

  由于射流风机所产生的有效能量仅仅是风机的出口动压,其出风管道的整流罩的结构就更加重要,因为它与风筒一起构成一个出口扩散器。众所周知,扩散器可以回收静压,起到克服阻力损失的作用。合理的扩散风筒结构可以有效地降低静压损失,提高风机装置效率。根据空间布置条件,射流风机的出风段扩散器一般都是外壁是圆筒型,内部的整流罩为圆锥型(见图3)。

图3扩散消声风筒

  扩散器空气动力性能的优劣与扩散比、扩散长度和扩散角有关。扩散风筒的阻力损失系数Kc为:Kc=(1-ηc)[1-(A1/A2)²]  (8)

  式中:A1为扩散风筒入口通流断面面积;A2为扩散风筒出口通流断面面积;Kc为扩散效率。

58棋牌下载  扩散风筒的静压恢复系数Cp为:Cp=ηc[1-(A1/A2)²]  (9)

  针对隧道射流风机而言,其叶轮的轮毂在0.4—0.45之间,扩散风筒的入、出口面积比A1/A2=0.8—0.84。合理设计扩散出口风筒结构,即使考虑到消声风筒壁面流动阻力的增加,也完全有可能使得其扩散效率ηc大于百分之六十。若取扩散风筒的扩散效率ηc=60%,则由式(8)、式(9)可知扩散风筒的静压恢复系数Cp=0.177—0.216,阻力损失系数Kc=0.118—0.144。只有当出口扩散风筒的扩散效率ηc大于百分之五十时,扩散风筒才可以有效的减少风机装置的静压损失,提高其装置效率。

  结合消声器结构设计要求,合理设计扩散风筒内的整流罩,保证扩散角度a小于10度,风机出口风筒长度应有L≥1。3D(D为叶轮直径)。

  目前存在的问题是,国内生产企业在设计扩散风筒时,仅仅是按消声器所需长度进行设计计算,导致出口风筒长度过短,不能保证合理的扩散角度。有的甚至把风筒内的整流罩也省略掉了。这样既不能保证良好的降噪效果,更使得出口扩散风道仅仅是一个消耗能量的局部阻力件,大大降低了射流风机的装置效率,使得射流风机运行时的能耗提高了很多。

 
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