關(guān)于鍋爐引風(fēng)機的設(shè)計

張葉娟，武奎，李雯霖，曹建明

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

關(guān)于鍋爐引風(fēng)機的設(shè)計

張葉娟，武奎，李雯霖，曹建明

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，風(fēng)機產(chǎn)品在各行業(yè)中得到了越來越廣泛的運用，因此科研設(shè)計及技術(shù)革新者經(jīng)常碰到有關(guān)離心風(fēng)機的選型、設(shè)計等問題。文章介紹了鍋爐引風(fēng)機的工作原理、主要零部件的設(shè)計及參數(shù)確定。

鍋爐引風(fēng)機；結(jié)構(gòu)設(shè)計；參數(shù)確定

Abstract:With the rapid development of modern industry, fan products has been widely used in various industries. So research designers and technical innovators often encounter the centrifugal fan selection, design and other issues.This paper introduces the working principle of boiler induced draft fan, the design of main parts and the determination of parameters.

Keywords: boiler induced draft fan; structure design; parameter determination

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-85-03

1 鍋爐引風(fēng)機的工作原理

鍋爐引風(fēng)機是依靠機械動力將氣體輸送到指定位置的流體機械，工作原理與透平壓縮機基本相同，只是由于氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。

2 工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 已知工藝參數(shù)如表1所示

表1 有關(guān)課題的工藝參數(shù)

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1 葉輪的設(shè)計

（1）引風(fēng)機的比轉(zhuǎn)速ns

離心風(fēng)機的最佳比轉(zhuǎn)速范圍約在15~90之間，前彎式風(fēng)機的最佳比轉(zhuǎn)速范圍約在15~65之間，后彎式風(fēng)機的最佳比轉(zhuǎn)速范圍約在20~90之間。故本次設(shè)計的是后彎式離心風(fēng)機[1]。

（2）出口安裝角β2A

鍋爐引風(fēng)機所輸送的煙氣中含有塵埃，從耐磨的角度考慮，采用平板葉片，選擇β2A=50°。

（3）估算葉輪外緣圓周速度u2

預(yù)選全壓系數(shù)ψ=0.92，則

（4）計算葉輪外徑D2

當(dāng)D2=0.650m時，風(fēng)機的流量系數(shù)φ和全壓系數(shù)ψ分別為[2]：

（5）確定葉輪入口直徑D0以及葉片入口直徑D1

式中：μ1——葉片入口前氣流充滿系數(shù)，本設(shè)計中采用弧形前盤，μ1=0.95；

本設(shè)計采用鋼板葉片，上面計算出的b1有些寬，影響葉輪剛度，ζ1應(yīng)取大一些。取ζ1=0.65，則此時：

（7）選擇徑向進氣方式，則α1=90°。

（8）計算葉片入口前氣流角β1A

式中：R1m——葉輪入口平均半徑，m；

R2——葉輪外緣半徑，m。

（9）確定葉片數(shù)目Z

在離心通風(fēng)機中，增加葉輪的葉片數(shù)目則可提高葉輪的理論壓力，但是葉片數(shù)目增加，將增加葉輪通道的摩擦損失，這種損失將降低風(fēng)機的實際壓力而增加能耗。因此，對每一種葉輪，存在著一個最佳葉片數(shù)目。葉片數(shù)目Z與葉柵密度τ有關(guān)，葉柵密度τ可用下式表示：

葉片數(shù)目Z為：

（10）計算葉片出口寬度b2

式中：μ2——葉片出口前氣流充滿系數(shù)；（對錐形及弧形前盤μ2=0.75~0.95，本設(shè)計采用弧形前盤，μ2=0.95。）

根據(jù)沈陽鼓風(fēng)機研究所的統(tǒng)計，效率較高的通風(fēng)機在μ1=μ2時，Kcm=0.87~1，在此取 Kcm=1。

（11）繪制葉片線型

根據(jù)上述對葉片基本尺寸的計算，現(xiàn)繪制葉片線型，如圖1所示：

圖1 葉片線型

2.2.2 蝸殼的設(shè)計

（1）計算蝸殼寬度B

機殼的最佳寬度問題，現(xiàn)在尚未得到徹底解決。根據(jù)統(tǒng)計，我國比較優(yōu)良的通風(fēng)機的機殼寬度B =(2~4)b2[2]。本設(shè)計中取B =4b2。則B =0.456m。

（2）確定蝸殼張開度A

采用平均速度cm計算蝸殼型線，即：

（3）計算蝸殼繪制半徑

采用不等距基元法，其中：

（4）計算蝸殼出口長度C

（5）計算蝸殼出口速度

（6）計算蝸舌頂端與葉輪外圓的間隙t和蝸舌頂端的圓弧r

取t=0.06m，r=0.05m

（7）繪制蝸殼線型

根據(jù)上述計算，繪制出蝸殼線型如圖2所示：

圖2 蝸殼線型

2.2.3 集風(fēng)器的設(shè)計

集風(fēng)器的基本形式有筒形、錐形、圓弧形、錐弧形四種，其中筒形自身流力損失最大，引導(dǎo)氣流進入葉片的流動情況最壞；錐形自身流力損失較大，引導(dǎo)氣流進入葉片的流動狀態(tài)也不佳；圓弧形自身流力損失小，引導(dǎo)氣流進入葉輪的流動狀態(tài)也較好；錐弧形在現(xiàn)代離心通風(fēng)機中獲得了廣泛的應(yīng)用，本設(shè)計中采用錐弧形集風(fēng)器。如圖3所示。

圖3 集風(fēng)器

2.2.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）通風(fēng)機所需的軸功率為：

式中：ηin——通風(fēng)機的全壓內(nèi)效率，ηin=0.85；

ηmc——傳動的機械效率，聯(lián)軸器傳動，ηmc=0.98。

（2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計

軸的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示：

圖4 主軸結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)論

本設(shè)計主要運用了流體機械、離心風(fēng)機設(shè)計、機械設(shè)計等知識對課題要求的鍋爐引風(fēng)機進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定了風(fēng)機葉輪、蝸殼、主軸等結(jié)構(gòu)。經(jīng)后期葉輪選材Q345、主軸選45鋼，并經(jīng)強度校核知，該設(shè)計中的主要零部件滿足強度要求。

[1] 《離心式與軸流式通風(fēng)機》編寫組．離心式與軸流式通風(fēng)機[M].北京:機械工業(yè)出版社,1980.6.

[2] 商景泰主編.通風(fēng)機實用技術(shù)手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.4.

[4] 黃世偉主編.材料力學(xué)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2011.12.

[3] 楊可楨,程光蘊,李仲生主編.機械設(shè)計基礎(chǔ)(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2005.

Design of boiler induced draft fan

Zhang Yejuan, Wu Kui, Li Wenlin, Cao Jianming
( School of Automobile, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064 )

U462.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-85-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.030

張葉娟，女，（1993-），在讀研究生，就讀于長安大學(xué)汽車學(xué)院動力機械及工程專業(yè)。