葉輪機(jī)械原理作業(yè)

1、葉輪機(jī)械原理作業(yè)張碩 201520503005離心通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一臺離心通風(fēng)機(jī)，其流量Q=90000m³/h，壓力P=4000pa，介質(zhì)為空氣，進(jìn)氣狀態(tài)為通風(fēng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。要求確定流通部分的形狀和尺寸，并進(jìn)行主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算和材料選用。一、葉輪設(shè)計(jì)制定；P=4000pa;進(jìn)口壓力，進(jìn)口溫度，空氣密度(1)轉(zhuǎn)速、葉片出口角和輪徑的確定選取轉(zhuǎn)速n=1300r/min，比轉(zhuǎn)速為根據(jù)比轉(zhuǎn)速值，由圖5-5預(yù)選，根據(jù)比轉(zhuǎn)速和壓力系數(shù)估算出葉片出口角： 值與通風(fēng)機(jī)的壓力P關(guān)系密切。經(jīng)過多次試算，為了保證獲得所需要的通風(fēng)機(jī)壓力，確定。壓力系數(shù)為：圓周速度為： 取整，確定(2)確定葉輪入口參數(shù)。由

2、式（7-10），葉輪入口喉部直徑為：，由于是徑向自由入口，輪轂比。采用錐弧形集流器，葉輪入口截面氣流充滿系數(shù)。預(yù)選葉片厚度使葉道入口截面堵塞的系數(shù)，容積效率，根據(jù)公式7-8，計(jì)算：大多數(shù)高效率后彎葉片通風(fēng)機(jī)的系數(shù)都比較小，選取，將各值代回式7-10，得到入口直徑確定喉部直徑，葉道入口直徑，取。葉片入口最大和最小直徑，。于是，由式（7-6），選取葉道入口前截面氣流充滿系數(shù)，有，確定。葉道入口前速度為： 從而可知，確定(3)確定葉片數(shù)由式（7-18）式中，因此：，取(4)葉輪出口寬度的確定。由式（7-25），取葉片厚度。選取葉道出口截面氣流充滿系數(shù)預(yù)選，于是確定驗(yàn)算葉道的當(dāng)量擴(kuò)散角，由式（3-4）

3、，由式（2-54）和式（2-53）得：葉道入口處堵塞系數(shù)： 葉道出口處堵塞系數(shù)： 由式（7-17），葉片長度為： 將各值代入式（3-4），得，符合要求。(5)計(jì)算滑移系數(shù)和理論壓力。泄漏量為：，取間隙值，銳邊孔的流量系數(shù)得： 理論流量為： 容積效率為： 葉片無限多時(shí)葉道出口子午速度：無限多時(shí)的理論壓力為： 用斯托多拉公式求滑移系數(shù)：通風(fēng)機(jī)的理論壓力為： (6)計(jì)算葉道入口和出口速度葉道入口前速度：葉道入口后速度： 葉道出口前速度： 檢查的值：，與預(yù)選值1.4相近，可以。葉道出口后速度剛出口時(shí)氣流為充滿截面，很快即相互混合?；旌虾蟮乃俣燃次仛さ娜肟谒俣?，其值如下： (7)驗(yàn)算通風(fēng)機(jī)的壓力按選取損

4、失系數(shù)的方法，計(jì)算各部分損失。由于是高效率的后彎葉片通風(fēng)機(jī)，各損失系數(shù)偏小選取。葉輪入口后拐彎處損失，按式（3-5）計(jì)算：損失系數(shù)取葉道內(nèi)損失，按式（3-6）計(jì)算：損失系數(shù)取蝸殼內(nèi)損失，按式（3-7）計(jì)算：損失系數(shù)取總流動損失為： 通風(fēng)機(jī)的壓力為： 要求的壓力為4000Pa，誤差為，(8)效率估算上訴計(jì)算中，流量內(nèi)包含泄漏量，計(jì)算出的流動損失實(shí)際上是流動損失與容積損失之和。故得已知： 得流動效率： 輪盤摩擦損失的功率，按式（3-34）計(jì)算：，斯托多拉建議，取得： 內(nèi)部功率為： 內(nèi)部機(jī)械效率為： 通風(fēng)機(jī)的內(nèi)部效率為： (9)輪蓋型線繪制。從葉道入口到葉道出口，葉片的寬度按式（7-27）計(jì)算已知葉

5、道入口前的子午速度葉道剛出口的子午速度為葉道入口前截面氣流充滿系數(shù)，葉道剛出口截面氣流充滿系數(shù)。從入口到出口將D分為若干份，設(shè)和都是按線性規(guī)律變化，由式（7-27）可求出不同直徑處的葉片寬度，計(jì)算結(jié)果見表1。D/m0.80.870.941.011.081.151.221.324.9024.9424.9825.0225.0525.0925.1325.170.90.8930.8860.8790.8710.8640.8570.850.450.4160.38770.36320.34230.32360.30700.29由表1的計(jì)算值可繪出如圖1所示的輪蓋線型AB。輪蓋入口端制成圓弧形，其半徑為160mm

6、。葉輪入口直徑圖1(10)葉片型線繪制采用單圓弧葉片。葉片圓弧的半徑為葉片圓弧的圓心所在半徑為由此繪制出葉片型線，如圖2中的所示。圖2(11)葉片強(qiáng)度計(jì)算圖3(b)為按比例尺寸繪制的圓弧形葉片圖。C為葉片的質(zhì)心。由圖測得：， 葉片與輪盤、輪蓋的鏈接為焊接。葉片的離心力可分解為和兩個(gè)分力。分力所引起的最大彎曲應(yīng)力按式（7-42）計(jì)算。已知：葉片厚度旋轉(zhuǎn)角速度： 材料的密度將各值代入上式，得：考慮引起的彎曲應(yīng)力后，葉片的最大彎曲應(yīng)力按式（7-43）計(jì)算葉片材料如選用16Mn低合金鋼，其屈服點(diǎn)為，不安全。必須選用優(yōu)質(zhì)鋼板做葉片。圖3(12)輪盤強(qiáng)度計(jì)算。圖3(a)所示輪盤的直徑，中間孔的直徑選取輪盤

7、厚度輪盤的最大應(yīng)力，按式（7-52）計(jì)算葉片引起的附加應(yīng)力為由式（7-54），半個(gè)圓盤離心力： 個(gè)葉片的離心力在垂直方向分力之和為：單個(gè)葉片的質(zhì)量： 得： 葉輪的葉片負(fù)荷分配系數(shù)K=1于是： 輪盤的最大應(yīng)力為： 輪盤的材料選用Q235A，其屈服點(diǎn)安全系數(shù)，安全。輪蓋的強(qiáng)度計(jì)算，除葉片負(fù)荷系數(shù)K=0.5以外，其余都與輪盤的計(jì)算方法相同。茲從略。(13)軸盤材料選用。圖3(a)所示軸盤的最大直徑，最大周速為材料選用球墨鑄鐵QT600-02。(14)鉚釘強(qiáng)度計(jì)算輪盤與軸盤用鉚釘連接在一起。圖3(a)所示鉚釘所在的圓周半徑取鉚釘?shù)闹睆?，鉚釘數(shù)通風(fēng)機(jī)的軸功率為由式（7-56），鉚釘承受的剪應(yīng)力為小于許用

8、剪應(yīng)力，安全。二、集流器與蝸殼設(shè)計(jì)(1)集流器設(shè)計(jì)。采用錐弧形集流器，主體為錐形，喉部為圓弧形，其形狀如圖4所示。集流器的出口端必須與輪蓋的入口端緊密配合，如局部放大圖4所示。集流器的喉部直徑為730mm略小于葉輪入口直徑750mm。為了保持葉輪入口流動狀態(tài)良好，集流器末端的型線，需與輪蓋入口端的型線一致。集流器喉部的圓弧半徑取160mm，與輪蓋入口端相同。集流器以后的擴(kuò)壓段不宜過長，取40mm。圖4(2)蝸殼型線繪制。先選取蝸殼的寬度如按等環(huán)量法設(shè)計(jì)，蝸殼型線為對數(shù)螺旋線。蝸殼的張開度A按式（8-3）計(jì)算如按近似式（8-7）計(jì)算，蝸殼型線為阿基米德螺旋線，張開度為：如按式（8-6）取前兩項(xiàng)計(jì)

9、算，張開度為：決定選用A=1000mm用小正方形法畫蝸殼型線，正方形的邊長為分別求出各段弧的半徑：由此繪出蝸殼外周型線，如圖6所示。圖5由于比轉(zhuǎn)速一般，蝸舌頂端與葉輪外圓周的間隙t為：間隙，取t=130mm確定舌頂端的圓弧半徑，取。蝸殼出口流速為：不需要接擴(kuò)壓管。蝸殼出口內(nèi)側(cè)的傾斜角為8°。集流器與蝸殼是靜止部件，不承受動載荷，以滿足剛度要求為主，對材料的力學(xué)性能無嚴(yán)格要求，決定采用Q235A。 (3)蝸殼內(nèi)損失計(jì)算。按照分別計(jì)算摩擦損失和沖擊損失的方法計(jì)算蝸殼內(nèi)的流動損失。蝸殼內(nèi)的摩擦損失按照式（8-17）計(jì)算：蝸殼內(nèi)的平均速度按式（8-19）計(jì)算。摩擦損失系數(shù)按式（8-18）計(jì)算

10、于是由式（8-20）沖擊損失為式中：。由此得蝸殼內(nèi)的流動損失為：三、主軸設(shè)計(jì)主軸的形狀和尺寸如圖6所示。根據(jù)通風(fēng)機(jī)的軸向尺寸和帶輪的大小以及結(jié)構(gòu)上的要求，確定：，懸臂軸徑d1與兩支承間軸徑d2的大小，一方面要求滿足強(qiáng)度的要求，另一方面要遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速。通風(fēng)機(jī)一般為剛性軸。預(yù)選d1=0.1m, d2=0.15m。實(shí)際上懸臂軸徑是節(jié)段式的。為了簡化起見，視為直徑為d1的等直徑軸。下面驗(yàn)算強(qiáng)度和臨界轉(zhuǎn)速。(1)主軸承受的負(fù)荷。如圖7所示，主軸承受的負(fù)荷如下：圖7 主軸負(fù)荷分析葉輪質(zhì)量m1=420kg。帶輪直徑D=-0.64m，帶輪質(zhì)量m2=200kg。兩支承間軸的重量懸臂軸的重量葉輪重量與不平衡力之和帶輪重量與帶拉力之和(2)計(jì)算彎矩和扭矩。支承A的反作用力為：支承B的反作用力為截面A上的彎矩為截面C上的彎矩為AC段軸截面上的扭矩為圖6的下部繪出了彎矩圖和扭矩圖。(3)計(jì)算軸的最大應(yīng)力和材料選用。最大彎矩值為：最大彎矩發(fā)生在A截面，故最大合成應(yīng)力也發(fā)生在A截面。合成應(yīng)力值按式（9-5）計(jì)算：式中，由式（9-6）計(jì)算W為軸的截面抗彎模數(shù)，按下式計(jì)算：將Mn和W值代入式（9-