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为了设计出高效的离心叶轮 , 科研工作者们从各种角度来研究气体在叶轮内的流动规律 , 寻求最佳的叶轮设计方法。最早使用的是一元设计方法 [1] ,通过大量的统计数据和一定的理论分析,获得离心通风机各个关键截面气动和结构参数的选择规律。在一元方法使用的初期,可以简单地通过对风机各个关键截面的平均速度计算,确定离心叶轮和蜗壳的关键参数,而且一般叶片型线采用简单的单圆弧成型。这种方法非常粗糙,设计的风机性能需要设计人员有非常丰富的经验,有时可以获得性能不错的风机,但是,大部分情况下,设计的通风机效率低下。为了改进,研究人员对叶轮轮盖的子午面型线采用过流断面的概念进行设计 [2-3] ,如此设计出来的离心叶轮的轮盖为两段或多段圆弧,这种方法设计的叶轮虽然比前一种一元设计方法效率略有提高,但是该方法设计的风机轮盖加工难度大,成本高,很难用于大型风机和非标风机的生产。另外一个重要方面就是改进叶片设计,对于二元叶片的改进方法主要为采用等减速方法和等扩张度方法等 [4] ,还有 采用给定叶轮内相对速度 W 沿平均流线 m 分布 [5] 的方法。 等减速方法 从损失的角度考虑, 气流相对速度在叶轮流道内的流动过程中以同一速率均匀变化,能减少流动损失, 进而 提高叶轮效率 ;等扩张度方法是为了避免局部地区过大的扩张角而提出的方法。 给定的叶轮内相对速度 W 沿平均流线 m 的分布是通过控制相对平均流速沿流线 m 的变化规律,通过简单几何关系,就可以得到叶片型线沿半径的分布。以上方法虽然简单,但也需要比较复杂的数值计算。
我厂开发生产的脱硫系统增压风机为静叶可调子午加速风机,其叶轮质量为6t,实际运行中产生的轴向后推力为2.7 t。该产品传动组在实际运行状态下的可靠性要通过试验来验证。传统方法是加工一件与叶轮质量相同的圆盘,经动平衡校正后装于传动组,再利用风机自备的大功率电机进行试运转验证。这种验证方法只是验证传动组在相同径向载荷下的运转情况,并不能检验实际的运行状态。笔者依据叶轮实际运行时传动组所承受的径向和轴向载荷设计了传动组模拟试验装置,成功地对传动组进行了验证。通过使用证明,该方法不但降低了试验成本、还提高了生产效率,保证了传动组的试验质量。
叶轮实际运行时会有两种力作用于传动组,一种是叶轮本身的质量产生的垂直向下的重力;二是叶轮工作时产生的轴向后推力。叶轮质量可以通过设计图纸计算出来。风机叶轮实际运行时所产生的轴向后推力,则需要依据风机运行时产生的压力差和叶轮外径以及叶轮轮毂直径,再通过关系式换算出来。