關于鍋爐引風機的設計

張葉娟，武奎，李雯霖，曹建明

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

關于鍋爐引風機的設計

張葉娟，武奎，李雯霖，曹建明

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

隨著現代工業的飛速發展，風機產品在各行業中得到了越來越廣泛的運用，因此科研設計及技術革新者經常碰到有關離心風機的選型、設計等問題。文章介紹了鍋爐引風機的工作原理、主要零部件的設計及參數確定。

鍋爐引風機；結構設計；參數確定

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 鍋爐引風機的工作原理

鍋爐引風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 工藝參數及結構設計

2.1 已知工藝參數如表1所示

表1 有關課題的工藝參數

2.2 結構設計

2.2.1 葉輪的設計

（1）引風機的比轉速ns

離心風機的最佳比轉速范圍約在15~90之間，前彎式風機的最佳比轉速范圍約在15~65之間，后彎式風機的最佳比轉速范圍約在20~90之間。故本次設計的是后彎式離心風機[1]。

（2）出口安裝角β2A

鍋爐引風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

預選全壓系數ψ=0.92，則

（4）計算葉輪外徑D2

當D2=0.650m時，風機的流量系數φ和全壓系數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，本設計中采用弧形前盤，μ1=0.95；

本設計采用鋼板葉片，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）確定葉片數目Z

在離心通風機中，增加葉輪的葉片數目則可提高葉輪的理論壓力，但是葉片數目增加，將增加葉輪通道的摩擦損失，這種損失將降低風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目。葉片數目Z與葉柵密度τ有關，葉柵密度τ可用下式表示：

葉片數目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；（對錐形及弧形前盤μ2=0.75~0.95，本設計采用弧形前盤，μ2=0.95。）

根據沈陽鼓風機研究所的統計，效率較高的通風機在μ1=μ2時，Kcm=0.87~1，在此取 Kcm=1。

（11）繪制葉片線型

根據上述對葉片基本尺寸的計算，現繪制葉片線型，如圖1所示：

圖1 葉片線型

2.2.2 蝸殼的設計

（1）計算蝸殼寬度B

機殼的最佳寬度問題，現在尚未得到徹底解決。根據統計，我國比較優良的通風機的機殼寬度B =(2~4)b2[2]。本設計中取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 集風器的設計

集風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，引導氣流進入葉片的流動狀態也不佳；圓弧形自身流力損失小，引導氣流進入葉輪的流動狀態也較好；錐弧形在現代離心通風機中獲得了廣泛的應用，本設計中采用錐弧形集風器。如圖3所示。

圖3 集風器

2.2.4 軸的結構設計

（1）通風機所需的軸功率為：

式中：ηin——通風機的全壓內效率，ηin=0.85；

ηmc——傳動的機械效率，聯軸器傳動，ηmc=0.98。

（2）軸的結構設計

軸的結構圖如圖4所示：

圖4 主軸結構圖

3 結論

本設計主要運用了流體機械、離心風機設計、機械設計等知識對課題要求的鍋爐引風機進行了結構設計，確定了風機葉輪、蝸殼、主軸等結構。經后期葉輪選材Q345、主軸選45鋼，并經強度校核知，該設計中的主要零部件滿足強度要求。

[1] 《離心式與軸流式通風機》編寫組．離心式與軸流式通風機[M].北京:機械工業出版社,1980.6.

[2] 商景泰主編.通風機實用技術手冊[M].北京:機械工業出版社,2005.4.

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

[3] 楊可楨,程光蘊,李仲生主編.機械設計基礎(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，就讀于長安大學汽車學院動力機械及工程專業。