关于锅炉引风机的设计

张叶娟，武奎，李雯霖，曹建明

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

关于锅炉引风机的设计

张叶娟，武奎，李雯霖，曹建明

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

随着现代工业的飞速发展，风机产品在各行业中得到了越来越广泛的运用，因此科研设计及技术革新者经常碰到有关离心风机的选型、设计等问题。文章介绍了锅炉引风机的工作原理、主要零部件的设计及参数确定。

锅炉引风机；结构设计；参数确定

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 锅炉引风机的工作原理

锅炉引风机是依靠机械动力将气体输送到指定位置的流体机械，工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。

2 工艺参数及结构设计

2.1 已知工艺参数如表1所示

表1 有关课题的工艺参数

2.2 结构设计

2.2.1 叶轮的设计

（1）引风机的比转速ns

离心风机的最佳比转速范围约在15~90之间，前弯式风机的最佳比转速范围约在15~65之间，后弯式风机的最佳比转速范围约在20~90之间。故本次设计的是后弯式离心风机[1]。

（2）出口安装角β2A

锅炉引风机所输送的烟气中含有尘埃，从耐磨的角度考虑，采用平板叶片，选择β2A=50°。

（3）估算叶轮外缘圆周速度u2

预选全压系数ψ=0.92，则

（4）计算叶轮外径D2

当D2=0.650m时，风机的流量系数φ和全压系数ψ分别为[2]：

（5）确定叶轮入口直径D0以及叶片入口直径D1

式中：μ1——叶片入口前气流充满系数，本设计中采用弧形前盘，μ1=0.95；

本设计采用钢板叶片，上面计算出的b1有些宽，影响叶轮刚度，ζ1应取大一些。取ζ1=0.65，则此时：

（7）选择径向进气方式，则α1=90°。

（8）计算叶片入口前气流角β1A

式中：R1m——叶轮入口平均半径，m；

R2——叶轮外缘半径，m。

（9）确定叶片数目Z

在离心通风机中，增加叶轮的叶片数目则可提高叶轮的理论压力，但是叶片数目增加，将增加叶轮通道的摩擦损失，这种损失将降低风机的实际压力而增加能耗。因此，对每一种叶轮，存在着一个最佳叶片数目。叶片数目Z与叶栅密度τ有关，叶栅密度τ可用下式表示：

叶片数目Z为：

（10）计算叶片出口宽度b2

式中：μ2——叶片出口前气流充满系数；（对锥形及弧形前盘μ2=0.75~0.95，本设计采用弧形前盘，μ2=0.95。）

根据沈阳鼓风机研究所的统计，效率较高的通风机在μ1=μ2时，Kcm=0.87~1，在此取 Kcm=1。

（11）绘制叶片线型

根据上述对叶片基本尺寸的计算，现绘制叶片线型，如图1所示：

图1 叶片线型

2.2.2 蜗壳的设计

（1）计算蜗壳宽度B

机壳的最佳宽度问题，现在尚未得到彻底解决。根据统计，我国比较优良的通风机的机壳宽度B =(2~4)b2[2]。本设计中取B =4b2。则B =0.456m。

（2）确定蜗壳张开度A

采用平均速度cm计算蜗壳型线，即：

（3）计算蜗壳绘制半径

采用不等距基元法，其中：

（4）计算蜗壳出口长度C

（5）计算蜗壳出口速度

（6）计算蜗舌顶端与叶轮外圆的间隙t和蜗舌顶端的圆弧r

取t=0.06m，r=0.05m

（7）绘制蜗壳线型

根据上述计算，绘制出蜗壳线型如图2所示：

图2 蜗壳线型

2.2.3 集风器的设计

集风器的基本形式有筒形、锥形、圆弧形、锥弧形四种，其中筒形自身流力损失最大，引导气流进入叶片的流动情况最坏；锥形自身流力损失较大，引导气流进入叶片的流动状态也不佳；圆弧形自身流力损失小，引导气流进入叶轮的流动状态也较好；锥弧形在现代离心通风机中获得了广泛的应用，本设计中采用锥弧形集风器。如图3所示。

图3 集风器

2.2.4 轴的结构设计

（1）通风机所需的轴功率为：

式中：ηin——通风机的全压内效率，ηin=0.85；

ηmc——传动的机械效率，联轴器传动，ηmc=0.98。

（2）轴的结构设计

轴的结构图如图4所示：

图4 主轴结构图

3 结论

本设计主要运用了流体机械、离心风机设计、机械设计等知识对课题要求的锅炉引风机进行了结构设计，确定了风机叶轮、蜗壳、主轴等结构。经后期叶轮选材Q345、主轴选45钢，并经强度校核知，该设计中的主要零部件满足强度要求。

[1] 《离心式与轴流式通风机》编写组．离心式与轴流式通风机[M].北京:机械工业出版社,1980.6.

[2] 商景泰主编.通风机实用技术手册[M].北京:机械工业出版社,2005.4.

[4] 黄世伟主编.材料力学[M].武汉:华中科技大学出版社,2011.12.

[3] 杨可桢,程光蕴,李仲生主编.机械设计基础(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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)18-85-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.030

张叶娟，女，（1993-），在读研究生，就读于长安大学汽车学院动力机械及工程专业。