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軸流風(fēng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

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軸流風(fēng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)包括:葉輪、導(dǎo)葉、擴(kuò)壓器、進(jìn)氣室、軸與軸承等部件,還設(shè)置了潤(rùn)滑、調(diào)節(jié)等附屬設(shè)備。軸流風(fēng)機(jī)一般水平布置,由于進(jìn)氣室、擴(kuò)壓器等的設(shè)置,顯得體積比較大。

   軸流風(fēng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)包括:葉輪、導(dǎo)葉、擴(kuò)壓器、進(jìn)氣室、軸與軸承等部件,還設(shè)置了潤(rùn)滑、調(diào)節(jié)等附屬設(shè)備。軸流風(fēng)機(jī)一般水平布置,由于進(jìn)氣室、擴(kuò)壓器等的設(shè)置,顯得體積比較大。


一、葉輪


  葉輪是軸流風(fēng)機(jī)提升氣體能量的主要部件,氣體通過(guò)旋轉(zhuǎn)的葉輪后,作螺旋線的軸向運(yùn)動(dòng)。葉輪主要由葉片、輪轂、軸承等部件構(gòu)成,若采用可調(diào)角度的動(dòng)葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出力,葉輪上還裝設(shè)調(diào)節(jié)葉片角度的裝置。


   軸流風(fēng)機(jī)的葉片截面形狀在保證強(qiáng)度的前提下,由氣體動(dòng)力特性決定,為了使流過(guò)的氣流提高壓頭,并盡可能降低損失,一般采用機(jī)翼型。將許多相同葉型的葉片排列成彼此間距相等的一組葉片,稱為葉柵。


   軸流風(fēng)機(jī)的葉片一般是扭曲的,整個(gè)葉片沿著徑向扭曲一定的角度,并且沿著翼展方向葉片寬度及葉片厚度是逐漸減小的。軸流風(fēng)機(jī)按照升力原理工作,為了避免非軸向的氣體流動(dòng)擾亂流線,應(yīng)保證沿葉片高度方向不產(chǎn)生徑向流動(dòng),必須使風(fēng)機(jī)葉片不同半徑的各個(gè)斷面所產(chǎn)生的能頭相同,即各斷面上的速度環(huán)量相等。


   靠近輪轂處葉片半徑小、柵距也小,圓周速度也減小,為了使速度環(huán)量與葉片頂部相同,勢(shì)必要增大葉片根部的安裝角和葉弦長(zhǎng)度,所以葉片制成空間扭曲形狀。葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),葉頂處的速度大于葉根的圓周速度,圓周速度大產(chǎn)生的風(fēng)壓大,圓周速度小產(chǎn)生的風(fēng)壓小,但是葉根處安裝角大一些,可增大產(chǎn)生的風(fēng)壓,葉頂處的安裝角小一些,可降低產(chǎn)生的風(fēng)壓,兩者相互彌補(bǔ),保證葉頂與葉根處產(chǎn)生的風(fēng)壓大致相等,避免了葉片流道中沿著葉片的徑向氣流能量的不平衡,避免軸向渦流。沿著翼展方向的葉片寬度及厚度的減小,也可以減小葉片所產(chǎn)生的離心力,又保證了葉片的足夠強(qiáng)度。


    軸流風(fēng)機(jī)葉輪輪轂直徑與葉輪直徑之比稱為輪轂比,輪轂比越大,所產(chǎn)生的全風(fēng)壓越大。但是增大輪轂比會(huì)使氣體軸向流速增大,風(fēng)機(jī)全風(fēng)壓中動(dòng)能比例增大,會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)流動(dòng)阻力增大、風(fēng)機(jī)效率降低。


   為了提高風(fēng)機(jī)效率,要求葉片表面光滑,降低氣流的摩擦損失與氣流離開(kāi)翼型表面流動(dòng)所產(chǎn)生的分離損失。葉片與外殼之間的徑向間隙在保證安全的前提下盡可能小,避免較大的漏風(fēng)損失。


二、導(dǎo)葉


    軸流風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉有安裝在葉輪之前的前置導(dǎo)葉和安裝在葉輪之后的后置導(dǎo)葉。大容量軸流風(fēng)機(jī)設(shè)置的前置導(dǎo)葉往往制成能轉(zhuǎn)動(dòng)的可調(diào)靜葉。前置靜葉作成可以轉(zhuǎn)動(dòng)的,則在設(shè)計(jì)工況時(shí),可以使前置靜葉的出口速度為軸向,當(dāng)流量減少時(shí),可向動(dòng)葉旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng),而當(dāng)流量增大時(shí)則向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng),這樣可以適應(yīng)很大的流量變化范圍,而保持其高效率。這種型式適用于高流量的系統(tǒng)。


    但是前置葉型,流體進(jìn)入動(dòng)葉時(shí)的相對(duì)速度ω1 比后置靜葉型大,會(huì)造成能量損失,但這種葉型具有以下優(yōu)點(diǎn):


1.在轉(zhuǎn)速和葉輪尺寸相同時(shí),前置靜葉因預(yù)旋,可使ω1 增加,從而使ΔVu 增加,所以獲得的能頭比后置靜葉型高,如果流體獲得相同的能量時(shí),則前置靜葉型的葉輪直徑可以比后置靜葉型小,因而體積小,可以減輕機(jī)器的重量。


2.當(dāng)工況變化時(shí),沖角變動(dòng)較小,因而效率變化較小。


3.前置靜葉如作成可以轉(zhuǎn)動(dòng)的,則工況變動(dòng)時(shí),可以轉(zhuǎn)動(dòng)靜葉角度,使其在變工況下仍能保持高效率。


  后置導(dǎo)葉是回收氣流圓周方向動(dòng)能的裝置。從軸流風(fēng)機(jī)葉輪流出的氣流為螺旋狀軸向流動(dòng),包含了沿軸向的運(yùn)動(dòng)和圓周方向的運(yùn)動(dòng)兩個(gè)分量。沿軸向的流動(dòng)是需要的,但圓周方向的流動(dòng)是能量損失,在葉輪出口安裝導(dǎo)葉可以改變氣流的流動(dòng)方向,把圓周運(yùn)動(dòng)改為軸向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)葉是靜止不動(dòng)的,導(dǎo)葉的進(jìn)口角與氣體從葉片流出的方向一致,導(dǎo)葉的出口角與軸向一致,所以氣流從導(dǎo)葉流出時(shí)方向是軸向的,這樣氣流的圓周方向的運(yùn)動(dòng)在后置導(dǎo)葉中完全轉(zhuǎn)換成軸向運(yùn)動(dòng)。由于轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片是扭曲的,沿著葉片高度方向氣流的流出角也是變化的,為了減少導(dǎo)葉入口處氣流的撞擊、旋渦損失,出口導(dǎo)葉沿著葉片高度方向也是扭曲的,安裝角沿著葉片高度逐漸減小。


   氣流經(jīng)過(guò)后導(dǎo)葉流入擴(kuò)壓器,擴(kuò)壓器是一個(gè)截面逐漸擴(kuò)大的圓錐體,為了防止氣體在擴(kuò)壓器中流過(guò)時(shí)在壁附近產(chǎn)生旋渦,一般氣流流過(guò)后導(dǎo)葉后的流動(dòng)不是完全軸向,而略帶旋繞運(yùn)動(dòng)。旋繞運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定的離心力,氣流充滿擴(kuò)壓器,減少旋渦的產(chǎn)生,限制旋渦及脫流區(qū)的擴(kuò)大,改善了擴(kuò)壓器的工作,提高流動(dòng)效率。導(dǎo)葉的靜葉片數(shù)目不能與動(dòng)葉片數(shù)目一致,避免氣流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生共振。


    若轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片使用角度可調(diào)的方法調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出力,當(dāng)工況偏離設(shè)計(jì)出力時(shí),動(dòng)葉角度發(fā)生變化,氣流從葉片出來(lái)進(jìn)入后導(dǎo)葉的進(jìn)口角也發(fā)生變化。但是后導(dǎo)葉是固定的,氣流在導(dǎo)葉進(jìn)口處產(chǎn)生撞擊和旋渦能量損失是不可避免的,動(dòng)葉調(diào)節(jié)范圍越寬,撞擊、旋渦的能量損失越大。


三、擴(kuò)壓器


    經(jīng)由導(dǎo)葉流出的氣體具有的較大的流速,全風(fēng)壓中動(dòng)壓所占的比例較大。流速過(guò)高會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的流動(dòng)阻力損失,為了進(jìn)一步提高風(fēng)機(jī)效率,應(yīng)將氣流的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能。擴(kuò)壓器是一個(gè)截面沿氣流方向不斷擴(kuò)大的容器,穩(wěn)定連續(xù)氣流流過(guò)后由于速度降低,壓力上升。  


  軸流風(fēng)機(jī)由于轉(zhuǎn)速較高,葉片數(shù)目較多,噪音比較大,并且集中在高頻分量,因此軸流風(fēng)機(jī)葉輪、導(dǎo)葉、及擴(kuò)壓器部位外殼一般裝設(shè)隔音層。


四、進(jìn)氣室


   風(fēng)機(jī)進(jìn)氣室的氣體運(yùn)動(dòng)狀況,對(duì)于氣體進(jìn)入葉輪的運(yùn)動(dòng)狀況有很大的影響。進(jìn)氣室的大小、形狀應(yīng)使得氣流在損失最小的情況下平穩(wěn)地充滿整個(gè)流道進(jìn)入葉輪,使氣流在葉輪進(jìn)口的速度和壓力分布均勻。一般軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)氣室的進(jìn)風(fēng)口面積大于葉輪入口面積,使氣流在進(jìn)氣室有加速,有利于葉輪進(jìn)口速度及壓力分布的均勻;同時(shí)進(jìn)氣室各側(cè)壁為圓弧形,有利于減少旋渦,既可以減少能量損失,又可以使氣流流動(dòng)平穩(wěn)。


   大型軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)氣室尺寸都較大,為了增加外殼強(qiáng)度,需要裝設(shè)加強(qiáng)筋。但是要注意加強(qiáng)筋的裝設(shè)要盡量避免對(duì)氣流造成擾動(dòng),減少氣流阻力,避免氣流旋渦產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音。為了防止風(fēng)機(jī)機(jī)殼的振動(dòng)傳至進(jìn)氣室,進(jìn)氣室和機(jī)殼通過(guò)圍帶揉性連接。


   直接從大氣中吸氣的送風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口設(shè)置消音器。消音器水平裝設(shè)在風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口,內(nèi)有許多按一定距離排列柵格的吸聲片。吸聲片能吸收氣流通過(guò)后噪聲的能量。為了獲得耗好的消聲效果,應(yīng)使柵格吸聲片的孔暢通,這樣也能降低消聲器的阻力。


五、軸與軸承


    軸流風(fēng)機(jī)的葉輪裝設(shè)在主軸上,主軸通過(guò)中間軸穿過(guò)進(jìn)氣室與電動(dòng)機(jī)軸相連,因此軸流風(fēng)機(jī)軸系比較長(zhǎng)。風(fēng)機(jī)軸承大都采用滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承具有啟動(dòng)摩擦阻力小、摩擦系數(shù)小、軸向尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。但滾動(dòng)軸承承載能力、承受沖擊載荷能力低于滑動(dòng)軸承?;瑒?dòng)軸承徑向尺寸小,承載能力大,能承受沖擊振動(dòng)載荷,但是必須裝設(shè)潤(rùn)滑油系統(tǒng)或設(shè)置潤(rùn)滑油池。發(fā)電廠使用的大容量送、引、一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)軸承一般使用滾動(dòng)軸承能滿足需要,電機(jī)軸承視電機(jī)容量而定,一般 1000kW 以上的電機(jī)(三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī))需要使用滑動(dòng)軸承。


     軸流風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中,由于葉片對(duì)氣體作功,葉片要承受氣體的反作用力,同時(shí)由于出口風(fēng)壓大于進(jìn)口風(fēng)壓,存在的壓差也作用在葉輪上。結(jié)果使得葉輪承受逆氣流方向的軸向推力。軸向推力需要裝設(shè)推力軸承加以支承,為了簡(jiǎn)化布置,可以與一列支承軸承合用一個(gè)軸承箱。六、附屬設(shè)備


    大容量軸流風(fēng)機(jī)的軸承潤(rùn)滑和冷卻需要設(shè)置專門(mén)的潤(rùn)滑油站,使用動(dòng)葉可調(diào)的軸流風(fēng)機(jī)還必須設(shè)置一套比較復(fù)雜的液壓控制裝置。潤(rùn)滑油和控制油可以合用油箱,有的合用油泵,液壓油節(jié)流降壓后兼作潤(rùn)滑油,也可以將潤(rùn)滑油與液壓油系統(tǒng)分開(kāi)。進(jìn)口導(dǎo)葉(靜葉)可調(diào)的風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)裝置比較簡(jiǎn)單,電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)在導(dǎo)軌中滑動(dòng)的滑環(huán)使靜葉轉(zhuǎn)動(dòng)改變角度。