离心风机的选型与设计

离心风机的选型与设计内容摘要：

设备 ,在污水厂风机选型时 ,风机厂家产品样本上给出的均是标准进气状态下的性能参数 ,我国规定的风机标准进气状态 : 压力 p0 =101. 3 kPa ,温度 T0 = 20 ℃ ,相对湿度 φ= 50 % , 空气密度ρ= 1. 2 kg/ m3。 然而风机在实际使用中并非标准状态 ,当鼓风机的环境工况如温度、大气压力以及海拔高度等不同时 ,风机的性能也将发生变化 ,设计选型时就不能直接使用产品样本上的性能参数 ,而需要根据实际使用状态将风机的性能要求 ,换算成标准进气状态下的风机参数来选型。 二、风机选型中应关注鼓风机出口压力影响因素的分析容积式 鼓风机 排气压力的高低并不取决于风机本身 ,而是气体由鼓风机排出后装置的情况 ,即所谓“ 背压 ” 决定的 ,曝气鼓风机 具有强制输气的特点。 鼓风机铭牌上标出的排气压力是风机的额定排气压力。 实际上 ,鼓风 机可以在低于额定排气压力的任意压力下工作 ,而且只要强度和排气温度允许 ,也可以超过额定排气压力工作。 对于污水处理厂而言 ,排气系统所产生的绝对压力 (背压 ) 为管路系统的压力损失值、 曝气池 水深和环境大气压力之和 ,如图 1 所示。 若由于某种原因 ,如 曝气头 或管路堵 9 塞 ,使管路系统的压力损失增加 ,“ 背压 ” 也会升高 ,于是鼓风机的压力也就相应升高。 又若曝气头破裂或管路泄漏等原因 ,管路系统的压力损失则会减少 “, 背压 ” 便不断降低 ,鼓风机的压力也随之降低。 综上所述 ,确定曝气鼓风机压力时 ,只需要鼓风机在标准状态下所能达到的绝对压力等于使用状态下的大气压力、曝气池水深和管路损失之和。 三、风机选型时应关注鼓风机空气流量因素在计算污水处理的需氧量时 ,其结果为标准状态下所需氧的质量流量 qm (kg/ min) ,再将其换算成标准状态下所需空气的容积流量 qv1(m3/ min) ,如果鼓风机的使用状态不是标准状态 ,例如在高原地区使用 ,则空气密度、含湿量会发生变化 ,鼓风机所供应的空气容积流量与标准状态是相同的 ,而所供空气的质量流量将减少 ,有可能导致供氧量不足。 因此 ,必须计算出能供应相同质量流量的容积流量 ,即换算流量。 在高原地区使用时 ,环境大气压力也会发生变化 ,压力比相应升高 ,那么 ,鼓风机的泄漏流量则会增大 ,这将导致鼓风机所供应的空气容积流量减少 ,也可能造成供氧量不足。 因此 ,设计时必须考虑使用条件发生变化时各种因素的影响 ,以保证风机所供应的实际空气流量能够满足使用要求 ,并需计算出换算 流量和泄漏流量。 四、风机选型应关注鼓风机供气流量的变化规律对于同一台鼓风机 ,在冬季和夏季 ,其容积流量是不会发生变化的 ,但因空气密度的不同质量流量会发生变化 ,也就是说供氧量会有所不同。 鼓风机在标准状态与使用状态下的容积流量是不变的 ,但因为空气密度 (ρ) 、含湿量等发生了变化 ,导致鼓风机输送至曝气池的供氧量 ( FOR) 在冬季温度降低时增加、夏季温度升高时降低。 例如 ,某一污水处理厂 ,选用上述计算例题中的 罗茨鼓风机 ,根据环境温度变化 , 计算出鼓风机的实际供氧量 ,其一年的变化规律在实际运行过程中 ,由于进水量、水质、水温、 ML S S 等参数的变化 ,系统需氧量 ( SOR) 也会发生变化在夏季 ,水温较高 ,曝气池需氧量 ( SOR) 增大 ,但鼓风机的供氧量 ( FOR)在减少 ,这是设计时考虑需氧量的最不利工况点 ,此时 ,供氧量、需氧量基本相当。 在冬季 ,水温降低 ,曝气池需氧量( SOR) 减少 ,但鼓风机的供氧量 ( FOR) 增大 ,此时 ,供氧量较需氧量大出许多。 这是由于冬季气温降低 ,空气密度增加 ,那 么风机所供给的干空气的质量流量较标准状态大幅度增加 ,从而引起供氧量增加 ,从运行的实际测量情况来看 ,每年冬季曝气池的溶解氧较夏季会高出 1～ 3mg/ L。 因此 ,在生产运行过程中 ,需要针 10 对这种变化对设备进行及时的调整 ,使鼓风机的充氧能力与实际运行中的需氧量相适应。 对于罗茨鼓风机来说 ,使用变频器 ,通过改变风机转速来调整供风量是很经济实用的。 不同季节曝气池需氧量 ( SOR) 、鼓风机供氧量 ( FOR) 变化规律五、结论综上所述 ,同一台鼓风机在不同的使用条件下 ,其性能的变化非常大 ,所以必须通过严谨的计算进行选型 , 否 则有可能导致生化系统的供氧不足。 另外 ,在冬季和夏季由于空气密度发生了变化 ,鼓风机所供应氧气的质量流量变化很大 ,冬季供氧量大大超过了需氧量 ,所以 ,应采取变频调速等措施使生化系统的溶解氧浓度保持稳定。 4. 离心式 通风机 的设计 通风机设计的要求 离心通风机在设计中根据给定的条件 :容积流量 ， 通风机全压 ， 工作介质 及 以用其他要求，确定通风机的主要尺寸，例如，直径及直径比 ，转速 n,进出口宽度和，进出口叶片角 和 ，叶片数 Z，以及叶片的绘型和扩压器设计，以保证通风机的性能。 对于 通风机设计的要求是： （ 1） 满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近； （ 2） 最高效率要高，效率曲线平坦； （ 3） 压力曲线的稳定工作区间要宽； （ 4） 结构简单，工艺性能好； （ 5） 足够的强度，刚度，工作安全可靠； （ 6） 噪音低； （ 7） 调节性能好； （ 8） 尺寸尽量小，重量经； （ 9） 维护方便。 对于无因次数的选择应注意以下几点： （ 1） 为 保证最高的效率，应选择一个适当的 值来设计。 11 （ 2） 选择最大的 值和低的圆周速度，以保证最低的 噪音。 （ 3） 选择 最大的值，以保证最小的磨损。 （ 4） 大时选择最大的 值。 设计步骤 4. 叶轮尺寸的决定 叶轮的主要参数 : :叶轮外径 :叶轮进口直径； :叶片进口直径； :出口宽度； :进口宽度； :叶片出口安装角； :叶片进口安装角； Z:叶片数 :叶片前盘倾斜角； 一． 最佳进口宽度 12 在叶轮进口处如果有迴流就造成叶轮中的损失，为此应加速进口流速。 一般采用，叶轮进口面积为 ，而进风口面积为 ，令 为叶轮进口速度的变化系数，故有： 由此得出： 考虑到轮毂直径引起面积减少，则有： 其中 在加速 20%时，即 , 加速 20%的叶轮图 二． 最佳进口直径 由水力学计算可以知道，叶道中的损失与速度的平方成正比，即。 为此选择在一定的流量和转速条件下合适的，以使为最小。 首先讨论叶片厚度的影响。 由于叶片有一定厚度 ；以及折边的存在，这样使进入风机的流速从增加至，即： 13 叶片厚度和进出口的阻塞系数计算 用 和 分别表示进出口的阻塞系数： 式中为节距， 为切向叶片厚度 同理 那么进出口的径向速度为： 当气流进入叶轮为径向流动时， ,那么： 为了使最小，应选用适当的。 总之在中间值时。