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如何提高汽车性能?集风器和进气箱的优化技巧

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:集风器的作用是将气体导向叶轮。经过径向间隙的泄漏气流与叶轮进口中的主气流方向一致。因此,目前广泛采用径向间隙的集风器。试验结果表明,集风器型线改进后,通风机的压力及效率都有所增加。进气箱的出口与集风器入口相连结。图3-132为两种不同结构的进气箱及其特性曲线。另外,如图3-132所示的几种进气箱比较好。3)气流在进气箱中的流动应保持均匀地加速。

如何提高汽车性能?集风器和进气箱的优化技巧

集风器的作用是将气体导向叶轮。集风器的几何形状、集风器与叶轮入口间隙型式及大小都对通风机的性能有影响。评价集风器时,不但要看集风器本身的流力损失,还要看集风器出口进入叶轮的气流流动情况。

集风器的基本型式如图3-125所示。如图3-125a所示为圆筒形集风器,它本身的流力损失最大,引导气流进入叶轮的流动情况也最坏,但加工工艺方便。如图3-125b所示为圆锥形集风器,它本身的流力损失较大,引导气体进入叶轮的流动状态也不佳。如图3-125c所示为圆弧形集风器,它本身的流力损失小,引导气流进入叶轮的流动状态也较好。圆弧形集风器引导气流进入叶轮以后,所形成的涡区比圆锥形集风器所形成的涡区小得多。采用这两种不同的集风器,对于通风机的特性曲线的影响表示在图3-127中。从图3-127可见,用圆弧形集风器,通风机的压力系数ψ和全效率η都有所提高,而功率系数λ则有所降低。如图3-125d所示为锥弧形集风器,这种集风器在现代离心通风机中获得了广泛的应用。

集风器与叶轮进口间的间隙型式有如图3-126所示径向间隙和轴向间隙两种。经过轴向间隙的漏损气流与叶轮进口中的主气流方向垂直,破坏了叶轮进口气流的流动。经过径向间隙的泄漏气流与叶轮进口中的主气流方向一致。所以径向间隙的损失小于轴向间隙的损失。如图3-126所示下部的特性曲线证实了此结果。因此,目前广泛采用径向间隙的集风器。在装配允许的条件下,径向间隙越小越好。不同的径向间隙对于效率的影响如图3-127b所示。另外,集风器末端伸进叶轮的深度l(见图3-128)对通风机性能也有影响。深度l对效率的影响如图3-129a所示。

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图3-125 集风器的型式

a)筒形 b)锥形 c)圆弧形 d)锥弧形

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图3-126 圆弧形和圆锥形集风管的涡区

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图3-127 圆锥形和弧形集风器的比较

——圆锥形集风器 978-7-111-33915-1-Chapter03-582.jpg圆弧形集风器

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图3-128 不同间隙型式的性能比较

a)径向间隙 b)轴向间隙

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图3-129 径向间隙与集流器末端伸进深度对特性曲线的影响

a)集风器末端伸进叶轮的深度对效率的影响 b)径向间隙对于效率的影响

下列原则可作为设计集风器时的参考:

1)弧形和锥形集风器的收缩度(见图3-125中的a-b段)的型线,应根据单调加速原则来决定。为减少气流在其中的损失当量,收缩角φc=40°~60°。

2)喉部b速度不宜过大,即其直径不宜过小,否则在减速段的当量扩散角过大。

3)为减小损失,气流在扩散段(见图3-125中的b-c段)的减速规律应与气流在叶轮入口的减速规律基本一致。此外,还应使减速段的型线与叶轮入口附近的前盘型线相匹配。

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图3-130 气流沿两种不同集流器的速度分布

我们曾根据上述原则,对4-72型通风机的锥弧型集风器的型线进行了改进。减少了收缩段的锥度,增加了喉部直径,修改了扩散段的型线。改进前后,气流沿集风器轴线L的速度分布如图3-130所示。试验结果表明,集风器型线改进后,通风机的压力及效率都有所增加。

某些通风机由于结构上的要求,在集流器外端加装进气箱(见图3-39)。它通常用于双吸的引风机及双支承的单吸通风机。

进气箱是把气流从它的进口经过转弯引向出口。进气箱的出口与集风器入口相连结。进气箱的几何形状和尺寸对于气流有影响。在图3-131所示进气箱中气流转弯时,速度分布很不均匀,而且出现了旋绕速度cu。这种情况一直延续到进气箱出口。这不仅增加进气箱中的损失,而且影响到集风器入口速度的均匀性,以致通风机的设备效率降低。因此,对于进气箱的设计必须予以足够的注意。

图3-132为两种不同结构的进气箱及其特性曲线。进气箱(见图3-132b)与(见图3-132a)的主要区别在于:

①在垂直于转轴的平面投影上,进气箱(见图3-132b)的入口尺寸(或称长度)显著地增加了。

②在进气箱(见图3-132b)中设有整流筋板。气流从它的两侧流入进气箱,可消除气流在进气箱中的旋绕。

③进气箱(见图3-132b)的开始部分的长度是不变的,然后逐渐减小其径向尺寸。这种型式的进气箱,在其左右两侧的体积,比图3-132a所示的型式大,以保证气流较均匀充满其出口。(www.xing528.com)

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图3-131 吸气箱径向截面中的速度分布

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图3-132 两种不同进气箱的简图及其特性曲线(图中的几何尺寸为叶轮外径的百分数)

——进气箱 b)的特性曲线 978-7-111-33915-1-Chapter03-588.jpg进气箱a)的特性曲线

从图3-132c特性曲线可以看到,进气箱(见图3-132b)改善了通风机的性能。在额定工况下,通风机的全压系数及效率增加约2%

另外,如图3-132所示的几种进气箱比较好。

根据进气箱的一些研究资料,得出下列意见,可供设计进气箱时参考:

1)进气箱进口面积Si应与外部供气管道截面积相匹配。它与叶轮进口面积S0之比为Si/S0=1.8~3。

2)进气箱的进口宽度在很大程度上取决于两支承轴承间的可能极限距离。一般进气箱入口尺寸的长宽比值为2~3.5。

3)气流在进气箱中的流动应保持均匀地加速。为此,无论在子午截面上,还是在垂直于转轴的平面上,流道截面积必须是逐渐收缩的。

4)为了保证集风器入口前气流均匀,进气箱下部渐缩形流道的型线(在平面投影上)最好采用如图3-132b所示的型式,其型线用两个圆弧绘制,而其中心位于转轴中心下部的两侧。在进气箱对称轴线上,最好焊有整流筋板,但当进气箱进口装有径向前导器时,则不需整流筋板。

5)为使集流器入口得到比较均匀的速度场,进气箱在子午面上的形状应有利于把气流引向集流器的入口,如图3-133a、c所示。这种结构可使气流比较平稳地转弯。其他进风口结构如图3-134~图3-139,轴承箱结构如图3-140~图3-143所示。

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图3-133 几种比较好的进气箱在子午面上的投影

a)沈阳鼓风机研究所研制的进气箱 b)前苏联费多洛夫矿山力学控制工程研究所研制的进风箱 c)波兰罗兹热工研究所研制的进风箱

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图3-134 进风口1

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图3-135 进风口2

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图3-136 进风口3

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图3-137 与前盖板一体的进风口

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图3-138 单吸入进气箱

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图3-139 左旋风机单吸入进气箱

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