气动马达动叶轮及导流器内气流分析及有关参数

　　气动马达动叶轮及导流器内气流分析及有关参数

　　气动马达按结构形式可分为:叶片式气动马达、活塞式气动马达和齿轮式气动马达等几种形式。目前,叶片式气动马达广泛应用于矿山及风动工具。

　　根据仿真的结果,对叶片式马达进行动态特性分析，气动马达动叶轮及导流器内气体在圆柱面上流动，以下图 中的平均半径,rm 的圆柱面有代表性，因此着重讨论气体在以,rm 为半径的圆柱面上的流动。

　　若将圆柱面展开成平面，则气体的流动就变成在平面上流动了。图3 就是气体在以,Rm为半径的圆柱面上的流动展成在平面上流动的示意图。从左至右依次是第一段动叶

　　轮、导流器、第二段动叶轮的部分叶片断面。

　　为了清楚，将图3 中的速度、角度绘成图4 所示形式

　　则图3 和图4 中，各速度有以下关系：

　　式中w1———第一段动叶轮进口处气流的相对速度，m/s

　　w2———第一段动叶轮出口处气流的相对速度，m/s

　　V2———第一段动叶轮出口处气流的绝对速度，m/s

　　V3———第二段动叶轮进口处气流的绝对速度，m/s

　　W3———第二段动叶轮进口处气流的相对速度，m/s

　　W4———第二段动叶轮出口处气流的相对速度，m/s

　　角度有以下关系：

　　式中b1\b2———分别为第一段动叶轮进口处和出口处的相对气流角度,

　　a3\b3———分别为第二段动叶轮进口处的绝对气流角和相对气流角度,

　　a2———第一段动叶轮出口处绝对气流角度,

　　b4———第二段动叶轮出口处相对气流角度

　　式(1)所表达的单位质量气体对气动马达所做的绝热理论功#$ 还可以通过第一、二段动叶轮进出口处气流的各种速度来表达，即：

　　式中A1———单位质量气体对第一段动叶轮所做的绝热理论功，J/kg

　　式中A2———单位质量气体对第二段动叶轮所做的绝热理论功，J/kg

　　V4———第二段动叶轮出口处气流的绝对速度,m/s

　　A4———第二段动叶轮出口处气流的绝对气流角，度

　　由式(19)可知

　　越大。

　　下面讨论图4 所示各有关速度及角度。

　　由图4 可知

　　按图4，V4 如下计算：

　　选择合理的V4值，满足V4

　　在上式中，应按下述范围选择，即：

　　在设计计算中，为更有效地利用压缩气体的能量，则V4 越小越好。所以，合理地选择Y 值可使V4 变得更小。

　　图4中，

　　以上讨论的是气体的流速和角度的关系，以下讨论动叶轮及导流器的有关几何尺寸(如图5)和叶片形状。

　　式中抽rm———两个动叶轮及导流器的平均半径

　　式中l———两动叶轮及导流器的叶片径向

　　高度

　　rt ———两动叶轮及导流器的外半径

　　rh ———两动叶轮及导流器的内半径

　　n1———叶片径向高度的计算系数，

　　n1=0.3-0.32

　　图6、图7 分别是两动叶轮单个叶片的形状，则有：

　　式中b———两动叶轮叶型弦长(图中未标明)

　　t———两动叶轮叶片节距

　　m1———系数，m1=0.16-0.18

　　m2———系数，m2=0.12-0.13

　　每个动叶轮的叶片数为(计算后取整)：

　　第一段动叶轮叶片型线绘制时所需几何参数及型线绘制方法如下：

　　式中b0———叶栅绘制宽度

　　r———叶栅叶片型线内弧半径

　　r0———叶栅叶片型线外弧半径

　　n2———系数，n2=0.45-0.60

　　其绘制方法为：

　　用中心线1— 1将叶栅的绘制宽度(b0平分，作一条与1—1 直线垂直的直线2—2，交点为o，从o点作两条射线OC1、OC2，分别与2—2 所成角度b1、b2;以点!o为圆心，以r为半径画出叶片型线的内弧C1C2;自点C1作直线OC1 的垂线C2A;自点C2 作直线!#! 的垂线OC2，这两垂线的交点为A;连接AO，AO 与C1C2 交于点D，以点D为圆心,r0为半径作出型线的外弧与C1A、C2A 相交，就形成了叶片型线的整个外侧型线。为使叶片入口边缘平滑，把叶片尖的入口边缘改为平滑的入口边缘。

　　图8为导流器的叶型，则有：

　　式中b———导流器叶片弦长

　　t ———导流器叶片节距

　　m2———系数，取m2=0.17-0.18

　　导流器的叶片数为(计算后取整)：

　　式中b0———导流器叶栅绘制宽度

　　r ———导流器叶栅叶片型线内弧半径

　　ro———导流器叶栅叶片型线外弧半径

　　导流器叶片型线绘制方法与动叶轮的绘制方法相同，这里不再赘述。

　　第二段动叶轮叶片型线参数如图7，绘制方法与第一段动叶轮、导流器的均相同。