(18.206.12.76) 您好!臺灣時間:2021/04/23 09:57
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:李奕勛
研究生(外文):Yi-Shun Lee
論文名稱:高壓型後傾式離心風機改善設計及性能測試之研究
論文名稱(外文):The Design and Performance For High Pressure Centrifugal Fans with Backward Curved Blades & a Common Set-up Complying with Codes for Performance Tests
指導教授:黎文龍黎文龍引用關係
口試委員:林志中吳明川賴光哲
口試日期:2013-06-29
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:106
中文關鍵詞:田口方法AMCACFD後傾式離心風機
外文關鍵詞:Taguchi MethodsAMCACFDBackward-Inclined Centrifugal Fan
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:80
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:23
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
近年環保意識提高,提昇效率成為風機產品開發製造時之首要目的。而中國大陸對於販售風機訂定效率門檻,未達門檻則無法販售,故本研究以協助台商風機廠透過官方性能測試,並通過其效率販售門檻為主要目標。
本研究利用CFD軟體,使用全因子分析以及田口方法改善廠商現有高壓型後傾式離心風機設計,幫助其提升風機效率;包括改良喇叭口之幾何外型,使空氣流動可以更加順暢外,再利用田口方法將風輪葉片之入口角b1、出口角b2、出口高度b2,以及喇叭口跟葉輪的間隙做為直交表之因子,即模擬之實驗參數。本研究歷經三次之改良設計,且實際製造之風機經過AMCA 210標準測試後,其全壓效率比原始設計提升了約5.4%,即由68 %提升至73.4 %,一舉通過大陸能效三級認證,若此風機於工廠24小時運轉,以一年來計算,估計一台風機可省下約3,070度電(約9,200元的電費),並且減少約1,860 Kg的CO2排放量。
風機效率雖達到能效門檻後,仍試圖以密封元件中的「迷宮油封」為概念,針對喇叭口跟葉輪間隙之洩漏,進行「迷宮油封式設計」,目標為減少其內洩漏造成的能量損失,根據模擬結果可知其確有改善,但效果不如預期。
此外,本文特別佐以實務經驗而提出說明,設立一間可通用於GB 1236及AMCA 210之風機性能測試實驗室的構想。首先,針對此兩種風機性能測試規範進行分析,將可共用的部份,設計製作成固定設備,另因應測試標準不同而需更換者,設計製作成元件組,在必要時予以更換,即可同時滿足於兩種測試規範,以增加測試設備之彈性,達到節省設置實驗室之成本與儲存空間。
Nowadays, the issues of energy consumption have been addressed because that the greenhouse effect has been more and more severe. As a result, energy saving and carbon reduction have become major goals in fan design. In fact, fans are required to meet the minimum efficiency threshold set by the Chinese government in order to be sold in China. Consequently, the goals of this study are to assist the fan company in Taiwan to get through his efficiency threshold.
In this study, the CFD software is implemented and with a Taguchi method to enhance the existing backward centrifugal fan design to enhance the efficiency of the fan. The air flow of the fan is smoother by improving the appearance of inlet cone and housing. In addition, the angles of the blades b1, b2, b2 were chosen to be the factors as the Taguchi’s parameters. The overlap between inlet cone and impellers was also established as the most significant factor. The result indicated that the improved model is about 5.4 % more efficient the original design after tested AMCA 210 test was done. In other words, the efficiency was raised from 68 % to 73.4 %. If a fan is being turned on for 24-hour in a factory, one is able to save about 9,200 NT dollars per year, and reduce 1,860Kg of CO2 emissions per year.
Although the fan was improved and reached the third efficiency threshold set by the Chinese government. In order to get more efficiency raising, we used the concept of the labyrinth seals to reduce the leakage of the gap between the inlet cone and the wheel. My target is to decrease the leakage caused by the design from the application of the labyrinth seals. The data that obtained from the flow simulation of the CFD software, as the design has proven to be useful in reducing the leakage. It’s a pity that the application design of the labyrinth seals can’t improve the fan’s efficiency as expected.
In addition, in order to test the fan or blower performances, one has to set up the equipment or lab that complies with the code. In order to save the initial costs, the authors have designed and set-up a common lab for both AMCA 210 and GB 1236. The report provides the experiences and what have been done that to accomplish the requirement.
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 離心式風機簡介 3
1.2.1 離心式風機分類與結構 4
1.2.2 風機主要參數 5
1.3 氣體的物理性質 8
1.3.1標準大氣狀態 8
1.3.2風機標準入口狀態 9
1.4 文獻回顧 9
1.5 研究目標與規格 14
1.6 研究方法與流程 16
第二章 離心風機基本理論 18
2.1 角動量方程式 18
2.2 葉輪基本方程式 19
2.3 風機的無因次係數 21
2.3.1 壓力係數 22
2.3.2 流量係數 22
2.3.3 比轉速 23
2.4 離心風機之損失 24
2.4.1 流動損失 24
2.4.2 洩漏損失 25
2.4.3 輪阻損失 25
2.4.4 機械損失 25
第三章 模擬設定與實驗量測 26
3.1 CFD模擬及設定方式 26
3.2田口品質改善法 31
3.2.1 田口方法介紹 31
3.3風機性能測試規範與共通實驗室設置 33
3.3.1前言 33
3.3.2測試規範的基本特徵 35
3.3.3測試規範之分析與設置共通實驗室 37
3.3.4 數據量測 50
3.3.5 風機性能計算 53
第四章 研究結果與討論 56
4.1 原始模型 56
4.1.1 原始風機實體測試結果 57
4.1.2 原始風機模擬結果 59
4.1.3 原始風機實體測試與模擬結果比對 60
4.2 初步改善 61
4.2.1 初步改善變動之設計 62
4.2.2 初步改善之模擬結果 66
4.2.3 初步改善之實體測試結果 66
4.2.4 初步改善之風機的實體與模擬比對 68
4.3 使用全因子分析之第二次改善 70
4.3.1 第二次改善變動之設計 70
4.3.2 第二次改善之模擬結果 72
4.4 喇叭口第二次修改 72
4.5 使用田口分析之第三次改良 74
4.5.1 決定因子、水準及直交表 74
4.5.2 田口分析過程 76
4.5.3 田口結果分析及選擇設計 77
4.5.4 田口模型之模擬結果 78
4.5.5 田口模型之實體測試結果 79
4.5.6 田口模型之實體與模擬結果比對 82
4.6 改善成果 83
4.7 機殼小幅度修正 83
4.7.1 機殼設計 84
4.7.2 機殼改良模擬結果 86
4.8 徑向間隙之迷宮油封式設計 88
4.8.1 迷宮油封 88
4.8.2 迷宮油封式設計與模擬結果 90
4.9 降低風機之耗能 95
4.9.1 降低風管壓損 95
4.9.2 改變風機曲線而非系統曲線 96
4.9.3 選擇風機操作點 98
第五章 結論與建議 100
5.1 結論 100
5.2 建議 102
參考文獻 104
[1] Thomas L. Friedman, The world is hot, flat and crowded, Farrar, Straus & Giroux Hardcover, September,2008.
[2] Philip M. Parker, “The 2006-2011 World Outlook for Industrial and Commercial Fans, Blowers, and Attic Fans,” ICON Group International, Inc., ISBN 0497048248, 2005
[3] 工研院機械所IT IS報告,風扇專題研究,ITRIMI-151-S408(86),1997
[4] USADOE Report 2011, “Energy Consumption Characteristics of Commercial Building HVAC Systems, “Volume I :Chillers, Refrigerant Compressors, and Heating Systems.”,2001
[5] 李春曦,王松岭,離心通風機蝸殼內的流動特徵及節能改造試驗研究,機械工程學報,第四十五卷,第七期,2009年。
[6] 張全和,線型式離心風機數值與實驗整合研究,碩士論文,國立台北科技大學冷凍空調工程系,台北、台灣,2010。
[7] 李岳嵩,雙吸入後傾式離心風機性能之數值模擬分析,碩士論文,國立中山大學機械與機電工程研究所,高雄、台灣,2007。
[8] 李輝煌,田口方法品質設計的原理與實務,新北市:高立圖書有限公司,2008。
[9] GB-T 1236-2000,工業通風機─用標準化風道進行性能試驗。
[10] ANSI/AMCA 21 0-07 ANSI/ASHRAE 51-07, “Laboratory Method of Testing Fans for Certified Aerodynamic Performance Rating.”
[11] 質昌風機,http://www.chc-fan-blower.com/techinfo/
[12] 順光風機,http://www.shun-kuang.com.tw/zh_TW/index.asp
[13] 吳玉林,陳慶光,劉樹紅,通風機和壓縮機,北京市:清華大學出版社,2005。
[14] Bowerman, D.G. and Acosta, A., ”Effect of the Volume on Performance of a Centrifugal Pump Impeller” , Trans. ASME, vol.79, 1957, pp.1057-1069
[15] Leidel, W., “Einfluss Von Zungenabstand und Zungenradius auf Kennlinie und Gerausch eines Radial Ventilators”, DLR-FB, 1969,pp. 61-69
[16] Lin S.C., “A Novel F-C Centrifugal Fan Design for Improved Performance,” Department of Mechanical Engineering Technical Report, Tennessee Technological University, 1982
[17] Wright T., “Centrifugal Fan Performance Wth Inlet Clearance”, ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 106, 1984. , pp. 906-912
[18] Ken, Morinushi,”The Influence of Geometric Parameters on F-C Centrifugal Fan Noise”, Journal of Vibration, Acoustic, Stress, and Reliability in Design, Vol. 109, 1987, pp.227-234
[19] Dick, E. and Belkacemi, M., “Optimum Design of Centrifugal Fans and Pumps”, European Journal, vol.37, 1991, pp.9-18
[20] 林顯群,吳慶財,前傾式離心風機的實驗研究,碩士論文,國立台灣科技大學機械工程研究所,1992。
[21] Liu, C.H., Vafidis, C. and Whitelaw, J.H., “Flow Characteristics of a Centrifugal Pump,” ASME Journal of Fluids Engineering, vol.116, 1994, pp.303-309
[22] 廖家堃,離心鼓風機之流場與噪音研究,碩士論文,國立清華大學1997。
[23] 劉通敏,陳正隆、陳孟鈺、李新立,工業用離心式風機實驗研究與性能提升探討,中華民國力學學會期刊,2000。
[24] 許宏祺,Pentium 4筆記型電腦冷卻風扇之實驗研究,碩士論文,國立台灣科技大學機械工程研究所,2001。
[25] 陳秉勣,離心風扇舌尖外型特性與噪音的影響,碩士論文,國立成功大學航太工程研究所,2003。
[26] 孫鈞瑋,前傾式離心風機數值與實驗之整合研究,國立台灣科技大學機械工程技術研究所,碩士論文,2004。
[27] 周志成,新型離心式風扇數值與實驗整合研究,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2006。
[28] 黃昭瑋,雙吸入後傾式離心風機數值與實驗整合研究,國立台北科技大學冷凍調工程系所,碩士論文,2006。
[29] 孫長輝,劉正先,蝸殼變形線改進離心風機性能之研究,江蘇大學,天津大學,2006。
[30] 韓非非,趙旭,席德科,多翼離心通風機內部流場數值模擬,西北工業大學,2007。
[31] Wang S.L. ,Zhang L., Wu Z.R., Qian H.W., “Optimization Research of Centrifugal Fan with Different Blade Number and Outlet Blade Angle”, Power and Energy Engineering Conference, APPEEC 2009, 2009
[32] Hsien , Huang, ”Application of Taguchi method to robust multi-criteria optimum design for ultra-thin centrifugal fan,”2011 IEEE ,2011
[33] GB19761-2009通風機能效限定值及能效等级。
[34] 陽建裕,流體機械,台北市:高立圖書有限公司,1990。
[35] 蔡尤溪,降低風機耗能50%,是否可實現?,通風設備與工程,第三期,2009。
[36] 成心德,離心通風機,北京,化學工業出版社,2007。
[37] 商景泰等,通風機手冊,北京,機械工業出版社,1994。
[38] 王政傑,後傾式離心風機之穩健設計與開發研究,碩士論文,國立台北科技大學製造科技研究所,2012
[39] Michael M., E. Richard, Applied Tribology: Bearing Design and Lubrication, John Wiley & Sons, 2001
[40] 林均涵,離心風機之進口風量控制器設計與模擬分析,碩士論文,國立台北科技大學機電整合研究所,2012
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
系統版面圖檔 系統版面圖檔