不同前盤(pán)結(jié)構(gòu)形式多翼離心風(fēng)機(jī)性能對(duì)比研究

　　葉輪是離心通風(fēng)機(jī)的做功部件，葉輪性能是影響風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能最主要的因素，因而對(duì)其進(jìn)行深入研究具有重要意義。本文通過(guò)回顧以往多翼離心風(fēng)機(jī)的研究，并對(duì)多翼離心風(fēng)機(jī)內(nèi)流展開(kāi)討論，提出對(duì)原型風(fēng)機(jī)的改進(jìn)方案。主要目標(biāo)是改善進(jìn)口附近內(nèi)流情況，以達(dá)到提高原型風(fēng)機(jī)的壓力(全壓和靜壓)的目的。提出以下4種方案:前蓋板封閉度分別為30%、60%、100%，以及葉輪采用錐形前盤(pán)方案。數(shù)值結(jié)果顯示:改變前蓋板封閉度能夠影響風(fēng)機(jī)性能，在設(shè)計(jì)工況下，前蓋板封閉度為60%時(shí)風(fēng)機(jī)靜壓和全壓都為最大;在蝸殼結(jié)構(gòu)不變的情況下，采用錐形葉輪并不能達(dá)到提高壓力和效率的效果，在大流量下，采用錐形葉輪風(fēng)機(jī)的壓力和效率反而會(huì)降低。

1、前言

　　回顧以往多翼離心風(fēng)機(jī)內(nèi)流及性能改進(jìn)的研究，主要集中在3個(gè)方面:

　　(1)進(jìn)口流場(chǎng)的均勻性影響因素分析及改進(jìn)方法研究;

　　(2)葉輪流道內(nèi)流場(chǎng)均勻性研究，葉輪軸向做功負(fù)荷研究，葉輪外緣射流-尾跡影響因素研究;

　　(3)蝸殼周向壁面附近及蝸舌處內(nèi)流場(chǎng)研究，蝸殼出口擴(kuò)壓段流場(chǎng)研究。

　　本文討論的重點(diǎn)是通過(guò)改進(jìn)進(jìn)口流場(chǎng)來(lái)提高整機(jī)性能。之前研究者對(duì)于進(jìn)口流場(chǎng)的研究主要集中在集流器形式及安裝位置對(duì)進(jìn)口流場(chǎng)影響，軸向間隙的取值對(duì)整機(jī)性能的影響，增加防渦圈對(duì)風(fēng)機(jī)內(nèi)流的改善。多翼離心風(fēng)機(jī)前盤(pán)結(jié)構(gòu)形式對(duì)整機(jī)性能影響的文獻(xiàn)比較少。

　　本文對(duì)原型多翼離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行整機(jī)三維流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算和流場(chǎng)分析，在此基礎(chǔ)上提出4種前盤(pán)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案。通過(guò)對(duì)比4種方案的全流量性能曲線，找出了前蓋板封閉度及錐形前盤(pán)對(duì)整機(jī)性能影響的一般規(guī)律。

2、研究對(duì)象

　　葉輪外徑D2=70mm，葉輪內(nèi)徑D1=53mm，葉輪進(jìn)口安裝角β1A=53°，葉輪出口安裝角β2A=143°，葉片高度b=15mm，葉片數(shù)z=45，葉片厚度σ=0.8mm;本文原型風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)工況為:全壓P=170Pa(靜壓120Pa)，流量Q=17m3/h，轉(zhuǎn)速n=4500r/min。

　　原型機(jī)葉輪用PRO/E建模，葉輪及尺寸如圖1所示。原始風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)葉輪只有后盤(pán)，不帶前盤(pán)，只是依靠葉輪出風(fēng)口側(cè)的端面外徑處的圈圍結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。

圖1 原型風(fēng)機(jī)葉輪模型

　　采用等邊基元法作圖法求得蝸殼內(nèi)壁型線，進(jìn)而確定尺寸。上蝸殼及下蝸殼建模效果如圖2所示。

圖2 上蝸殼及下蝸殼建模

　　上蝸殼用PRO/E建模效果如圖2(a)所示，其頂端壁面厚度為2mm，進(jìn)口處未進(jìn)行倒圓角處理。下蝸殼建模效果如圖2(b)所示，內(nèi)部中間階梯型凸起的作用是裝配軸承并定位葉輪安裝高度(葉輪后蓋板外壁面到蝸殼內(nèi)壁面的距離為1mm)，保證轉(zhuǎn)動(dòng)同心度;底面下凹部分和兩個(gè)圓柱凸起是裝配和定位電路板，保證電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

6、結(jié)論

　　(1)在小于設(shè)計(jì)工況流量的小流量區(qū)間，無(wú)論是改變?nèi)~輪前盤(pán)的封閉度，還是采用錐形前盤(pán)，對(duì)多翼離心風(fēng)機(jī)整機(jī)的性能影響都不大;在設(shè)計(jì)工況及大于設(shè)計(jì)工況流量的大流量區(qū)間，改變?nèi)~輪前盤(pán)封閉度及采用錐形前盤(pán)對(duì)多翼離心風(fēng)機(jī)整機(jī)性能影響很大，并且隨著流量的增大，這種改變對(duì)多翼離心風(fēng)機(jī)整機(jī)性能的影響越大。說(shuō)明只有多翼離心風(fēng)機(jī)大部分時(shí)間在設(shè)計(jì)工況下及大于設(shè)計(jì)工況流量區(qū)間運(yùn)行時(shí)，改變?nèi)~輪前盤(pán)封閉度及采用錐形葉輪來(lái)提高風(fēng)機(jī)性能的方法才有明顯的效果;

　　(2)在小于設(shè)計(jì)工況流量的小流量區(qū)間，各方案流量—全壓、流量—靜壓、流量—全壓效率、流量—靜壓效率曲線有交叉，規(guī)律性不強(qiáng)，但是在設(shè)計(jì)工況下及大于設(shè)計(jì)工況流量區(qū)間內(nèi)，改變多翼離心風(fēng)機(jī)前盤(pán)封閉度及采用錐形前盤(pán)對(duì)每個(gè)性能參數(shù)的影響是基本一致的，即:采用方案不同，整機(jī)的全壓，靜壓，全壓效率，靜壓效率要么全部下降，要么全部升高。對(duì)于在設(shè)計(jì)工況及大于設(shè)計(jì)工況流量下運(yùn)行的多翼離心風(fēng)機(jī)，這為前盤(pán)封閉度方案的選擇提供了方便，即:只需比較一個(gè)性能參數(shù)就可推測(cè)其他性能參數(shù)的優(yōu)劣;

　　(3)只考察設(shè)計(jì)工況，風(fēng)機(jī)前蓋板封閉度在0～100%之間有一最優(yōu)值，在本文所有方案中此最優(yōu)值為封閉度60%。雖然封閉度為100%時(shí)前盤(pán)附近(蝸殼前蓋板處)的回流最小，但是方案100%卻不是最優(yōu)方案，這說(shuō)明合理分配風(fēng)機(jī)前、中、后盤(pán)的負(fù)荷能夠有效提高多翼離心風(fēng)機(jī)的整機(jī)性能;

　　(4)在蝸殼結(jié)構(gòu)不變的情況下，多翼離心風(fēng)機(jī)采用封閉度為100%的錐形葉輪并不能達(dá)到提高壓力和效率的效果。在大流量下，封閉度為100%的錐形葉輪風(fēng)機(jī)的壓力和效率反而會(huì)降低，主要原因是采用錐形前盤(pán)后增大了蝸殼與葉輪在前盤(pán)處的軸向間隙，從而加劇了前盤(pán)附近(蝸殼前蓋板處)的回流，惡化了前盤(pán)附近的流動(dòng)。