不同前盤(pán)結構形式多翼離心風(fēng)機性能對比研究
葉輪是離心通風(fēng)機的做功部件，葉輪性能是影響風(fēng)機氣動(dòng)性能最主要的因素，因而對其進(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)機的研究，并對多翼離心風(fēng)機內流展開(kāi)討論，提出對原型風(fēng)機的改進(jìn)方案。主要目標是改善進(jìn)口附近內流情況，以達到提高原型風(fēng)機的壓力(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。數值結果顯示:改變前蓋板封閉度能夠影響風(fēng)機性能，在設計工況下，前蓋板封閉度為60%時(shí)風(fēng)機靜壓和全壓都為最大;在蝸殼結構不變的情況下，采用錐形葉輪并不能達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)機內流及性能改進(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)葉輪流道內流場(chǎng)均勻性研究，葉輪軸向做功負荷研究，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流場(chǎng)研究，蝸殼出口擴壓段流場(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)提高整機性能。之前研究者對于進(jìn)口流場(chǎng)的研究主要集中在集流器形式及安裝位置對進(jìn)口流場(chǎng)影響，軸向間隙的取值對整機性能的影響，增加防渦圈對風(fēng)機內流的改善。多翼離心風(fēng)機前盤(pán)結構形式對整機性能影響的文獻比較少。
本文對原型多翼離心風(fēng)機進(jìn)行整機三維流場(chǎng)數值計算和流場(chǎng)分析，在此基礎上提出4種前盤(pán)結構改進(jìn)方案。通過(guò)對比4種方案的全流量性能曲線(xiàn)，找出了前蓋板封閉度及錐形前盤(pán)對整機性能影響的一般規律。
2、研究對象
葉輪外徑D2=70mm，葉輪內徑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z=45，葉片厚度σ=0.8mm;本文原型風(fēng)機設計工況為:全壓P=170Pa(靜壓120Pa)，流量Q=17m3/h，轉速n=4500r/min。
原型機葉輪用PRO/E建模，葉輪及尺寸如圖1所示。原始風(fēng)機設計葉輪只有后盤(pán)，不帶前盤(pán)，只是依靠葉輪出風(fēng)口側的端面外徑處的圈圍結構進(jìn)行加固。
圖1 原型風(fēng)機葉輪模型
采用等邊基元法作圖法求得蝸殼內壁型線(xiàn)，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壁面的距離為1mm)，保證轉動(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，保證電機正常運轉。
6、結論
(1)在小于設計工況流量的小流量區間，無(wú)論是改變葉輪前盤(pán)的封閉度，還是采用錐形前盤(pán)，對多翼離心風(fēng)機整機的性能影響都不大;在設計工況及大于設計工況流量的大流量區間，改變葉輪前盤(pán)封閉度及采用錐形前盤(pán)對多翼離心風(fēng)機整機性能影響很大，并且隨著(zhù)流量的增大，這種改變對多翼離心風(fēng)機整機性能的影響越大。說(shuō)明只有多翼離心風(fēng)機大部分時(shí)間在設計工況下及大于設計工況流量區間運行時(shí)，改變葉輪前盤(pán)封閉度及采用錐形葉輪來(lái)提高風(fēng)機性能的方法才有明顯的效果;
(2)在小于設計工況流量的小流量區間，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(xiàn)有交叉，規律性不強，但是在設計工況下及大于設計工況流量區間內，改變多翼離心風(fēng)機前盤(pán)封閉度及采用錐形前盤(pán)對每個(gè)性能參數的影響是基本一致的，即:采用方案不同，整機的全壓，靜壓，全壓效率，靜壓效率要么全部下降，要么全部升高。對于在設計工況及大于設計工況流量下運行的多翼離心風(fēng)機，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)性能參數就可推測其他性能參數的優(yōu)劣;
(3)只考察設計工況，風(fēng)機前蓋板封閉度在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)機前、中、后盤(pán)的負荷能夠有效提高多翼離心風(fēng)機的整機性能;
(4)在蝸殼結構不變的情況下，多翼離心風(fēng)機采用封閉度為100%的錐形葉輪并不能達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)。
