模塊化設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)

小節(jié)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)取設(shè)計(jì)流量為21000 m3/h,設(shè)計(jì)靜壓為590Pa,設(shè)計(jì)動(dòng)壓為80Pa,靜壓所乘系數(shù)取為1.254,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1460rpm。風(fēng)機(jī)直徑為800mm,輪穀比為0.525,靜葉為8片。設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉分別為6、7、8、9、10片的風(fēng)機(jī),并對(duì)其氣動(dòng)性能進(jìn)行數(shù)值模擬,性能曲線如下圖:“流量系數(shù)-全壓系數(shù)”曲線可以看出,所有計(jì)算的風(fēng)機(jī)模型中,在小流量的工況下,隨著風(fēng)機(jī)葉片數(shù)目的增加,風(fēng)機(jī)性能曲線整體趨勢(shì)是逐漸上移,即風(fēng)機(jī)壓力隨葉片數(shù)增加而增加,特別是葉片數(shù)從6片增加到7片和從7片增加到8片時(shí),風(fēng)機(jī)壓力的增加幅度特別明顯,但是之后再增加風(fēng)機(jī)葉片,風(fēng)機(jī)壓力的升高幅度就相對(duì)較小;在大流量工況下,葉片從6片增加到7片和從7片增加到8片時(shí),風(fēng)機(jī)壓力雖有升高,但是升高幅度沒(méi)有小流量工況時(shí)明顯,之后再增加葉片,風(fēng)機(jī)壓力的變化不明顯,隨著流量的增大,不同葉片數(shù)的風(fēng)機(jī)性能曲線匯聚于一點(diǎn),這是因?yàn)榱髁看髸r(shí),葉型趨向于單翼型繞流,因?yàn)轱L(fēng)機(jī)葉片都一樣,性能曲線必然匯聚于一點(diǎn)。另外,隨著葉片數(shù)目增多,風(fēng)機(jī)的性能曲線斜率變大,性能曲線也更徒哨。
從“流量系數(shù)-效率”曲線可以看出,當(dāng)風(fēng)機(jī)葉片從6片增加到7片時(shí),小流量工況時(shí),兩種風(fēng)機(jī)的性能曲線重合,在較大流量工況下,7片動(dòng)葉的風(fēng)機(jī)的效率顯高于6片動(dòng)葉的風(fēng)機(jī)。當(dāng)動(dòng)葉葉片從7片增加到8片時(shí),風(fēng)機(jī)的性能曲線整體下移,與6片動(dòng)葉相比,8片動(dòng)葉的風(fēng)機(jī)小流量時(shí)效率較低,在大流量、效率峰值工況附近時(shí),兩者性能曲線相差不大。繼續(xù)增加動(dòng)葉數(shù)目,風(fēng)機(jī)的性能曲線逐漸下移,在效率峰值點(diǎn)的左側(cè)大流量區(qū)域,風(fēng)機(jī)效率的下降尤其明顯,這是由于因?yàn)槿~片增多,一方面使葉片之間距離較小,使葉片之間產(chǎn)生了相互干擾,葉片之間流道內(nèi)的介質(zhì)產(chǎn)生了瑞流禍,禍流的產(chǎn)生增加了流動(dòng)損失,另一方面介質(zhì)與葉輪之間的接觸面積增加,使兩者之間的摩擦損失增大。多種損失的增加,共同導(dǎo)致了風(fēng)機(jī)效率的下降。所以,從效率曲線來(lái)看,對(duì)于特定尺寸的軸流風(fēng)機(jī),其具有最佳葉片數(shù),當(dāng)風(fēng)機(jī)處在最佳葉片數(shù)時(shí),風(fēng)機(jī)的效率最高,此時(shí),無(wú)論增加或者減小風(fēng)機(jī)葉片,軸流風(fēng)機(jī)的效率都會(huì)下降。
綜合以上可以看出,風(fēng)機(jī)葉片數(shù)目對(duì)風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的影響規(guī)律:隨著風(fēng)機(jī)葉片數(shù)目的增加,風(fēng)機(jī)的壓力逐漸增加,這時(shí),風(fēng)機(jī)的效率也隨葉片數(shù)目的增加而升高。當(dāng)增加到一定數(shù)目之后,繼續(xù)增加葉片數(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)的壓力影響不大,此時(shí),風(fēng)機(jī)壓力的增加幅度減小,但是,風(fēng)機(jī)的效率曲線卻會(huì)下移,即風(fēng)機(jī)的效率降低。另外,當(dāng)要求風(fēng)機(jī)壓力較高時(shí),在滿足效率的基礎(chǔ)上,可以通過(guò)適當(dāng)增加風(fēng)機(jī)的葉片數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
將不同葉片數(shù)的風(fēng)機(jī)性能模擬計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為無(wú)因次參數(shù),與之前風(fēng)機(jī)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,如下圖:
從上圖中可以看出,利用改進(jìn)的變環(huán)量方法設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī),當(dāng)葉片數(shù)在一定范內(nèi)時(shí),風(fēng)機(jī)“效率-全壓系數(shù)”性能點(diǎn)在一定帶內(nèi)波動(dòng),與之前設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)性能規(guī)律相同,當(dāng)葉片過(guò)少時(shí)(對(duì)應(yīng)圖中6片動(dòng)葉情況),風(fēng)機(jī)在小流量時(shí)性能嚴(yán)重惡化,而遠(yuǎn)低于性能帶。

模塊化設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)過(guò)程中,對(duì)于特定尺寸的模塊化風(fēng)機(jī),其具有最佳葉片數(shù),在最佳葉片數(shù)時(shí),風(fēng)機(jī)的效率最高,但是當(dāng)風(fēng)機(jī)壓力要求較高,即設(shè)計(jì)高壓軸流風(fēng)機(jī)時(shí),可以通過(guò)適當(dāng)增加葉片數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。