模塊化設計風機

小節風機設計參數取設計流量為21000 m3/h,設計靜壓為590Pa,設計動壓為80Pa,靜壓所乘系數取為1.254,風機轉速為1460rpm。風機直徑為800mm,輪穀比為0.525,靜葉為8片。設計風機動葉分別為6、7、8、9、10片的風機,并對其氣動性能進行數值模擬,性能曲線如下圖:“流量系數-全壓系數”曲線可以看出,所有計算的風機模型中,在小流量的工況下,隨著風機葉片數目的增加,風機性能曲線整體趨勢是逐漸上移,即風機壓力隨葉片數增加而增加,特別是葉片數從6片增加到7片和從7片增加到8片時,風機壓力的增加幅度特別明顯,但是之后再增加風機葉片,風機壓力的升高幅度就相對較小;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,風機壓力雖有升高,但是升高幅度沒有小流量工況時明顯,之后再增加葉片,風機壓力的變化不明顯,隨著流量的增大,不同葉片數的風機性能曲線匯聚于一點,這是因為流量大時,葉型趨向于單翼型繞流,因為風機葉片都一樣,性能曲線必然匯聚于一點。另外,隨著葉片數目增多,風機的性能曲線斜率變大,性能曲線也更徒哨。
從“流量系數-效率”曲線可以看出,當風機葉片從6片增加到7片時,小流量工況時,兩種風機的性能曲線重合,在較大流量工況下,7片動葉的風機的效率顯高于6片動葉的風機。當動葉葉片從7片增加到8片時,風機的性能曲線整體下移,與6片動葉相比,8片動葉的風機小流量時效率較低,在大流量、效率峰值工況附近時,兩者性能曲線相差不大。繼續增加動葉數目,風機的性能曲線逐漸下移,在效率峰值點的左側大流量區域,風機效率的下降尤其明顯,這是由于因為葉片增多,一方面使葉片之間距離較小,使葉片之間產生了相互干擾,葉片之間流道內的介質產生了瑞流禍,禍流的產生增加了流動損失,另一方面介質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,共同導致了風機效率的下降。所以,從效率曲線來看,對于特定尺寸的軸流風機,其具有最佳葉片數,當風機處在最佳葉片數時,風機的效率最高,此時,無論增加或者減小風機葉片,軸流風機的效率都會下降。
綜合以上可以看出,風機葉片數目對風機氣動性能的影響規律:隨著風機葉片數目的增加,風機的壓力逐漸增加,這時,風機的效率也隨葉片數目的增加而升高。當增加到一定數目之后,繼續增加葉片數對風機的壓力影響不大,此時,風機壓力的增加幅度減小,但是,風機的效率曲線卻會下移,即風機的效率降低。另外,當要求風機壓力較高時,在滿足效率的基礎上,可以通過適當增加風機的葉片數來實現。
將不同葉片數的風機性能模擬計算結果轉化為無因次參數,與之前風機計算結果進行對比,如下圖:
從上圖中可以看出,利用改進的變環量方法設計的風機,當葉片數在一定范內時,風機“效率-全壓系數”性能點在一定帶內波動,與之前設計的風機性能規律相同,當葉片過少時(對應圖中6片動葉情況),風機在小流量時性能嚴重惡化,而遠低于性能帶。

模塊化設計風機過程中,對于特定尺寸的模塊化風機,其具有最佳葉片數,在最佳葉片數時,風機的效率最高,但是當風機壓力要求較高,即設計高壓軸流風機時,可以通過適當增加葉片數來實現。