模塊化風機設計（2）

當輪穀比為0.6時,軸流風機峰值效率點處的效率為72%,效率偏低,應控制模塊化風機的輪穀比小于0.6。通過此約束條件,可以反推出800mm風機輪穀比的上限。推導如下:
< 0.6(4.1a)D + At/ + A<0.6(D + A)(4.1b)d ,、, 0.4A,…、<0.6 (4.1c)DD式中,"為800mm原準風機的輪穀直徑,!)為800mm原準風機的葉輪直徑,即為800mm,A為從原準風機到模塊化風機的葉輪直徑增加量,當模塊化風機取1000mm時,A = 200,代入公式得:d 0.4x200 d _ -, . .—<0.6,即一S 0.5(4.2)D800D由上式可得,當80C)mm原準風機的輪轂選擇小于0.5時,根據800rnm風機變輪轂性能曲線圖,可以推測模塊化設計的900mm和1000mm的峰值效率點在70%左右,并且800rnm風機輪轂比選的越900mnn和1000mm模塊化風機的性能越好。
但是輪轂比的減小,會使葉片根部的負荷系數增大,過大的負荷系數會在風機的葉片根部產生附面層分離加劇。以下是輪轂比分別為0.45和0.475的800mm風機流量為24000 m3/h時距離葉片根部10mm處的流場性能圖4.2。從流場對比圖中,可以看出,當風機輪轂比減小時,葉片根處的附面層分離會加劇,當附面層分離嚴重到一定程度時,會影響風機的流場和氣動性能。這也是繼續減小風機輪轂比,而風機效率增加幅度減小的原因。所以800mm風機的輪轂比不能過小。
隨著800mm風機的輪轂比的減小,全壓和效率逐漸升高,流量逐漸增大,風機的內功率也逐漸增大,當電機功率過大時,必須換更大功率和尺寸的電機,進而使風機靜葉部分輪轂直徑變大。下圖為不同輪穀比下800mm風機的內功率對比圖:據CB1173-1987艦用交流異步電動機技術條件可知,800mm風機需選用7.5kW額定功率的動機。風機輪與電動機串聯安裝在風機殼體內部,所以選擇132S或132M的B5型臥式凸緣安裝電動機。該型安裝尺寸如圖:4.4中132S或132M電動機的凸緣直徑P為300mm,接線盒高度AD為235mm。在軸流風機中,在葉輪和電動機連接處,會安裝過渡段,過渡段一般接近接線盒的頂部,如下圖:由于過渡段的存在,風機靜葉部分的輪轂會大于電機的凸緣直徑。考慮介質在流動過程中的順暢,軸流風機動葉輪轂的直徑不應小于風機后段靜葉輪轂。本文中,將800mm風機靜葉輪轂取為360mm,所以800mm風機的最小輪穀比 360 + 800=0.45。當風機輪轂比取更小值時,風機動靜連接處會形成臺階狀結構,從而影響軸流風機的流程和氣動性能。以下是直徑為800mm風機輪轂比為0.4時的結構示意圖:
對直徑為800mm風機輪穀比為0.4時風機進行流場模擬,得到臺階狀結構處的瑞動能圖如下:了方便觀察在臺階截面附近的流場情況,本文在臺階處截取垂直軸向的截面。從風機流場圖中可以看出,當風機動靜連接處存在臺階狀結構時,在連接處的徑向截面內,臺階處附近的瑞動能較大,遠離合階輪穀的地方,介質流動時端動能較小。這說明臺階結構的存在會使風機的流動損失增加,惡化風機的流場。綜合以上分析,當設計800mm原準風機時,動葉輪轂比應選為0.45,這即可以保證800mm風機具有較優性能,又可以使模塊化設計的900mm和1000mm風機具有較小輪穀比。