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减少动叶数目对动叶可调轴流通风机性能的影响*

陈魏巍 李景银 黄 靓 /西安交通大学能动学院翟瑞虎 /沈阳鼓风机(集团)有限公司    

摘要 :通过对一台引进的大型动叶可调轴流通风机,在 6 个不同动叶安装角度下, 3 种减少动叶片数目下的性能变化的研究,发现动叶安装角度越减小,通过减少动叶来降低风机压力的效果越不明显,但整体效率略微升高;反之,动叶安装角度越加大,减少叶片数目对压力的影响也越大,效率下降,稳定工况范围减小。

关键词 :轴流式通风机;动叶可调;性能计算

中图分类号: TH432.1 文献标识码: B

文章编号: 1006 - 8155 ( 2008 ) 01-0003-04

In fl uence of Reducing Rotor Blade Numb er on Performance of Axial- fl ow Fan with Adjusting Rotor Blades

Abstract: In this paper, the variation of an axial- fl ow fan’s performance with adjusting rotor blades is computed and analyzed. The calculation for an introduced large-scale axial- fl ow fan is carried out at conditions with three different rotor blade numb ers and at six different staggering angles. It is found that, by decreasing the rotor blade angles, the pressure reduces more and more unobvious with fewer blades, while the efficiency increases a little in overall range. On the contrary, at larger staggering angles, the effect of reducing blade numb er on pressure becomes more and more apparent, in addition to decreased efficiency and narrower operation range.

Key words: axial- fl ow fan; adjusting rotor blade; performance computation


0 引言

  大型动叶可调轴流通风机模具成本很高,因此,通过减少叶片数目扩大轴流通风机压力范围可以降低成本,便于质量管理,加快企业对市场的反应 。但是,迄今为止,国内还没有文献对此专门进行研究。

  本文以一台引进的大型动叶可调轴流通风机为研究对象,计算了 6 种不同安装角条件下,动叶叶片数目为设计叶片数、减 2 个动叶、减 4 个动叶和减 6 个动叶后,风机叶片通道的压力和效率的变化,分析了叶片数目减小与动叶安装角度变化的联系规律。

1 风机几何参数及计算模型

1.1 几何参数

  该轴流通风机为可调动叶加固定导叶型式,设计转速为 740r/min ,风机叶轮直径 D t =3.5m ,轮毂直径 D h =1.96m ,轮毂比为 0.56 。计算区域为动叶轮沿轴向向前延伸 720mm ,导叶后向后延伸 1480mm 范围。风机有 13 个导叶,动叶原始数目为 18 个。


1.2 计算模型

  采用 NUMECA 提供的 S-A (Spalart-Allmaras) 一方程湍流模型。 S-A 模型是从经验和量纲分析出发,由针对简单流动再逐渐补充发展而适用于带有层流流动的固壁紊流流动的一方程模型,常用于大梯度、近壁的气体流动的数值模拟。

  经过网格无关性对比计算,确定总的计算网格数目为 70 万。

2 计算结果及分析

  计算了 6 种动叶安装角的条件下, 3 种不同减少叶片数后,风机在变工况下的效率—流量曲线和压力—流量曲线。 6 种角度分别为设计安装角 34.3 °(转角 0 °),安装角度 29.3 °(转角 -5 °), 24.3 °(转角 -10 °), 19.3 °(转角 -15 °), 39.3 °(转角 +5 °), 43.3 °(转角 +10 °)。

2.1 设计角度-叶片转角 0 °的情况

   

  由图 1a 中看出,减 2 个叶片和原始叶片数的风机效率基本一致,减 6 个叶片效率有明显下降,在最高效率点下降 1.17% ,在大流量下效率下降更为明显,如流量在 720kg/s 时下降 3.21% ;在小流量下效率略有提高。

  在图 1b 中看出,减 2 个叶片后,相对原始叶片数,风机压力下降,但变化趋势基本一致。在最高效率点,减 6 个叶片风机压力较设计叶片数时的风机低 1119 Pa ( 21.7% ),在流量为 720kg/s 时,压力下降 534Pa ( 19.1% )。相比之下,在小流量时,压力下降更为明显。
减小叶片安装角度的情况 

  图 2 是叶片转角 -5 °, 动叶安装角为 29.3 ° 的情况, 与叶片转角为 0 °比较, 在最高效率点,减 6 个叶片使得效率降低 1.4% ;流量在 440kg/s 下,效率提高 2.03% ;流量在 630kg/s 下效率提高 2.33%.

  由图 2b 中看出,减叶片后,在小流量区域压力下降比大流量区的压力下降明显。减 6 个叶片,在最高效率点 480kg/s ,压力较原始叶片数下降 1070 Pa(23.18%) ,在流量为 440kg/s 时,压力下降 863Pa(17.85%) , 630kg/s 下压力下降 273Pa ( 12.08% )。

  叶片转角 -10 °的情况见图 3 。 在动叶安装角为 24.3 °时,减 2 个叶片、减 4 个叶片及减 6 个叶片和原始叶片数的风机效率,在设计流量下相差很小。在大流量下减少叶片数使得效率有所提高:在流量为 540kg/s 时,减 2 个叶片效率上升 5.89% ,减 4 个叶片效率上升 8.97% ,减 6 个叶片效率上升 10% 。

  在图 3b 中看出,减 2 个叶片,原始叶片数的风机压力变化变化趋势基本一致。在最高效率点,减 6 个叶片风机压力较原始叶片数风机降低 17.93% ,减 4 叶片数风机压力较原始叶片数风机降低 11.40% 。各种叶片数压力 - 流量曲线大约在流量 520kg/s 附近交叉。

  图 4 对比了叶片转角 -15 °的性能变化。 在动叶安装角为 19.3 °时,减 6 个叶片和减 2 个叶片效率高于原始叶片数的风机。在最高效率点,减 6 个叶片效率较原始叶片提高 0.6% ,减 2 个叶片效率提高 1.04% ,可以看出,在大流量下,这种趋势更加明显。流量为 450kg/s 时,减 2 个叶片使效率提高 9.45% ,减 6 个叶片时效率提高 17.48% 。

  在图 4b 中看出,减 2 个叶片在动叶安装角 19.3 °时,风机压力变化不大。但减 6 个叶片在小流量区域使得压力有了明显下降,流量为 339kg/s 时效率下降 16.74% 。减叶片在小流量区使得压力下降,在大流量区反而使压力上升。压力—流量曲线斜率减小,各种叶片数的压力—流量曲线在流量 420kg/s 附近交叉。

2.3  增加叶片安装角度的情况

  图 5 为叶片转角 +5 °的情况。 在动叶安装角为 39.3 °时,减 6 个叶片的效率在大流量下低于原始叶片数风机。在流量为 780kg/s 下,减 6 个叶片效率下降 3.47% 。在最高效率点,减 6 个叶片效率下降 0.87%. 在流量为 560kg/s 下,效率降低 1.409% ;减2 个叶片效率 - 流量曲线与原始叶片数在设计流量附近交叉:在小流量区效率略高,在大流量区效率下降,在流量为 780kg/s 时效率降低 1.67% ,

  在图 5b 中看出,减少叶片与原始叶片压力变化趋势一致。在流量为 560kg/s 时,减 2 个叶片压力下降 7.38% ,减 6 个叶片压力下降 21.97 % 。在最高效率点,减 2 个叶片压力下降 7.505% ,减 6 个叶片压力下降 20.87 % 。在流量为 780kg/s 时,减 2 个叶片压力下降 8.35% ,减 6 个叶片压力下降 20.47% 。压力随叶片减少而降低在小流量区更加明显。

  图 6 是叶片转角 +10 °的情况。 在动叶安装角为 44.3 °时,减 2 个叶片在最高效率点以及小流量区对效率影响幅度不大。效率随着叶片数的减少而降低。在流量为 600kg/s 时,减 2 个叶片效率下降 0.7% ,减 4 个叶片效率下降 1.623% ,减 6 个叶片效率下降 4.172% 。在最高效率点,减 2 个叶片效率下降 0.084% ,减 4 个叶片效率下降 0.578% ,减 6 个叶片效率下降 1.46% 。在流量为 840kg/s 下,减 2 个叶片效率下降 1.196% ,减 4 个叶片效率下降 2.611% ,减 6 个叶片效率下降 4.663% 。

  在图 6b 中看出,压力随着叶片数的减少而降低。在流量为 600kg/s 时,减 2 个叶片压力下降 7.373% ,减 4 个叶片压力下降 15.37% ,减 6 个叶片压力下降 25.18%. 在最高效率点,减 2 个叶片压力下降 7.276% ,减 4 个叶片压力下降 13.69% ,减 6 个叶片压力下降 21.65% 。在流量为 840kg/s 时,减 2 个叶片压力下降 7.969% ,减 4 个叶片压力下降 14.71% ,减 6 个叶片压力下降 22.87% 。

3 结论

  (1)在设计角度下,减少叶片数目使得风机的效率整体下降,压力也相应的下降,但是,压力下降的幅度是小流量时的下降幅度大,大流量时下降幅度小。

  (2)随着动叶安装角度的减小(即负转角),减少叶片数目对降低压力的效果越来越不明显,而且与设计叶片数目的性能曲线对比,压力随流量的曲率变化也更加平坦。效率基本上是在减少叶片时效率略有提高,但考虑到固定元件的流道损失主要与流量有关,因此,整机效率由于压力的降低和固定元件的压力损失不变,应该还是下降的。

  (3)随着动叶安装角度的增加(即正转角),减叶片导致压力下降效果非常明显,而且效率也下降,从计算效果看,稳定工况范围有一定的降低。

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* 基金项目 : 863 计划资助项目( 2006 AA05Z250 )

收稿日期: 2007 -09-06 西安市 710049

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  评论人:yyyyyyyyyyyr   打分:85 分  发表时间:2011-2-10 22:13:09
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