首页 如何成为会员 意见反馈
主办 沈阳鼓风机研究所 /《风机技术》杂志社
   新闻  |   技术纵横  |  论坛  |  沈阳鼓风机研究所  |  风机协会  |  质检中心  |  风机标委会  |  风机技术杂志  |  企业商铺  |  供求  |  产品  |  书籍  |  招聘
当前位置:中国风机技术网 → 技术纵横 → 设计试验 → 轴流通风机

弯掠轴流风机叶轮不同安装结构的性能试验分析

李 业 王 军 / 华中科技大学能源与动力工程学院    

Abstract
摘要:结合国内低压轴流风机的发展趋势,针对一种前弯前掠叶片轴流风机,系统地进行多组进气性能试验,给出了测试得到的外部性能曲线,并讨论了叶片安装角、吹风方式和叶顶间隙对风机性能的影响,为低压轴流风机的优化匹配提供了依据。
关键词:弯掠轴流风机;性能试验;优化

中图分类号:TH432 文献标志码:A
Experimental Analysis on Performance of Skewed-Swept Axial Flow Fan with Different Impeller Install Structure
Abstract: According to the developing trend of low-pressure axial flow fan in the domestic, a series of inlet performance test was carried out to an axial flow fan with forward skewed-swept blades, and the external performance curves of the fan test were also obtained. The influence of the blade installation angle, the blow type and the blade tip clearance on the performance of the fan was discussed, which provided basis for the matching optimization of the low-pressure axial flow fan.
Key words: skewed-swept axial flow fan; performance test; optimization
0 引言
  低压轴流风机的高效低噪与经济运行是近年来研究的热点之一。从上世纪90年代开始,国内外对弯掠叶片进行了广泛深入的研究,并将其应用到低压轴流通风机中,取得了良好的效果。轴流风机的性能与叶片数、叶片安装角、转速、吹风方式、径向间隙和轴向间隙都有着密切的关系[1-2] 。研究表明:减小叶顶间隙能提高风机性能[3] ;对于不同的应用场合,改变叶片安装角是调节风机出口流量和压力的重要途径[4] 。在某些场合,客户对风机的吹风形式(前吹、后吹)有着特定的要求。因此,深入开展弯掠风机叶轮采用不同安装结构的试验研究,对寻求设计优良风机性能的方案和拓宽弯掠风机的应用范围具有重要意义。
      本文以某前弯前掠叶片轴流风机为基本试验模型,通过改变叶片安装角、吹风方式及叶顶间隙,开展了一系列的外部性能试验。通过对比分析,研究了上述因素对风机性能的影响,旨在为弯掠轴流风机的进一步优化匹配提供依据。
1 试验模型
  试验研究所用的弯掠风机模型为单级叶轮级结构,外径为690mm,轮毂比为0.275,叶片型式为前弯前掠机翼型叶片,安装角可调。采用三相电机,额定转速为1 450r/min,额定功率为2.2kW。原有模型为前吹式结构,即电机在叶轮的进气侧。
2 试验装置和方法
  本次性能试验方法以GB/T 1236-2000《工业通风机—用标准化风道进行性能试验》 [5]为依据进行。试验装置为C-C型,压力在风管中测量,流量用锥形进口法测得,功率用电测法测得。试验装置见图1。

  通过改变风机机壳安装方向和调节叶片实现前、后吹方案,前吹、后吹试验见图2。通过调节安装角(分别为27°,29°,32°)和更换不同内径机壳(叶顶间隙分别为10mm,5mm)实现不同安装角和间隙的试验方案。

  自动测试和数据采集系统通过传感器采集风机进出口压差、管道进口静压、湿度及温度,通过噪声测量仪和电机转速测量仪读取转速及噪声,电机功率和电机效率在自动测试仪器显示界面读取。对每一测试方案,均采用8个不同流量工况点的参数。利用EXCEL形成实验数据表格,将其导入ORIGIN数据处理软件,得到多组试验下风机性能曲线结果。
3 试验结果对比及分析
  本文主要针对风机的全压特性和效率特性展开对比及分析,故对风机静压特性和气动噪声问题不做讨论。
3.1 不同安装角试验结果对比及分析
  三种安装角下,叶顶间隙均为10mm,均为前吹试验。图3、图4 为不同安装角下风机的全压特性曲线与静压特性曲线对比图,图5为效率特性曲线对比图。其中Q代表风量,ptf代表全压,ηtf代表全压效率。

  由图3可知,三种安装角下全压特性曲线在小流量区域内呈现马鞍形,在大流量区域内则出现陡降。这是因为风机在不同流量下,流体进入叶型冲角发生改变,引起叶型升力系数变化。当流量大于设计值时,叶顶出口处产生回流,流体向轮毂偏转,损失增加,全压降低,效率下降;当流量减小时,冲角增大,升力系数增大,全压稍有升高;当流量再减小时,在叶片背部产生叶面层分离,形成脱流,阻力增加,全压下降;当流量继续减小时,全压开始升高,这是因为流量很小时能量沿叶高偏差较大形成二次流,从叶顶流出的流体又返回叶根再次提高能量,使全压升高。对比三条曲线可以看出,随着安装角增大,全压曲线最高点对应的流量也随之增大,同时,相同流量下风机全压也随之增高;在流量为12 000~23 000m3/h范围内,风机全压都呈现出先上升后下降的趋势,与上述分析相符。
  由图4可以看出,随着安装角增大,风机的全压效率也随之增大,呈现出平移特性。这主要是由于当安装角不是很大时,适当增大安装角,便增大了来流气流角,压力随之增大,翼型的特性得到充分利用,因而效率逐渐升高。安装角为β=32°时,电机已经出现超载,如果安装角过大,会使阻力迅速增加,气流的能量损失增大,叶轮功率也会更大,电机超载愈加严重,从而使风机的效率下降。此外,对比图3和图4可以看出,改变安装角引起的效率变化程度远小于全压改变程度,可调动叶的采用使得风机在很大流量范围内保持较高效率,正因为如此,工程上广泛采用调节动叶来改变风机工况,从而得到满意的节能效果。
  限于试验风道管径大小和阻力,当流量达到20 000~24 000m3/h时,风机静压已经很小,因此并没有得到流量更高的工况点,效率曲线也没有出现下降,但从趋势上看,效率曲线下行趋势已经趋于明显。采用前吹试验时,三种安装角下弯掠风机全压效率较高,最高效率在72%~75%。
3.2 不同安装方式试验结果对比及分析
  对叶顶间隙分别为10mm和5mm的风机,分别采用前吹、后吹形式安装,得到四组不同安装方式(前吹10mm、前吹5mm、后吹10mm、后吹5mm)。四种安装方式下叶片安装角相同,均为32°。为了方便对比,将四种方案性能试验结果得到的全压特性曲线和效率特性曲线分别绘制成图,见图5和图6。

  由图5可知,前吹风机改为后吹后,风机全压性能明显下降。叶顶间隙相同,Q=16 000m3/h时,风机吹风方式由前吹改为后吹后,全压下降了50Pa左右。由图6可知,吹风方式由前吹改为后吹后,全压效率也大幅下降,叶顶间隙同为5mm时,风机最高效率由75%下降到65%。这是因为采用前吹时,电机处于叶轮的进气侧,进气侧风速较出气侧小,气体冲击电机的能量损失也较小,气流经过电机时产生扰流,但对叶轮对气体做功的影响并不大;而采用后吹形式时,电机处于叶轮的出气侧,叶轮做功将气体高速排出,气体碰撞电机产生能量损失显然大于前吹时的能量损失,而且电机直径大于轮毂直径,电机挡住了叶片底部的出风通道,减小了风机出风面积,风机全压和全压效率出现下降也是必然。由此可见电机布置位置对流动影响很大,但是考虑到客户要求的安装条件以及行业标准实际,市场对后吹结构的风机仍有需求。
  叶顶间隙对风机性能也有很大影响。由图5和图6可知,同为前吹,叶顶间隙由10mm减小为5mm后,风机全压明显增大,风机效率最高提升了2%;同为后吹,叶顶间隙由10mm减小为5mm后,风机全压提升同样明显,风机效率最高提升了3%。已有研究[6-8]表明,由于叶顶间隙的存在,压力面与吸力面存在压差,产生叶顶泄漏流,泄漏流与主流相互混合,影响风机内部流场以及气动性能。当叶顶间隙较大时,泄漏流与主流发生相互作用形成泄漏涡,泄漏涡会堵塞主流;当叶顶间隙较小时,气流由压力面流向吸力面,产生泄漏射流,但不一定会形成泄漏涡,且叶顶间隙减小时,泄漏流与主流的卷吸作用减弱,泄漏涡的强度和影响区域也随之减小。
  显然,减小叶顶间隙有利于降低流动损失,提高风机效率,但也对制造商的加工制造水平提出了更高的要求,实际生产中需要根据生产厂家的工艺水平和所用材料合理确定间隙。
4 结论
  1) 叶片安装角是影响风机性能的重要因素,增大叶片安装角可以提高风机的流量和全压,叶轮功率也随之增大。在一定范围内,适当增大叶片安装角,可以提高风机性能和效率。
  2) 电机布置位置对流动影响较大。前弯前掠叶片轴流风机前吹时效率较高,吹风方式由前吹变为后吹后,风机性能明显下降。
  3) 减小叶顶间隙是提高风机性能的有效途径之一,但是受到加工精度和工艺水平的制约,减少叶顶间隙需要按照生产厂家的制造能力和采用材料合理确定。

参 考 文 献

[1] 昌泽舟.轴流式通风机实用技术[M].北京:机械工业出版社,2005.
[2] 王军,邱鑫,王兴双,等.空调室外轴流风机结构匹配性能试验研究[J].风机技术,2010(2):16-18.
[3] 竺晓程,林万来,杜朝晖.轴流通风机叶顶区域流动的实验研究[J].上海交通大学学报,2005,39(2):177-181.
[4] 王军,于文文,姚瑞锋,等.冷却用弯掠轴流风机的变型设计与数值分析[J].流体机械,2012,40(2):20-24.
[5] GB/T 1236-2000 工业通风机—用标准化风道进行性能试验[S].中国标准出版社,2002.
[6] Gong Hee Lee, Je Hyun Baek.A numerical study on the structure of tip clearance flow in a highly forward-swept axial-flow fan. in: Proceedings of the 2002 ASME Joint U.S.-European Fluids Engineering Conference, Jul 14-18 2002. Montreal, Que.,United States. 2002.799-806.
[7] Jesús Manuel Fernández Oro,etc. Unsteady modelling of the tip clearance flow in an inlet vaned, low-speed axial fan: deterministic interactions of stator wakes and tip vortex structures. ASME 2009 Fluids Engineering Division Summer Meeting,Aug 2-6, 2009 , Vail, Colorado, USA.2009. 155-164.
[8] 马文生,顾春伟.叶顶间隙对压气机性能的影响[J].动力工程,2007,27(6):863-867.

新闻评论评论内容只代表网友观点,与本站立场无关!

  评论人:不锈钢网   打分:0 分  发表时间:2015-8-14 0:35:58
· 不错的文章,内容淋漓尽致.禁止此消息:nolinkok@163.com不锈钢网http://www.hbbuxiugan...