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轴流通风机变轮毂比设计时性能的理论考证

杨柳/山西华鑫电气公司风机厂    

Abstract
摘要:本文通过理论设计计算,进一步考证了R+S级轴流通风机变轮毂比风机性能曲线统计分析规律的可靠性,并指出该规律具有普遍的适用性。
关键词:轴流通风机;变轮毂比设计;性能考证
中图分类号:TH452 文献标志码:A
Theoretical Research on Performance when Designing Axial-flow Fan Variable Hub Ratio
Abstract: AIn this paper, the realibility of statistical analysis law of R+S stage axial-flow fan variable hub ratio fan performance curve is researched in further based on theoretical design and calculation. It is also pointed that this law has general applicability.
Key words: axial-flow fan; variable hub ratio design; performance research
1 概述
  笔者在文献[1]中论述了轴流通风机变轮毂比的组合设计法;并指出变轮毂比的风机性能可以通过轴流通风机的正设计计算得到,详见文献[1]1.4节的气动性能估算;或利用统计规律确定。
  上海鼓风机厂的矿用节能改造型轴流通风机GAF(GZ)系列的产品使用说明书给出了叶轮直径1.7~2.8m、转速750~1 500r/min、5个轮毂比,共100个型号的性能曲线。笔者统计分析这些曲线,得到如下的规律性:当叶轮直径和工作转速相同时(叶片数也相同),在同一安装角下,轮毂比在0.48~0.60(各机号轮毂比的平均值实为0.472~0.594)范围内按R40优先数系(标准公比φ40=1.06)增大或减小时,其静压和轴功率则按R20优先数系(标准公比φ20=1.12)相应增大或减小,而流量和效率基本不变,或效率变化不大。
上述规律是否具有普遍的适用性,能否从理论上予以考证,本文将进行详细研讨。
2 变轮毂比设计的必要说明
  轴流通风机的变轮毂比设计,通常有两种实用技术方法,现作必要说明。
  1) 组合设计法
  此法借用已有轮毂比的系列(群)风机叶轮的叶片和轮毂,组合设计成新轮毂比系列(群)风机叶轮的设计方法,文献[1]已有详细论述,这里不再赘述。需要提及的是,对于组合设计,在保持直径相同时,轮毂比既可增大又可减小,且增、减值应遵循R40优先数系,其最大与最小轮毂比在0.12~0.13区间变化。
  2) 叶尖切割法
  此法通过切割叶轮叶片的叶尖,达到改变轮毂比的目的。由于切割叶尖后,叶片长度减小,当保持叶轮直径不变时,必须相应增大轮毂直径,因此,叶尖切割法只能增大轮毂比,其增加值也应遵循R40优先数系,增大后的最大与最小轮毂比也须在0.12~0.13区间变化。
3 理论考证
  为了从理论上探求上述统计规律的正确、可靠性和普遍实用性,笔者采用具体的气动设计计算的方法进行考证。计算分为R+S单叶轮+后导叶风机和RⅠ+RⅡ对旋风机两种情况。
3.1 原始设计参数的选定
  叶轮直径:d=1.8m
  工作转速:n=1 000r/min
  空气密度:ρ=1.2kg/m 3
  轮毂比取值:

   

   

3.2 计算方法、步骤
  气动计算采用轴流通风机的工程设计方法[1] ,其中R+S采用叶栅设计法,C4翼型;RⅠ+RⅡ采用孤立翼型设计法,RAF-6E翼型。
  计算步骤不再列出,详见文献[1]1.3.4节叶請Z抔篲粝赓灝E圸抔篲粝赓其它风机级的设计举例或设计说明的1.3.5.4小节R+R对旋轴流通风机。
  对旋风机气动计算时,Ⅰ、Ⅱ级的压力采取等量分配原则并考虑两级叶轮相互干扰的影响[1]
3.3 计算结果
3.3.1 R+S的计算结果
  1) 效率的计算结果,见表1。

  2) 叶轮叶片几何参数的计算结果,见表2、表3、图1和图2。

  3) 后导叶几何参数的计算结果,见表4、表5、图3和图4。

3.3.2 R+R的计算结果
  1) 效率的计算结果,见表6。

  2)K叶片几何参数的计算结果,见表7、表8、图5和图6。

 

  3)K叶片几何参数的计算结果,见表9、表10、图7和图8。

4 基本分析
  上述计算相当于采用叶尖切割法进行变轮毂比设计,就是说,选定d-0=0.5作为基准轮毂比,按φ40=1.06的倍数逐一增大轮毂比得0.530、0.562、0.596、0.631各值。当叶轮直径d=1.8m保持不变时,则相当于叶尖双边切割量分别为叶轮直径的3.0%、6.2%、9.6%和13.1%,反之亦然。
  1) 从表1和表6中效率的计算结果看到:不同轮毂比时,R+S型的风机级效率(即叶片效率)、装置全压效率和装置静压效率的最大偏差分别为:(ΔηBLmax=0.006 4,(ΔηTmax=0.004 5,(Δηs)max=0.003 0;不同轮毂比时,R+R型的风机级效率Z抔篲粝赓灝E圸抔篲粝赓实淖畲笃罘直鹞海éうBLmax=0.013 8,(ΔηTmax=0.009 4,(Δηsmax=0.008 1。这说明考证计算结果与统计分析结果具有良好的一致性。
  2) 从图1至图8中进一步看到,R+S型的叶轮叶片和后导叶片的几何参数以及R+R型的Ⅰ、Ⅱ级叶片的几何参数具有如下的特点:
  在叶轮直径和工作转速一定的情况下,当轮毂比增大时,实度(Z·C/R)增大,此时,若叶片数相同,则叶片宽度增大。此外,在算术平均半径处r-=(1+d-)/2,相邻两轮毂比的大轮毂比的实度与小轮毂的实度之比约等于1.06,具有满足Φ40优先数系的趋向性。
  在叶轮直径和工作转速一定的情况下,轮毂比增大时,叶片扭曲角度减小;此外,在叶片算术平均半径处,相邻两轮毂比的大轮毂比的扭曲角度要比小轮毂比的扭曲角度大1°左右。
  3) 从理论和逻辑推理上考虑,由于R+S+R+S型为2个R+S型的串联,R+S+R+S型理应服从R+S型变轮毂比风机性能的统计分析规律。
5 结论
  R+S型轴流通风机变轮毂比风机性能的统计规律进一步由理论计算考证,这个规律适用于各类型式的轴流通风机,具有普遍的适用性,为轴流通风机的变轮毂比设计提供了重要而实用的技术方法。

参 考 文 献

[1] 吴秉礼,李文洲.轴流通风机的工程设计方法[M].吉林大学出版社,2007.