单级离心叶轮的结构优化

与本课题研究的三级离心风机类似，多级离心风机各级叶轮的结构通常都是相同的，因，为到对多级离心风机优化的目的，可将其中一级叶轮作为优化对象，通过对单级叶轮的结构优化达到最终对整个风机优化的目的。本章主要利用旋转机械专业软件 CFturbo 对三级离心风机的单级叶轮进行了建模，并对叶轮结构的优化进行了探讨，通过 CFturbo 软件的性能预测功能预测了优化前后单级叶轮的性能。为该风机叶轮结构的优化提供了参考。
6.1 CFturbo 9 软件简介
CFturbo 是专业的旋转机械设计软件，该软件结合了成熟的旋转机械理论和丰富的实践经验，基于设计方程与经验函数开展设计，同时也能够根据用户积累的专业知识和设计准则来定制特征函数，是专业的叶轮和蜗壳的设计软件。它广泛应用于离心泵、轴流泵、离心风机、混流风机、压缩机、涡轮等旋转机械的设计。设计过程中，只需要给出流量、效率等性能要求，就能自动生成叶轮和蜗壳的造型。该软件开始界面如下图 6-1所示。
CFturbo 的设计流程简单快捷，可以通过全自动或交互方式生成主要参数、子午轮廓和叶片，蜗壳尺寸可由导入叶轮设计参数自动生成。
不管是设计泵还是设计风机，在 CFturbo 中都分成两个步骤，先设计叶轮，再设计蜗壳。其中叶轮设计的主要步骤如下：
1、设置主要参数。这些参数包括设计点如叶轮流量、进出口总压差、转速及叶片数等，参数、效率和叶轮尺寸。
2、子午轮廓线的设计。用户可通过弧线、直线、贝塞尔曲线或自定义多段线对叶轮的子午轮廓线进行设计。
3、叶片角度设计。包括叶片形状的选择、子午流面的叶片设计、最佳叶片几何角的计算、速度三角图形的显示等。
4、中弧线设计。用户可通过圆弧、贝塞尔曲线或自定义曲线设计叶轮的中弧线。
5、叶形、前尾缘设计。可定义叶片厚度，并设计不同曲线形式的前缘和尾缘。
6、叶轮性能预测。显示叶轮设计点，并根据叶轮的设计参数与形状自动计算本次设计的叶轮的性能曲线，并与设计点进行比较。
而蜗壳设计则要经过以下步骤：
1、蜗壳进口定义。包括叶轮定义、扩散器定义及蜗壳定义。用户可以自定义叶轮参数，或者导入叶轮设计文件进行叶轮定义。
2、蜗壳横截面形状选择。软件提供了规则矩形、规则梯形、对称圆形、不对称圆形、自由形式矩形、自由形式梯形等六种横截面形状。
3、扩散器形状选择。选择扩散器出口截面形状为圆形或矩形。
4、蜗壳几何尺寸定义。定义包角和开始角度，设计蜗壳几何尺寸，截面建模，扩散器长度定义。