模块化设计风机

小节风机设计参数取设计流量为21000 m3/h,设计静压为590Pa,设计动压为80Pa,静压所乘系数取为1.254,风机转速为1460rpm。风机直径为800mm,轮穀比为0.525,静叶为8片。设计风机动叶分别为6、7、8、9、10片的风机,并对其气动性能进行数值模拟,性能曲线如下图:“流量系数-全压系数”曲线可以看出,所有计算的风机模型中,在小流量的工况下,随着风机叶片数目的增加,风机性能曲线整体趋势是逐渐上移,即风机压力随叶片数增加而增加,特别是叶片数从6片增加到7片和从7片增加到8片时,风机压力的增加幅度特别明显,但是之后再增加风机叶片,风机压力的升高幅度就相对较小;在大流量工况下,叶片从6片增加到7片和从7片增加到8片时,风机压力虽有升高,但是升高幅度没有小流量工况时明显,之后再增加叶片,风机压力的变化不明显,随着流量的增大,不同叶片数的风机性能曲线汇聚于一点,这是因为流量大时,叶型趋向于单翼型绕流,因为风机叶片都一样,性能曲线必然汇聚于一点。另外,随着叶片数目增多,风机的性能曲线斜率变大,性能曲线也更徒哨。
从“流量系数-效率”曲线可以看出,当风机叶片从6片增加到7片时,小流量工况时,两种风机的性能曲线重合,在较大流量工况下,7片动叶的风机的效率显高于6片动叶的风机。当动叶叶片从7片增加到8片时,风机的性能曲线整体下移,与6片动叶相比,8片动叶的风机小流量时效率较低,在大流量、效率峰值工况附近时,两者性能曲线相差不大。继续增加动叶数目,风机的性能曲线逐渐下移,在效率峰值点的左侧大流量区域,风机效率的下降尤其明显,这是由于因为叶片增多,一方面使叶片之间距离较小,使叶片之间产生了相互干扰,叶片之间流道内的介质产生了瑞流祸,祸流的产生增加了流动损失,另一方面介质与叶轮之间的接触面积增加,使两者之间的摩擦损失增大。多种损失的增加,共同导致了风机效率的下降。所以,从效率曲线来看,对于特定尺寸的轴流风机,其具有最佳叶片数,当风机处在最佳叶片数时,风机的效率最高,此时,无论增加或者减小风机叶片,轴流风机的效率都会下降。
综合以上可以看出,风机叶片数目对风机气动性能的影响规律:随着风机叶片数目的增加,风机的压力逐渐增加,这时,风机的效率也随叶片数目的增加而升高。当增加到一定数目之后,继续增加叶片数对风机的压力影响不大,此时,风机压力的增加幅度减小,但是,风机的效率曲线却会下移,即风机的效率降低。另外,当要求风机压力较高时,在满足效率的基础上,可以通过适当增加风机的叶片数来实现。
将不同叶片数的风机性能模拟计算结果转化为无因次参数,与之前风机计算结果进行对比,如下图:
从上图中可以看出,利用改进的变环量方法设计的风机,当叶片数在一定范内时,风机“效率-全压系数”性能点在一定带内波动,与之前设计的风机性能规律相同,当叶片过少时(对应图中6片动叶情况),风机在小流量时性能严重恶化,而远低于性能带。

模块化设计风机过程中,对于特定尺寸的模块化风机,其具有最佳叶片数,在最佳叶片数时,风机的效率最高,但是当风机压力要求较高,即设计高压轴流风机时,可以通过适当增加叶片数来实现。