模块化风机设计（2）

当轮穀比为0.6时,轴流风机峰值效率点处的效率为72%,效率偏低,应控制模块化风机的轮穀比小于0.6。通过此约束条件,可以反推出800mm风机轮穀比的上限。推导如下:
< 0.6(4.1a)D + At/ + A<0.6(D + A)(4.1b)d ,、, 0.4A,…、<0.6 (4.1c)DD式中,"为800mm原准风机的轮穀直径,!)为800mm原准风机的叶轮直径,即为800mm,A为从原准风机到模块化风机的叶轮直径增加量,当模块化风机取1000mm时,A = 200,代入公式得:d 0.4x200 d _ -, . .—<0.6,即一S 0.5(4.2)D800D由上式可得,当80C)mm原准风机的轮毂选择小于0.5时,根据800rnm风机变轮毂性能曲线图,可以推测模块化设计的900mm和1000mm的峰值效率点在70%左右,并且800rnm风机轮毂比选的越900mnn和1000mm模块化风机的性能越好。
但是轮毂比的减小,会使叶片根部的负荷系数增大,过大的负荷系数会在风机的叶片根部产生附面层分离加剧。以下是轮毂比分别为0.45和0.475的800mm风机流量为24000 m3/h时距离叶片根部10mm处的流场性能图4.2。从流场对比图中,可以看出,当风机轮毂比减小时,叶片根处的附面层分离会加剧,当附面层分离严重到一定程度时,会影响风机的流场和气动性能。这也是继续减小风机轮毂比,而风机效率增加幅度减小的原因。所以800mm风机的轮毂比不能过小。
随着800mm风机的轮毂比的减小,全压和效率逐渐升高,流量逐渐增大,风机的内功率也逐渐增大,当电机功率过大时,必须换更大功率和尺寸的电机,进而使风机静叶部分轮毂直径变大。下图为不同轮穀比下800mm风机的内功率对比图:据CB1173-1987舰用交流异步电动机技术条件可知,800mm风机需选用7.5kW额定功率的动机。风机轮与电动机串联安装在风机壳体内部,所以选择132S或132M的B5型卧式凸缘安装电动机。该型安装尺寸如图:4.4中132S或132M电动机的凸缘直径P为300mm,接线盒高度AD为235mm。在轴流风机中,在叶轮和电动机连接处,会安装过渡段,过渡段一般接近接线盒的顶部,如下图:由于过渡段的存在,风机静叶部分的轮毂会大于电机的凸缘直径。考虑介质在流动过程中的顺畅,轴流风机动叶轮毂的直径不应小于风机后段静叶轮毂。本文中,将800mm风机静叶轮毂取为360mm,所以800mm风机的最小轮穀比 360 + 800=0.45。当风机轮毂比取更小值时,风机动静连接处会形成台阶状结构,从而影响轴流风机的流程和气动性能。以下是直径为800mm风机轮毂比为0.4时的结构示意图:
对直径为800mm风机轮穀比为0.4时风机进行流场模拟,得到台阶状结构处的瑞动能图如下:了方便观察在台阶截面附近的流场情况,本文在台阶处截取垂直轴向的截面。从风机流场图中可以看出,当风机动静连接处存在台阶状结构时,在连接处的径向截面内,台阶处附近的瑞动能较大,远离合阶轮穀的地方,介质流动时端动能较小。这说明台阶结构的存在会使风机的流动损失增加,恶化风机的流场。综合以上分析,当设计800mm原准风机时,动叶轮毂比应选为0.45,这即可以保证800mm风机具有较优性能,又可以使模块化设计的900mm和1000mm风机具有较小轮穀比。