串列叶栅叶片周向相对位置对风机性能的影响(2)

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2模拟结果与分析

本文分别计算了位置0下，转速为2 100r/min、1 800r/min和1 500r/min的风机性能曲线，同时计算了位置1、2、3下，转速为2 100 r/min的风机性能曲线。分别将所得的六条风机性能曲线编号为0-2100、0-1800、0-1500、1-2100、2-2100和3-2100。前面数字代表前后叶片的相对位置关系，后面数字代表转速。观察图4和图5可以发现，当动叶处于位置0时，随着风机转速的下降，压比和流量都逐渐下降，在流量压比图中向左下方大幅移动，低转速下的最高效率点效率略有下降。在转速2 100r/min下，当后叶片从位置0移动到位置3时，由风机的性能曲线可以看出，风机的压比和流量随之下降，其变化规律类似于调节风机转速，但变化范围相对较小。此过程中，风机效率略有降低，但稳定工作范围有较为明显的增加。可以看出，改变串列动叶的前后叶片周向相对位置可以产生同调节风机转速类似的效果。同时，串列动叶的两排叶片周向相对位置对风机稳定工作范围有较大影响，合理选择该参数有助于扩大风机稳定工作范围。

2.1前后叶片周向相对位置对叶片负荷的影响

图6为在近设计工况（背压106kPa）和大流量工况（背压102kPa)下，前后叶片不同相对位置，叶片不同叶高处的表面静压分布图。计算的工况对应了图4风机特性线中圈内的八个工况点。在背压106kPa和102kPa两个工况下，位置0和位置1、2、3的动叶负荷分布有着明显差异，而1、2、3三个位置的负荷分布特性更为接近。这是由于位置0处，后叶片在前叶片的尾迹区内，同时，前叶片和后叶片的狭缝所产生的射流作用对后叶片吸力面流动的影响同其他位置也有很大的差异。从静压分布规律上看，前叶片始终存在一定的正冲角，后叶片的位置对前叶片正冲角大小的影响非常有限。当后叶片离开位置0后，后叶片对前叶片静压分布的影响在动叶40%弦长处开始显现，从75%弦长处开始，吸力面的静压大于压力面。离开位置0后，后叶片的正冲角急剧变大，前叶片负荷减小，后叶片负荷明显增大，并且集中在叶片前端。对比位置1、2、3的叶表静压分布情况，注意到无论是在背压为106kPa的小流量高效率工况，还是在102kPa的大流量工况，前叶片吸力面的静压随着后叶片靠近前叶片吸力面而逐渐增大，前叶片50%弦长后，前叶片压力面静压随着后叶片靠近前叶片压力面而逐渐减小。图7所示为位置3下，动叶半叶高处的静压等值线，从图中可以清晰的看到，后叶片对前叶片叶表静压分布的影响。由于后叶片存在一定的正冲角，使得后叶片压力面前半段静压远大于吸力面前半段的静压，由于后叶片压力面靠近前叶片吸力面，同样的，后叶片吸力面靠近前叶片压力面，这使得前叶片的后半段，出现压力面静压值小于吸力面的结果。从位置1移动到位置3，后叶片对前叶片压力面的影响逐渐减弱，对前叶片吸力面的压力影响逐渐增强，这同前叶片的叶片表面静压分布是一致的。在后叶片位置从1移动到3的过程中，由于前叶片对气流的导向作用，相对而言，后叶片的叶片表面静压分布的变化较小。这也是串列叶栅的一个重要特征。