摘要:从改善其通流能力入手,通过理论分析和大量试验最终达到了其结构参数的优化。前向多翼
风机叶轮的流道构成与一般风机不同点是:子午面的流道特别短,进出口直径比D1/D2≥0.80;叶轮出口宽度特大,相对宽度b2/D2≥0.4;叶片数特多,最多可达72个。前向多翼风机叶轮流道宽而短,气流状况紊乱而无序,有些流道还充不满气流,很难建立起一个简单的、符合实际的数学模型来进行流场分析通流能力φ与流量及全压等参数一样,也是前向多翼风机主要参数之一,通流能力是指在某一条等转速线上达到最大全压系数的流量系数值。典型的前向多翼风机特性曲线如图1所示。从图1可见,通流能力把曲线分为左右两个区域。在左区内,全压随流量的增加而增加,全压减去因流量增加而引起的动压提高,仍可维持足够的静压,气流能够克服阻力而顺利通过流道。而右区内情况就不同了,随着流量的增加,动压仍继续提高,但全压值反而下降,当不能保证足够的静压值时,气流克服不了阻力而形成“阻塞”现象,这时曲线急剧跌落,全压大幅度下滑,流量不再增加,全压效率也下降几十个百分点,性能曲线成“疲软”状态。通流能力φ越小,性能曲线就“疲软”得越早,反之亦然。所以φ值是表征前向多翼风机软硬特性的参数之一。从样本查得11-62的φ值只有1.10,而结构上有某些改进的Comefri的TLZ风机φ值却提高到1.35。由于通流能力的提高,在可使用的压力范围内,Comefri的TLZ风机的流量比11-62增加近一倍,最高全压效率也提高了近5%。要提高前向多翼风机的通流能力,必须得找到限制通流的“瓶颈”位置,并加以结构改进,再通过试验验证,最后获得最佳匹配。虽然前向多翼风机的流道较一般风机要宽阔得多,而且从风机进口到出口都有足够大的空间可让气流顺利通过,但实际上,并不是所有流道都那么畅通。根据大量试验表明,“瓶颈”位置就在叶轮进口处。而过去一提到增加流量就加宽叶轮,有些前向多翼风机制造厂,把叶片相对出口宽度增加了20%~40%,派生出所谓宽型机。但实际上,无论是标准型还是宽型机,在叶轮进口处的“瓶颈”并没有实质性改变,因此宽型机风量增加没有预期的那么大,而且,由于叶轮的加宽还使宽型机的性能曲线变软,更有甚者,过度加宽叶轮导致了前向多翼风机硬特性完全消失,变成后向风机的抛物线形下降特性。若改善叶轮进口流动,消除“瓶颈”,提高前向多翼风机的通流能力,笔者认为主要应从以下3个方面着手。(1)扩大叶轮进口面积,可采用加大进气口外径或增加叶片进气角两种方法。加大进气口外径,不但增加进气口面积、减缓进气速度,还让部分进气吹走了由于气流突然膨胀而在叶轮近轮盖处形成的涡流。这样既可以增加流量,又可以改善进气的流动性能。但若叶轮进气口外径过大,会影响整个叶轮压力的提升,所以一般以增加主流面积15%~20%为宜。叶片进气角则应尽量取大,通常取βA1=90°。(2)取适当的叶片数,叶片数不宜过多或太少,应保持中等。从理论上看叶片数越多叶轮出口的滑差越小,通过叶轮的气流可获得更大的功,有望提高更大的压力。但是,叶片数过多势必会增加摩擦损失和阻塞气流,反过来又会对风机性能有负面影响。事实上,前向多翼风机叶轮,当叶片达到一定数量时,再增加其叶片数,对其性能已没有什么影响,这时叶片数的选取则纯粹从结构和工艺角度考虑。如国外有些风机厂,为了不同型号通用同一种叶片,叶轮采用拼装滚铆结构,靠增减叶片数派生出相邻的机号来,所以按优先数排列的标准机号,不论机号大小都是38片或42片。(3)增加叶轮子午面的流道长度,使进出口直径比D1/D2保持在0.82左右。通流能力提高以后,压力有下降的趋势,适当的减小D1使叶片流道加长、增大,在较大流量情况下,可以维持较高的静压,使性能曲线会更加平坦。用以上设计思路开发出来的样机与11-62和Comefri的TLZ风机性能比较如图2所示。从图2可见新样机的通流能力比11-62和Comefri的TLZ风机都大得多,新样机的性能曲线也较后两者平坦。由于大流量区全压的提高,新样机可应用的流量范围也大幅度增加。