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风机性能曲线的研究
发表时间：2018-11-17 15:45 | 点击率：
风机 通过对轴流风机叶片切割后以及保持叶顶间 隙不变时风机性能曲线的研究，得出当相对切割量 为 5%且保持叶顶间隙不变时，既能改善风机自身 存在的风量裕量较大的弊端，风机又可以满足风机运行 在高效区，由风机性能曲线可以看出，相对切割量 为 5%且保持叶顶间隙不变时，风机的最高效率点 向小流量工况点移动，其设计工况点为 qV=34.96 m 3 /s，当流量在 33.29～38.31 m3 /s 范围内均保持较 高效率。 风机叶片切割后，若在 机壳内表面加装圆筒以保持叶顶间隙不变，绝大部 分工况下风机的整体性能优于叶顶间隙改变的情 形，但在个别极大流量下(10%相对切割量，qV>44.94 m 3 /s；15%相对切割量，qV43.28 m3 /s)，加装圆筒 后风机性能反而恶化。为探究其原因，将在风机内部流场特征基础上分析风机动叶结构参数 变化对流动损失的影响。一般认为，气流流经叶栅时的流动损失主要 由四部分组成：环面损失、叶顶间隙泄漏损 失、涡流损失和叶型损失，其中以叶顶间隙泄漏损 失和涡流损失所占比例较大。
叶顶间隙泄漏损失的变化 在叶顶间隙部位，气流将沿圆周方向从叶片的 压力面流向吸力面，造成叶顶间隙泄漏损失。设计 流量工况下不同切割量时的叶顶附近总压分布。叶片未切割时，叶顶泄漏涡形 成于约 30%弦长、叶片吸力面最小压力区附近。随切割量增加，叶顶泄漏涡的形成 位置即叶顶低压区逐渐向叶片下游移动，且在吸力 面正压力梯度的作用下，涡核的强度和影响范围逐 渐增大；同时沿叶片弦线方向，泄漏涡轨迹由吸力 面向叶片的压力面偏移，由此可见，叶顶泄漏涡的 发展方向与叶轮旋转方向相反，所得结果一致。比较图 5a 和 5d、5e 可知，叶顶间 隙不变时，随切割量增加，叶顶泄漏涡的涡核位置 与间隙改变时相比明显向上游偏移，泄漏涡尺度变 化不大，但相对于原风机仍有向下游发展的趋势。 究其原因如下：气流通过叶顶间隙时在端壁表 面形成附面层，当叶顶间隙较小时，附面层的 存在对其产生阻塞作用。根据最小势能原理，在 叶顶间隙流动中，气流会向总势能最小的方向流动， 因此将有部分气流绕过间隙通道沿叶面流动。当叶 顶间隙增加到 49.5 mm 时，虽然气流速度受附面层 的影响仍有所减小，但叶顶间隙相对于附面层的尺 寸较大，部分气流直接通过叶顶间隙流出，因此经 过叶轮做功的气流减少；另一方面，叶轮与机壳间 的相对运动破坏了气流的流动状态，导致通过叶顶 间隙的气流发生分离并产生涡流，能量损失较 大，从而降低了风机的全压和效率。当叶顶间隙不 变时，附面层的存在导致气流通过叶顶间隙的空间 减小，因而大部分气流沿叶面流动，减小了叶顶泄 漏量，增加了叶轮的做功能力，降低了通风机的压 损，因此叶顶间隙不变时泄漏涡的涡核向下游偏移 的程度略有减小。 另外，随切割量增加，叶片通道内 的总压显著降低，叶顶间隙改变时叶道内的总压最 高值分别为 2 500 Pa、2 200 Pa；而间隙不变时总压 最高值由 3 500 Pa 降为 2 625 Pa、2 500 Pa，尤其是 相对切割量 15%时，总压值较间隙改变时明显增加。 这与上述分析中叶顶间隙不变时因叶顶间隙空间较小，大部分气流沿叶面流动，从而使流道内总压升 高的结果相一致，因此风机的全压和效率与叶顶间 隙改变时相比下降幅度较小。
叶顶间隙泄漏损失的变化 在叶顶间隙部位，气流将沿圆周方向从叶片的 压力面流向吸力面，造成叶顶间隙泄漏损失。设计 流量工况下不同切割量时的叶顶附近总压分布。叶片未切割时，叶顶泄漏涡形 成于约 30%弦长、叶片吸力面最小压力区附近。随切割量增加，叶顶泄漏涡的形成 位置即叶顶低压区逐渐向叶片下游移动，且在吸力 面正压力梯度的作用下，涡核的强度和影响范围逐 渐增大；同时沿叶片弦线方向，泄漏涡轨迹由吸力 面向叶片的压力面偏移，由此可见，叶顶泄漏涡的 发展方向与叶轮旋转方向相反，所得结果一致。比较图 5a 和 5d、5e 可知，叶顶间 隙不变时，随切割量增加，叶顶泄漏涡的涡核位置 与间隙改变时相比明显向上游偏移，泄漏涡尺度变 化不大，但相对于原风机仍有向下游发展的趋势。 究其原因如下：气流通过叶顶间隙时在端壁表 面形成附面层，当叶顶间隙较小时，附面层的 存在对其产生阻塞作用。根据最小势能原理，在 叶顶间隙流动中，气流会向总势能最小的方向流动， 因此将有部分气流绕过间隙通道沿叶面流动。当叶 顶间隙增加到 49.5 mm 时，虽然气流速度受附面层 的影响仍有所减小，但叶顶间隙相对于附面层的尺 寸较大，部分气流直接通过叶顶间隙流出，因此经 过叶轮做功的气流减少；另一方面，叶轮与机壳间 的相对运动破坏了气流的流动状态，导致通过叶顶 间隙的气流发生分离并产生涡流，能量损失较 大，从而降低了风机的全压和效率。当叶顶间隙不 变时，附面层的存在导致气流通过叶顶间隙的空间 减小，因而大部分气流沿叶面流动，减小了叶顶泄 漏量，增加了叶轮的做功能力，降低了通风机的压 损，因此叶顶间隙不变时泄漏涡的涡核向下游偏移 的程度略有减小。 另外，随切割量增加，叶片通道内 的总压显著降低，叶顶间隙改变时叶道内的总压最 高值分别为 2 500 Pa、2 200 Pa；而间隙不变时总压 最高值由 3 500 Pa 降为 2 625 Pa、2 500 Pa，尤其是 相对切割量 15%时，总压值较间隙改变时明显增加。 这与上述分析中叶顶间隙不变时因叶顶间隙空间较小，大部分气流沿叶面流动，从而使流道内总压升 高的结果相一致，因此风机的全压和效率与叶顶间 隙改变时相比下降幅度较小。
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