葉片形狀優(yōu)化對雙進風離心風機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響

葉片的結構優(yōu)化對離心風機金屬葉輪平穩(wěn)運行有著重要的影響。目前很多學者研究了葉片出口安裝角的結構優(yōu)化以及葉片高度的結構優(yōu)化，但是對于葉片形狀的結構優(yōu)化研究得較少。氣流在葉片的不同區(qū)域的流動有很大的不同。在葉輪前盤，氣流的流動方式主要是軸向流動。在葉輪的中后盤，氣流的流動方式主要是徑向流動。通過Fluent后處理計算得出蝸殼壁面區(qū)域于以上4個截面處所受粘性力大小Fν，測量力矩中心至力原點距離R，由額定工況下風機總質量流量q計算得單位質量流體所受黏性力矩平均值mFR/q。通過這種方式，達到葉輪前盤向中后盤送風，使葉輪中后盤出風的目的。由此可見，通過對葉片形狀進行優(yōu)化設計，可以在一定程度上增加葉片的送風量以及有效通道的寬度，使得離心風機的效率得到提高，從而保證金屬葉輪的平穩(wěn)運行。

雙進風離心風機具有體積小、壓力系數(shù)高等一系列優(yōu)點，在工業(yè)、農業(yè)等各個領域都得到廣泛應用，是人們生產(chǎn)生活中必不可少的一種機器設備。離心風機主要由集流器、蝸殼、電機以及葉片四個部件組成。各部件的結構優(yōu)化對離心風機金屬葉輪穩(wěn)定運行起著重要的作用。隨著科學技術的發(fā)展以及生活水平的提高，對雙進風離心風機進行結構優(yōu)化越來越受到人們的關注。雙進風離心風機性能試驗原理及其裝置為了驗證修正后數(shù)值計算模型的準確度，對原風機的不同工況氣動性能試驗。因此本文通過對集流器優(yōu)化、蝸殼優(yōu)化、電機優(yōu)化以及葉片形狀進行優(yōu)化，來觀察結構優(yōu)化之后的離心風機對金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響，以促進離心風機的生產(chǎn)工作朝著更完善、更健康的方向發(fā)展。

雙進風離心風機在大流量區(qū)計算值比實測值偏高，小流量區(qū)計算值比實測值偏低，但是整體上計算結果與實測結果基本吻合。由效率曲線圖可知，大流量區(qū)計算結果比實測結果偏高，小流量區(qū)計算結果比實測結果偏低，說明計算結果與實測結果吻合。試驗噪聲分析離心風機的噪聲按照流體動力聲源的發(fā)聲機制，分為三類：1）單極子，2）偶極子，3)四極子，風機正常工作狀態(tài)下產(chǎn)生的噪聲主要來源于偶極子源。通過實驗值與計算值的對比，CFX 軟件的數(shù)值模擬結果與實測結果一致，由此驗證了采用CFX 軟件對帶進氣箱的離心風機的數(shù)值模擬是可靠的。

試驗噪聲分析

離心風機的噪聲按照流體動力聲源的發(fā)聲機制，分為三類：1）單極子，2）偶極子，3)四極子，風機正常工作狀態(tài)下產(chǎn)生的噪聲主要來源于偶極子源。根據(jù)GB/T2888-2008《風機和羅茨鼓風機噪聲測量方法標準》對有無進氣箱離心風機的噪聲進行測試。試驗地點：浙江上風高科專風實業(yè)有限公司CNAS 檢測中心；采用聲級計對風機出口處的噪聲進行測試，測試方式及儀器。測量時，除地面外無其他的反射條件，測點位置D 距地面的高度與風機出口中心持平，水平方向上與出氣口軸線成45° ，距離出氣口中心L=1m。因此，必須優(yōu)化集流器結構，通過減小集流器的錐度、增加喉部半徑的方式，提高離心風機的效率，保證金屬葉輪的平穩(wěn)運行。

雙進風離心風機的噪聲在小流量區(qū)，帶進氣箱的離心風機噪聲低于不帶進氣箱，隨著流量的增加，帶進氣箱的風機噪聲顯著提高，在大流量區(qū)，明顯的高于不帶進氣箱的噪聲。

1）雙進風離心風機在進氣箱出口與葉輪進口處有渦旋產(chǎn)生，其位置與流量大小相關，渦旋的存在導致葉輪流道發(fā)生了堵塞，是離心風機效率降低的原因之一。

2）加進氣箱后，風機葉輪尾緣的“尾跡-射流”現(xiàn)象更加的嚴重，且在小流量區(qū)風機內部流場存在偏心現(xiàn)象。

3）加進氣箱后雙進風離心風機不僅效率有所降低，其全開流量與壓力與無進氣箱相比也有所下降，加進氣箱后離心風機較優(yōu)工況點向小流量區(qū)偏移，進氣箱內部流場的復雜性以及出口速度的不均勻性對風機內部的流場分布產(chǎn)生了影響。

4）相比于無進氣箱的情況下，加進氣箱后，風機隨流量的增加，噪聲提升的更快，且在大流量區(qū)明顯高于不帶進氣箱的噪聲。

5）與實驗測試結果對比分析，結果表明采用數(shù)值模擬研究風機性能是可行的。

為了提高掘進工作面離心風機導流效果， 提出對雙進風離心風機圓弧形集流器加米字支撐架改造。通過建立離心風機幾何模型和數(shù)值模型,并施加邊界條件，利用Fluent 軟件對加米字圓弧集流器和普通圓弧集流器離心風機進行了整機內部流場數(shù)值模擬， 采用Tecplot 軟件進行后處理，顯示同流量下離心風機的壓力云圖。一般來講，大型高速風機軸承采用軸瓦，潤滑采用潤滑油強制噴射潤滑，高速旋轉的主軸懸浮于油膜上，正常工況時振動很低。

消聲蝸殼對雙進風離心風機氣動性能的影響原風機與不同消聲組合試驗所得的氣動性能對比如圖3 所示。試驗結果表明: 由于穿孔板相對于光滑的鋁板有著較高的壁面摩擦阻力，導致加裝穿孔板后的風機壓力和效率在整個測試工況范圍內都有不同程度的降低。在小流量區(qū)，風機內部的流場分布發(fā)生偏心現(xiàn)象(C處)，葉輪流道E側，氣體比較充實，葉輪流道F側氣體分布較差，與原始風機內部流場分布相比，其雙進風離心風機葉輪流道的充盈性差。4種消聲組合方式的壓力損失并不相同，當額定轉速為3 800 r /min，在設計工況下，A 組合改進風機全壓降低了約16．0 Pa，效率下降了約1．28%; B 組合改進風機全壓降低了約5．0 Pa，雙進風離心風機效率下降了約0．9%; C 組合改進風機全壓降低了約36．8 Pa，效率下降了約3．18%; D 組合改進風機全壓降低了約45．8 Pa，效率下降了約3．28%。

主要由于安裝穿孔板的面積不同，導致不同消聲組合方式的摩擦損失不同。B 組合即只在風機后蓋板上安裝穿孔板，風機壓力損失小。不同工況下，風機壓力和效率損失也不相同，在設計工況及偏大流量工況下，雙進風離心風機壓力和效率損失較大，效率也同步降低。主要原因是大流量工況下，蝸殼內部氣流速度較高，氣流與穿孔板之間的摩擦損失增加。消聲蝸殼為A 組合形式時與原風機的出口A聲級隨流量變化的對比圖。對于重要和安裝要求高的風機，有必要設計和制作一個專用表架配合百分表進行測量，雙進風離心風機主要由抱箍、角鋼表架等組成?？梢钥闯?，不同工況下，A 型消聲蝸殼的降噪效果不同，雙進風離心風機在額定工況點附近，降噪效果好; 在大流量工況下，降噪效果變差，這主要因為大流量情況下，蝸殼內氣體流速較大，而氣體流速對吸聲材料的吸聲效果影響很大; 在小流量工況下，風機流動惡化，風機振動較大，導致振動噪聲很大以致降噪效果反而變差。與原風機相比，在額定工況點A 聲級降低約4．5 dB( A) ，在大流量工況下，A 聲級降低約3．6 dB( A) ，在小流量工況下，A 聲級降低約1．9 dB( A) 。