風(fēng)機(jī)作為各行各業(yè)的配套產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于地鐵通風(fēng)、礦冶通風(fēng)、樓宇換氣通風(fēng)，空調(diào)設(shè)備等。然而，風(fēng)機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中主要的能源消耗設(shè)備及噪聲來(lái)源之一，其科技含量的提升和加工制造工藝的創(chuàng)新與優(yōu)化對(duì)節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)有著重要的意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)的電能消耗約占全國(guó)發(fā)電量的8～10%，因此提高風(fēng)機(jī)的效率和運(yùn)行效率是十分必要的。為了了解三維流場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)氣動(dòng)噪聲的影響，在氣動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)中，采用條帶理論方法確定葉片表面的氣動(dòng)參數(shù)。

排塵離心風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、化工等特種行業(yè)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是葉輪的寬徑比小、內(nèi)外徑比小、由長(zhǎng)短葉片間隔且均勻分布，性能特點(diǎn)是壓力系數(shù)高、流量系數(shù)小，因此通常應(yīng)用于高壓小流量的場(chǎng)合，但由于葉輪葉道較長(zhǎng)，導(dǎo)致其內(nèi)部流動(dòng)損失較大，通常效率較低。并且由于其葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，加工成本較高，經(jīng)濟(jì)效益差，所以很多風(fēng)機(jī)企業(yè)放棄了批量生產(chǎn)的計(jì)劃，甚至不生產(chǎn)，造成了市場(chǎng)貨源短缺，因此進(jìn)一步的研究如何提高排塵離心風(fēng)機(jī)效率，改善其加工工藝具有十分重要的意義。針對(duì)排塵離心風(fēng)機(jī)機(jī)存在的以上問(wèn)題，提出了“XQ斜槽式離心風(fēng)機(jī)流場(chǎng)關(guān)鍵部件改進(jìn)設(shè)計(jì)研究”的課題。本課題與某風(fēng)機(jī)企業(yè)合作，對(duì)此型號(hào)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高其性能。能夠看出在延伸短葉片后，改善計(jì)劃一的風(fēng)機(jī)短葉片吸力面的兩個(gè)旋渦消失，葉片鄰近的別離區(qū)顯著的減小，但改善計(jì)劃一的長(zhǎng)葉片吸力面依然存在較大的別離區(qū)，因此風(fēng)機(jī)的全體功率進(jìn)步并不太顯著。該課題的成功進(jìn)行不僅會(huì)提高風(fēng)機(jī)的效率，降低能源消耗，還會(huì)將風(fēng)機(jī)的科學(xué)設(shè)計(jì)理念帶入企業(yè)，改善現(xiàn)在中、小、微風(fēng)機(jī)企業(yè)粗放型生產(chǎn)的現(xiàn)狀。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究了排塵離心風(fēng)機(jī)的流場(chǎng)，這是研究離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)的兩種主要方法。實(shí)驗(yàn)方法可以得到詳細(xì)而準(zhǔn)確的結(jié)果，但實(shí)驗(yàn)成本高，周期長(zhǎng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的發(fā)展，數(shù)值方法在渦輪內(nèi)部流動(dòng)模擬中得到了廣泛的應(yīng)用。采用數(shù)值方法設(shè)計(jì)了離心風(fēng)機(jī)的子午線廓線。以排塵離心風(fēng)機(jī)為例，進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。結(jié)果表明，采用數(shù)值計(jì)算方法可以簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確地得到給定子午線分布的葉輪子午線輪廓。提高風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)效率，具有良好的工程實(shí)用價(jià)值。提出了一種現(xiàn)代離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法，即數(shù)值計(jì)算法。離心風(fēng)機(jī)分為三部分，分別計(jì)算。迭代法考慮了這三個(gè)部分之間的相互作用。研究表明，上述數(shù)值計(jì)算方法可為風(fēng)機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供良好的依據(jù)。改進(jìn)后的排塵離心風(fēng)機(jī)效率提高，噪聲降低。因此本文依據(jù)風(fēng)機(jī)規(guī)劃的相似原理，即在風(fēng)機(jī)滿足類似條件的情況下，風(fēng)機(jī)的全壓值與風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的平方和全壓的平方呈正比，依據(jù)風(fēng)機(jī)的類似規(guī)劃原理，在滿足類似規(guī)劃條件下，相應(yīng)的增大風(fēng)機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)直徑，能夠有用的進(jìn)步風(fēng)機(jī)的全壓值。研究了風(fēng)機(jī)葉片安裝的不均勻性。結(jié)果表明，數(shù)值計(jì)算方法可以定性地計(jì)算出風(fēng)機(jī)的噪聲值，但由于計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值之間存在較大誤差，無(wú)法替代噪聲的實(shí)驗(yàn)研究。采用不等距離安裝葉片的方法可以有效地降低風(fēng)機(jī)的峰值噪聲。

針對(duì)排塵離心風(fēng)機(jī)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)使用不足、建模周期長(zhǎng)的問(wèn)題，提出了一種基于較小二乘支持向量機(jī)（LSSVM）和拉丁超立方體采樣（LHS）的大型離心風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)方法。以出口壓力作為衡量離心風(fēng)機(jī)性能的指標(biāo)，采用LSSVM建立離心風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)模型。采用LHS方法對(duì)離心風(fēng)機(jī)的進(jìn)口溫度、進(jìn)口壓力、進(jìn)口流量和轉(zhuǎn)速進(jìn)行了采集，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸1化處理，用于LSSVM模型的訓(xùn)練。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。有效性。結(jié)果表明，排塵離心風(fēng)機(jī)基于LSSVM和LHS的大型離心風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)方法能夠充分利用現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)信息，快速、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)風(fēng)機(jī)性能。離心風(fēng)機(jī)的主要作用是保證空氣供給，稀釋有害氣體，降低煤塵濃度，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。當(dāng)離心風(fēng)機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)速與電機(jī)相同時(shí)，大型風(fēng)機(jī)可以通過(guò)聯(lián)軸器將風(fēng)機(jī)葉輪與電機(jī)直接聯(lián)接，稱為D傳動(dòng)。通風(fēng)機(jī)性能穩(wěn)定直接關(guān)系到地下設(shè)備的可靠運(yùn)行和人員的安全。排塵離心風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)控制和運(yùn)行優(yōu)化是建立在準(zhǔn)確的性能預(yù)測(cè)模型基礎(chǔ)上的，因此建立準(zhǔn)確的風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)模型具有十分重要的意義。

建立排塵離心風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)模型的主要方法有三種：

（1）應(yīng)用數(shù)學(xué)、流體力學(xué)和流場(chǎng)理論建立離心風(fēng)機(jī)模型，預(yù)測(cè)離心風(fēng)機(jī)的性能。

（2）實(shí)驗(yàn)方法是利用先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，建立離心風(fēng)機(jī)在各種工況下的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?

（3）基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用各種CFD（計(jì)算流體力學(xué)）數(shù)值模擬技術(shù)建立離心風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)模型。

因此，排塵離心風(fēng)機(jī)選擇了LHS方法對(duì)離心風(fēng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。排塵離心風(fēng)機(jī)在實(shí)驗(yàn)的初始階段，收集的數(shù)據(jù)不應(yīng)超過(guò)總實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的25%。假設(shè)收集的總數(shù)據(jù)n=10天（d為輸入變量的維數(shù)），初始實(shí)驗(yàn)中收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)n 0應(yīng)滿足n 0<0.25n=2.5d的要求，因此本文采用n 0=0。實(shí)驗(yàn)初期采用25N作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集的硬件實(shí)現(xiàn)方案如圖1所示。首先，用傳感器測(cè)量被測(cè)通風(fēng)機(jī)的入口壓力、溫度、流量和轉(zhuǎn)速。針對(duì)這一問(wèn)題，本文采用混合網(wǎng)格對(duì)排塵離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，即結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合的方法。然后將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)總線傳輸?shù)紻AQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。排塵離心風(fēng)機(jī)的DAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)I/O設(shè)備將數(shù)據(jù)打包到上位機(jī)中。由于變量之間的維數(shù)差異，采集到的數(shù)據(jù)沒(méi)有直接應(yīng)用于模型訓(xùn)練，因此有必要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化，即將無(wú)量綱數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無(wú)量綱數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)映射到[0,1]的范圍內(nèi)，以提高模型的收斂速度和精度。模型。模型訓(xùn)練和模型驗(yàn)證離心風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)模型的訓(xùn)練結(jié)構(gòu)如圖2所示。該結(jié)構(gòu)可分為兩部分：數(shù)據(jù)采集與處理和模型訓(xùn)練。前者主要完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，后者實(shí)現(xiàn)了性能預(yù)測(cè)模型的建立和驗(yàn)證。首先，采用LHS方法采集離心風(fēng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（入口溫度、壓力、流量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速），并對(duì)排塵離心風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用于LSSVM模型。