蝸殼優(yōu)化對防爆離心式風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響

蝸殼是離心風(fēng)機金屬葉輪的重要組成部分。它可以通過導(dǎo)流與擴大壓力來提高離心風(fēng)機的效率。蝸殼入口氣流由于受到蝸殼流動不對稱的影響，導(dǎo)致分布不均的現(xiàn)象發(fā)生。這種分布不均勻的現(xiàn)象會直接堵塞葉輪出口，從而使葉輪發(fā)生周期性的加速或減速，進而降低離心風(fēng)機的工作效率，縮小了防爆離心式風(fēng)機工作的范圍，影響了金屬葉輪的平穩(wěn)運行。試驗結(jié)果表明：改型防爆離心式風(fēng)機出口靜壓提升約25Pa，較大全壓效率較原型機提升約10%。因此在蝸殼的優(yōu)化設(shè)計過程中必須將蝸殼寬度對流場的影響考慮在內(nèi)，合理設(shè)計外殼的寬度，降低對流場的影響。從而保證金屬葉輪的平穩(wěn)運行。

電機優(yōu)化對防爆離心式風(fēng)機金屬葉輪穩(wěn)定運行的影響吸油煙機、空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)備空間較小，為了節(jié)省空間，一般會使用內(nèi)藏電動機設(shè)備。內(nèi)藏電動機的長度、頭部傾角等在一定程度上影響著風(fēng)機性能和噪音。對內(nèi)藏電動機的形狀設(shè)計不當(dāng)會增加金屬葉輪內(nèi)部的流動損失，從而導(dǎo)致噪聲增大，離心風(fēng)機性能降低。電動機的軸向長度和氣流的排擠率呈正相關(guān)的關(guān)系。多翼離心風(fēng)機由進口集流器、葉輪及蝸殼組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。葉輪進口處的流道變窄會使前盤處脫流區(qū)域變大，從而導(dǎo)致金屬葉輪內(nèi)部損失增加。因此，在設(shè)計電機形狀時，應(yīng)充分考慮電機形狀對葉輪內(nèi)部流動的影響，從而提高金屬葉輪的穩(wěn)定性，確保離心風(fēng)機的性能。

針對防爆離心式風(fēng)機有無進氣箱兩種結(jié)構(gòu)形式，建立了兩種計算模型，利用CFX 軟件對兩種模型進行數(shù)值模擬，研究其內(nèi)部三維流場特性，基于數(shù)值模擬結(jié)果分析了進氣箱對離心風(fēng)機的性能影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明：加進氣箱后，離心風(fēng)機的全開流量與壓力有所降低，縮短了有效工作區(qū)域；在防爆離心式風(fēng)機內(nèi)部葉輪進口處產(chǎn)生渦旋現(xiàn)象，堵塞了葉輪流道，使風(fēng)機的效率和壓力降低。數(shù)值模擬結(jié)果與實驗測試值對比是比較吻合。進氣箱是離心風(fēng)機重要的組成部分，主要應(yīng)用于大型離心風(fēng)機與雙吸離心風(fēng)機。進氣箱在其出口處氣體發(fā)生近90°轉(zhuǎn)彎，內(nèi)部流場十分復(fù)雜，并造成很大的流動損失。其出口速度的不均勻性對防爆離心式風(fēng)機性能影響明顯，有必要對其特性進行研究。A.G.Sheard通過研究加進氣箱的通風(fēng)機，在防爆離心式風(fēng)機葉輪進口加導(dǎo)流板控制葉輪進口的非均勻氣流，結(jié)果表明在葉輪進口加導(dǎo)流板能夠提高風(fēng)機的全壓，并得出了葉片根部斷裂的原因。使用三維粒子動態(tài)分析儀（3D-PDA）對大型風(fēng)機進氣箱內(nèi)部三維氣體流場進行測量，揭示了其內(nèi)部流動的基本特征，為了解進氣箱流場結(jié)構(gòu)和流動機理提供了依據(jù)。15m3/s，主要尺寸參數(shù)為：防爆離心式風(fēng)機蝸殼寬度b1152mm，葉輪內(nèi)徑1D210mm,葉輪外徑2D246mm，葉片進口安裝角178A，葉片出口安裝角2160A，葉片圓弧半徑r14mm，葉片數(shù)z60。

將防爆離心式風(fēng)機模型導(dǎo)入ICEM 進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分過程中對離心風(fēng)機關(guān)鍵部位要進行加密處理，如葉輪、集流器、蝸舌、進氣箱的轉(zhuǎn)角處等。對風(fēng)機的進口與出口適當(dāng)延長，以保證計算的穩(wěn)定性?？紤]到離心風(fēng)機結(jié)構(gòu)的復(fù)雜且不規(guī)則性，本文采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格進行劃分，其中無進氣箱的離心風(fēng)機網(wǎng)格數(shù)量約370萬，網(wǎng)格質(zhì)量為0.3以上；因此在蝸殼的優(yōu)化設(shè)計過程中必須將蝸殼寬度對流場的影響考慮在內(nèi)，合理設(shè)計外殼的寬度，降低對流場的影響。帶進氣箱的離心風(fēng)機網(wǎng)格數(shù)量為380萬，網(wǎng)格質(zhì)量為0.3以上。

防爆離心式風(fēng)機采用標(biāo)準(zhǔn)k-?模型，壁面函數(shù)為Scalable，數(shù)值計算方法為高階求解格式，求解格式為一階格式。由于通風(fēng)機轉(zhuǎn)速低，馬赫數(shù)小，可認(rèn)為氣流為不可壓縮定常流動。進口給定質(zhì)量流量，出口給定靜壓,壁面條件為無滑移邊界，轉(zhuǎn)速為1 480r/min，并將流動區(qū)域分為靜止域與旋轉(zhuǎn)域，兩者通過Interface連接，連接模型為普通連接，坐標(biāo)變換為轉(zhuǎn)子算法，網(wǎng)格連接方式為GGI。本文所研究的某離心風(fēng)機葉輪有均布的16 個前向的大小葉片，其內(nèi)部流場較為復(fù)雜，為了揭示防爆離心式風(fēng)機內(nèi)的流場特性，對風(fēng)機進行全三維數(shù)值模擬。先單獨分析了進氣箱內(nèi)部流場特性，然后對進氣箱與風(fēng)機進行一體化分析，研究進氣箱對離心風(fēng)機性能的影響。憑多年經(jīng)驗并仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聯(lián)軸器轉(zhuǎn)到最下方時，百分表探頭已脫離半聯(lián)器近0。