离心风机气动设计优化与实测分析

离心风机气动设计优化与实测分析

0总结1718后向流的设计参数、第一个电机的性能值的估计和试验结果的分析1.1温度和流量计算7-188后向风扇设计参数：单一级、单通道；电机为1450转/分。最小温度：20，叶片数为10。流量为2950m3h；总压为3040pa。流量系数=0.01。总压系数=0.685；相轴=0.5/0.75/17.8。1.2性能预设和实测根据厂家的要求,笔者所在清华大学流体声学实验室,按常规工程设计方法对7-18№8机进行了首轮气动设计,并采用Fluent软件包对整机三维湍流流场进行了数值模拟和性能预估。在数值计算中选取关键的几个流道截面采用质量加权平均积分计算其总压值,进而分析流道各段总压变化、流动损失和整机效率等数据,这样就可明确优化方向并进行优化。得到设计工况的优化结果后,进行样机性能试验。发现了最佳效率点的偏移,又进行了其它工况的性能数值预估。首轮7-18风机样机气动设计的性能预估和实测曲线,即全压-流量(p-Q)曲线、全压效率-流量(Q-η)曲线,见图1。由图1可见,首轮样机的数值模拟的性能预估:设计工况点(流量为2950m3/h)的全压为3090Pa,效率为83.4%,但其最佳效率点的流量是3850m3/h,效率为84%,全压为2700Pa;实测的性能数据:设计工况点的全压为2984Pa,效率为78.2%,但其最佳效率点的流量是3820m3/h,效率为79.5%,全压为2900Pa。由于叶片数少,比转数低,数值模拟和试验数据偏差比一般要大些,但总的来看,无论是设计工况和最大效率点工况及其附近的变工况区域中,数值预估和实测结果符合尚可(笔者为了在篇幅有限的图上,更清楚地表示数据,本文所有曲线用的坐标均放大了,这样误差也显得更大,特此说明)。无论从数值模拟或实测数据都可明显发现:首轮7-18风机的最佳工况点的流量值比原设计流量向大流量区有相当大的偏移,设计工况点为2950m3/h,但实测和数值预估流量分别是3820m3/h和3850m3/h,二者符合很好,它们向大流量区偏移高达30%左右。7-18风机设计参数和其它过去设计的风机相比,有两个不同:一是叶片数很少,只有10个叶片;另一特点是比转数小,只有18。为了进一步确定原因,将叶片数增大到16,重新进行数值模拟和优化,结果表明其最佳效率点的流量仍然是比原设计流量大很多,于是,认为很可能是小比转数的影响。为此又对其它两个小比转数风机系列的结果进行了分析,考察是否也有这种类似情况。27-09和-22.7-22小比例曲线轴的数值模拟和试验结果的分析2.17气动设计的总体模型7-09的设计参数:设计流量为1500m3/h;全压为12000Pa;转速为2900r/min;工作温度为20℃;叶片数为12;对应的流量系数为0.00682;全压系数为0.677;比转数为9,为特小比转数风机。7-09样机气动设计的性能预估和实测曲线,见图2。由图2可见,7-09的数值计算结果表明:在设计工况点流量1500m3/h时,预估全压为12670Pa,全压效率为70.9%。但是其最高效率点的流量为2100m3/h,效率为74.1%,全压为12000Pa,最佳工况点偏移向大流量方向达40%;而从7-09的实测结果来看,设计流量1500m3/h时,全压为13110Pa,效率为63.7%;最佳效率点流量为2300m3/h,全压为12800Pa,效率为68.7%,最佳工况点偏移向大流量方向达53%,总的来看计算与试验结果符合较好,二者都表明最佳工况流量向大流量区有偏离,和7-18相比,偏离更大。似乎是比转数越小,偏离越大,数值预估和实测结果误差也更大些。2.27-32试验结果7-22的设计参数选择:设计流量为4200m3/h;全压为3040Pa;转速为1450r/min;工作温度为20℃;叶片数为16,对应的流量系数Φ=0.038;全压系数Ψ=0.686;比转数为21.2。7-22样机气动设计的性能预估和实测性能曲线见图3。7-22的数值计算结果表明,其设计流量为4200m3/h时,预估全压为3064Pa,全压效率为85.6%;最高效率点的流量为4600m3/h,效率为86.9%,全压为2950Pa。而由7-22试验结果得到:在设计流量4200m3/h点,全压为3083Pa,效率为86%。最佳工况点的位置约在4500m3/h,效率为86.2%,全压为3050Pa。总体看来二者符合很好,最佳工况点也向大流量方向偏移,但只有10%,在上述3个算例中它是最小的,而比转数也是最大的。3数值试验验证上述3个小比转数风机的性能实测和数值预估表明:其设计工况均向大流量区偏离,而这种偏离可以通过风机变工况性能数值模拟得到预估。为了使小比转数风机的气动设计工况和最佳效率点工况吻合,可以在气动设计时,故意选择比它原设计流量小的流量值,作为设计流量,并可适当调整原设计全压,使数值模拟得到的最佳效率点的流量恰好是原设计流量,全压恰好是原设计全压,而这个设计流量的选择和相应的原设计全压的调整值可以通过数值模拟试验来确定。这种方法虽然需要多花不少数值计算时间,但总比通过制作大量样机并进行性能试验来试凑设计工况点和最大效率点的吻合,在人力、物力和时间上会节省很多,会是一种又好又快的方法。用此方法,笔者对7-18样机进行了新一轮的气动设计,也就是新7-18风机气动设计,为了满足最佳工况点是原设计流量值2950m3/h的要求,通过多次数值试验,采用气动的设计流量为2100m3/h,同时对原设计全压3040Pa也进行调整为3087Pa,得到了最佳效率点的流量为3150m3/h,效率为84.5%,原设计工况点2950m3/h处全压为3020Pa,效率为84%。虽然最佳工况点还有一定的偏移,但它和设计流量偏差只有2%,效率差异也只有0.5%,满足原设计工况点的设计全压要求并有相当高的效率,应该是一个较好的气动设计。新7-18样机气动设计的性能预估曲线,见图4。4小比转数离心风机气动设计的数值试验及优化经过3个系列的小比转数离心风机的数值计算与试验结果的分析与总结,笔者发现按照风机原设计参数进行气动设计的小比转数离心风机,在一定程度上都存在最佳工况点向大流量区偏移的情况,并且比转数越小,其偏离情况越严重。对此,建议在进行小比转数离心风机的气动设计时,根据数值经验,降低原设计工况流量,同时适当调整其原设计全压,并通过多次数值试验,首先使设计工况点的流量和最佳效率点流量吻合,并且满足原设计全压要求并有尽可能高的效率。正常比转数的离心风机气动设计都是针对风机的设计工况流量进行,其结果是在此设计工况流量下,满