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小型轴流通风机中叶片周向弯曲影响气动性能

防爆风机叶片的周向弯曲理论自提出以来,至今已在叶轮机械中获得了广泛应用 , 在透平和压缩机中应用叶片的端弯(周向前弯)技术可以获得沿叶片径向的 C 型静压分布 [1] ,这对于减少端部损失有着明显的意义。研究表明:通风机叶轮应用叶片的周向弯曲同样可以改变径向的静压分布。然而,人们对通风机的研究主要还是集中在大中型风机 [2-5] ,对小型风机的研究相对较少,偶尔能看到的对于小型风机的研究大多是综述模式 [6] ,对其气动性能的分析并不多。一般的,叶轮直径小于 300mm 的风机被称为小型风机 [7] 。目前对小型风机研究比较少的原因是其叶轮直径比较小,单台风机的能耗少,而相对来说,降低大中型风机的单机能耗则比较明显。事实上,大中型风机和小型风机的内部流动有着较大的区别,随着几何模型的缩小 , 各种损失所占比例发生的变化是明显的,对其内部流动的分析是必要的。近年来,小型风机在地面自动控制、电子设备、医疗设备等的通风散热方面得到了广泛的应用,而且随着科学技术的发展,它们还将在更大的领域发挥作用。因此,提高其气动性能对于国民生产有着重大意义。

由于叶片力的作用,前弯叶片使更多的气流集中在叶根部分,导致此地区气流轴向速度增加,通流损失增加;与此相似,后弯叶片使更多的气流集中在叶片上部,导致此地区的气流轴向速度增加,通流损失增加。两者相比,在流量大小相同的情况下,由于叶根速度的增加带来的损失更加明显,而叶顶气流的聚集却增加了叶片的做功能力。因此,从总体上来说,叶片前弯带来的通流损失比径向叶片和后弯叶片更多一些。同时,前弯叶片由于减小了径向方向上的压力梯度,从而减小了低能流体在叶片吸力面的堆积,进而减小了吸力面根部角涡分离带来的损失,减小了二次流损失;与之相反,后弯叶片加剧了径向方向上的压力梯度,致使吸力面角区聚集更多的低能流体,增加了角涡分离带来的二次流损失。一般来说,判断叶轮内部损失增加或减少的标准是各部分损失之和是增加还是减少

由于要突出叶片弯曲带来叶轮径向方向上的变化,因此叶顶间隙设置为 0mm ,但是,随着后弯的增加,叶顶负荷是增大的,叶顶泄漏损失也必然随之增加,因此对叶片后弯带来的损失估计偏小。低压大流量通风机设计时仍然推荐适度前弯,而不推荐后弯,因为与后弯比较,适度前弯气动性能差别不大,而前弯比后弯优越的地方就是可以适度减少二次流损失,当压头比较大的时候不至于带来太大损失,便于扩大叶轮的变工况范围。

(1) 对于低压大流量小型轴流通风机,其内部通流损失大于二次流损失;

(2) 在进行低压大流量小型轴流通风机的设计时,叶片适度的周向前弯和周向后弯,对于叶轮整体气动性能差别不大,但是过度的周向前弯将会导致叶轮压头和效率的急剧下降;

(3) 在低压大流量小型轴流通风机设计过程中,推荐使用叶片的适度前弯,叶片的适度前弯对于减少根部二次流损失意义明显,有利于扩大叶轮的变工况范围,而周向后弯叶片却增大了此部分的损失。