离心通风机变宽度设计的研究

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摘要： 通风机是广泛应用于电站、石油、化工等行业的一种通风设备。主要适用于通风换气、排烟除尘、物料输送等工作过程，是一种较为精密的机械设备，其安装、调试与维护的质量直接影响通风机的性能、使用寿命以及对作业场中除尘、通风的效果。在电厂中，整个系统必须采用机械通风，而机械通风大多选择送风机和引风机配套使用的模式，因此通风机是确保锅炉正常运行的重要设备，也是电站等使用环境下不可被取代的重要通风环节 。

关键词：离心通风机;变宽度;设计中图分类号：

TH432文献标识码：

A引言

目前离心通风机的变型设计中，变叶轮出口宽度主要改变风机的流量，而对风机压力的改变相对较小，这样的设计方法是最经济可行的。就目前的研究和应用来看，为了改变风机流量，大多采用叶轮变宽度设计，其叶轮出口宽度变化量一般不大于15%。而如果采用15%作为叶轮出口宽度变化上限，则由于变化量较小，要通过变宽度设计来覆盖全部流量系数范围，所需要的风机机型会较多，不能达到简化设计的目的，因此对离心通风机叶轮的变宽度设计进行了更深入的研究，尝试总结出当改变叶轮宽度时离心通风机的流量、压力和效率的变化规律，找出更大的叶轮出口可改变宽度的范围，以期实现用较少的风机模型通过变宽度设计覆盖整个流量系数范围。

1、离心式通风机的工作原理

离心式通风机主要由调节门、机壳、进风口、传动组、联轴器等部件组成。叶轮所带动的气流在离心力的作用下，以较高的速度被甩向叶轮边缘，并逐渐汇集在通风机的螺旋机壳中，此时由于气流的速度骤减，使其气压升高，最后经通风机机壳的扩压段排出风机外部;同时在风机的进风口处，因气流的排出形成了负压，进风口处的空气由于受到大气压力，连续不断得将气体补充到风机入口，并通过叶轮再次被甩向机壳，从而连续不断地将气体拍向外部。离心式通风机利用大气压力的原理，其适用于流量较小、风压大、转速低的区域，但是由于其体积较大，需要预留较大的安装空间，因此离心式通风机更适合应用于电站、石油、化工等相对较为空旷的工作环境。

2、变型设计方法

与传统的变叶轮宽度设计方法不同，本文研究的变宽度方法如下：（1）叶轮宽度减小，轮盖和叶片型线保持不变;（2）蜗壳宽度也同时减小，减去的尺寸和叶轮减去的尺寸相同，保持叶轮后盘到蜗壳侧板的安装距离不变;（3）其余部件和尺寸均保持不变。

3、数值模拟

3.1几何模型和数学模型

本文采用CFD软件ANSYSFLUENT进行数值模拟研究，几何模型为气流从进风口到机壳出口经过的所有流动区域，其边界为进风口、叶轮和机壳的内壁型线，几何模型的建立采用SolidWorks软件完成。为了符合实际，在进风口侧加装一段与进口直径相同的进风管道。建模后，将划分好网格的各部分组合起来，在FLUENT求解中采用稳态计算，叶轮所在区域为旋转区域，边界条件中进口采用速度进口，出口采用大气压力出口，壁面为标准壁面。在本文进行数值模拟时，一般选取6个流量点，模拟计算后，读取结果并经简单的换算，得出各流量点上风机的全压和效率，再将6个点的数据绘制到一起，即可得到风机的性能曲线。

3.2数值模拟

在上述变宽度方法下，通过数值模拟对直叶片风机进行了变宽度的研究，叶轮出口宽度变化百分比增加至20%，40%，60%，70%，80%，叶轮转速设定为2900r/min。

随着宽度变化量的增加，通风机的流量和全压都逐渐减小，并且在高效区间的范围也逐渐缩小。而最高效率点的效率并没有随着叶轮出口宽度改变而立即减小，只有当宽度变化量达到80%的时候，效率才明显降低。

3.3最高效率点数据分析对比

通风机最高效率点的性能变化，可以分析出其不同宽度变化量下风机的性能变化规律。本文分析了离心通风机最高效率点的性能随其叶轮出口宽度改变而发生變化。原风机在最高效率点流量的比值随出口宽度改变量的增加逐渐减小，并且其减小趋势基本呈现线性变化规律。

变宽度后原风机在最高效率点全压比值随着出口宽度的改变的趋势（详见：图1）可以看出，随着宽度改变量的增加，离心通风机最高效率点的全压也逐渐减小，并且其减小的趋势接近于抛物线规律，即宽度变化量较小时其全压降低速度缓慢，宽度变化量变大后，随着宽度改变量的增加全压降低速度加快。

由于离心通风机最高效率点的效率在很大的一个变宽度范围内都未随着宽度改变的增加而降低，所以考虑叶轮最大可变宽度时主要考虑风机全压的变化，从图1可以看出，当出口宽度变化量在20%以内时，全压依然可以保持为原型机全压的98%以上，高效区的范围并没有明显减小，依然有一个较宽的范围。所以，通过数值模拟的结果可以初步得出，通过新的变出口宽度的方法，可以将变宽度的范围适当的提高。图1 最高效率点全压随宽度改变的变化4、数值模拟和试验结果对比验证

在本文的研究中，对Y5-51-1No.10D离心通风机进行了数值模拟，同时也对其进行了试验测量，并将其结果进行对比验证。

数据采集和处理系统采用西安交大流体机械所研发的《MGS通风机试验数据采集系统》进行采集，该系统能够实时显示，拥有精度高、数据准确等优点，并且能够完成自动处理和试验报告生成。为了保证可靠性，对试验仪器、采集系统、数据处理软件都进行了认真仔细的校准和检验。

虽然在最大和最小流量区，数值模拟结果和试验结果略有偏差，但是在整体曲线上，数值模拟结果和试验结果能够较好的吻合，特别是在高效点附近曲线基本重合，其中高效点所在的流量位置也基本相同。虽然模拟效率整体上比试验效率低了大约5个百分点，但是由于在本文的研究中，采用的是模拟数值与试验验证之间的对比来进行研究并找出其变化规律，所以这个误差并不影响最终的真实可靠性。

结束语：

提出了一个关于离心通风机变叶轮出口宽度的变型设计方法，通过数值模拟和试验验证，对Y5-51-1No.10D直叶片离心通风机进行研究，发现将传统的宽度变化范围从15%扩大到20%后，离心通风机的效率、全压和高效范围与原风机相比并没有明显的减小，依然可以在较高的效率和较宽高效范围内运行。因此，认为通过新的变叶轮出口宽度方法，可以适当扩大叶轮出口宽度的变化范围。

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