一種基于載荷法設(shè)計(jì)的離心通風(fēng)機(jī)葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于風(fēng)機(jī)設(shè)備領(lǐng)域，涉及離心通風(fēng)機(jī)，具體涉及一種基于載荷法設(shè)計(jì)的葉 片的離心通風(fēng)機(jī)葉片。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為通用機(jī)械的一種，離心通風(fēng)機(jī)廣泛的應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油石化和建筑通風(fēng) 等行業(yè)，使用量巨大，同時(shí)也消耗著大量的能源。因此，提升離心通風(fēng)機(jī)的效率能夠獲得非 ?？捎^的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
[0003] 離心葉輪是離心通風(fēng)機(jī)的核心部件，離心葉輪中的損失也是離心通風(fēng)機(jī)中主要的 損失來(lái)源，離心葉輪出口處的流動(dòng)情況也會(huì)影響氣流在蝸殼和管道中的流動(dòng)。由此可知，提 升葉輪效率是提升離心通風(fēng)機(jī)效率的關(guān)鍵，葉輪效率與葉輪內(nèi)部的流動(dòng)緊密相關(guān)，而葉片 型線(xiàn)又是離心葉輪的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法往往是依靠工程經(jīng)驗(yàn)，這使得風(fēng)機(jī)性能達(dá)到一 定程度之后很難再提高，并且一些葉片的改進(jìn)方法也往往具有盲目性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，根據(jù)葉輪參數(shù)結(jié)合葉道中線(xiàn)平均相對(duì)速度 曲線(xiàn)和邊界層計(jì)算公式得到了速度分布函數(shù)，之后采用了載荷法對(duì)原始模型葉片進(jìn)行優(yōu) 化，首先選取合適的平均相對(duì)速度曲線(xiàn)，然后通過(guò)設(shè)置不同位置載荷的變化得到多組載荷 分布函數(shù)，之后根據(jù)載荷分布確定葉片型線(xiàn)。本發(fā)明的載荷分布所得到的葉片均能提高風(fēng) 機(jī)性能，其中中部載荷比為〇. 7的模型性能較好，尤其是在額定工況和小流量工況下，隨著 載荷比的增大，在大流量工況下的效率逐漸增大，而在小流量工況下的效率減小優(yōu)化之后 的模型內(nèi)部流動(dòng)比原始模型穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的流動(dòng)分離和漩渦，并且由于沒(méi)有受到分 離的影響，葉道內(nèi)的靜壓增長(zhǎng)穩(wěn)定，葉道出口處的射流-尾跡結(jié)構(gòu)也得到改善。
[0005] 本發(fā)明采用的載荷計(jì)算公式為：
[0006] δ=ρ · ω · Δ ω (I)
[0007] 其中，δ為載荷;p為流向方向的流體密度，對(duì)于不可壓縮流體p為恒值；ω為流體在 葉道中線(xiàn)的平均相對(duì)速度，A ω為流體在吸力面和壓力面的平均相對(duì)速度差。
[0008] 由于葉道中線(xiàn)平均相對(duì)速度與吸力面和壓力面的相對(duì)速度平均值近似，因此（1) 式可以寫(xiě)成：
[0009]
[0010] ⑶
[0011] 其中，S為載荷系數(shù)，ω4Ρωρ分別為流體在吸力面和壓力面的平均相對(duì)速度。
[0012] 因此，通過(guò)流體在葉道中線(xiàn)的平均相對(duì)速度值和載荷系數(shù)可得相應(yīng)的載荷。設(shè)定 流體在葉道中線(xiàn)位置L處的平均相對(duì)速度，并設(shè)定載荷的一個(gè)極大值位置為L(zhǎng) = 0.25位置，L =0.25處的載荷系數(shù)為0.9，載荷的另一個(gè)極大值位置為L(zhǎng) = O . 7，L = O . 7處的載荷系數(shù)為 0.85。由此可得L為0.25和0.7處的載荷。
[0013]記L = O.7處的載荷為基準(zhǔn)載荷，位置L處與基準(zhǔn)載荷的比值為載荷比；設(shè)定載荷的 極小值位置為L(zhǎng) = 0.5處的載荷，即中部載荷；中部載荷與基準(zhǔn)載荷的比值取四個(gè)不同值，建 立四個(gè)載荷比分布函數(shù)模型，設(shè)載荷比分布函數(shù)為三段分段函數(shù)，L取0.25和0.7為載荷比 分布函數(shù)對(duì)應(yīng)的分界位置;其中一個(gè)載荷比分布函數(shù)模型的第二段函數(shù)為兩個(gè)極大值點(diǎn)的 連線(xiàn)直線(xiàn)方程;另外三個(gè)載荷比分布函數(shù)模型的第一段和第三段均為二次函數(shù)，中間的第 二段均為四次函數(shù)，第二段函數(shù)的中部載荷與基準(zhǔn)載荷的比值分別取〇.8、0.7、0.6;各個(gè)載 荷比分布函數(shù)的系數(shù)由L為0、0.25、0.5、0.7和1處的載荷比以及載荷比在極小值、極大值處 導(dǎo)數(shù)為0的邊界條件求得。
[0014]由動(dòng)量矩定理，可得：
[0015] dM = Z5pbrdr = pQd (rCu) (4)
[0016] 式中，d為微分算子，M為力矩，r為葉輪半徑，Z為葉片數(shù)，b為葉道寬度，p為流體壓 力，Cu為流體周向速度，Q為容積流量。
[0017] 艮P:
[0018]
(5)
[0019]由葉輪內(nèi)仟意半徑處的速度三角形矢量關(guān)系式，可得：
[0020]
(6)
[0021] 式中，η為轉(zhuǎn)速，u葉輪半徑處的線(xiàn)速度，β為葉片角，Cr為流體徑向速度。
[0022] 由此可得葉片出口角與葉片載荷之間的關(guān)系：
[0023](7)
[0024] 式中，Φ為壓力系數(shù)。
[0025]由式(7)得到四組不同載荷分布對(duì)應(yīng)的葉片中線(xiàn)型線(xiàn)，由于上周線(xiàn)與下周線(xiàn)平行， 只需給出葉片中線(xiàn)與葉片厚度即可得到葉片上周線(xiàn)與下周線(xiàn)。
[0026]對(duì)四種葉片型線(xiàn)建立離心通風(fēng)機(jī)整機(jī)三維模型并通過(guò)CH)軟件對(duì)三維模型進(jìn)行數(shù) 值模擬。將流量系數(shù)在原始模型工況范圍內(nèi)的全壓效率大于原始模型，且原始模型工況范 圍內(nèi)全壓效率均值最高的一個(gè)三維模型選為最佳模型。以葉輪旋轉(zhuǎn)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐 標(biāo)系，在最佳模型對(duì)應(yīng)的葉片中線(xiàn)型線(xiàn)上選取離散點(diǎn)，并記錄各離散點(diǎn)的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)， 即設(shè)計(jì)完成基于載荷計(jì)算公式的離心通風(fēng)機(jī)葉片。
[0027]本發(fā)明具有的有益效果：
[0028] 1.本發(fā)明根據(jù)載荷分布所得到的葉片均能提高風(fēng)機(jī)性能，其中中部載荷比為0.7 的模型性能較好，尤其是在額定工況和小流量工況下，隨著載荷比的增大，在大流量工況下 的效率逐漸增大，而在小流量工況下的效率減??；
[0029] 2.本發(fā)明改進(jìn)之后的模型內(nèi)部流動(dòng)比原始模型穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的流動(dòng)分離和 漩渦，并且由于沒(méi)有受到分離的影響，葉道內(nèi)的靜壓增長(zhǎng)穩(wěn)定，葉道出口處的射流-尾跡結(jié) 構(gòu)也得到改善。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0031] 圖2為流體在葉道中線(xiàn)位置與平均相對(duì)速度關(guān)系曲線(xiàn)圖；
[0032] 圖3為葉道中線(xiàn)位置與載荷比分布關(guān)系曲線(xiàn)圖；
[0033]圖4為本發(fā)明的葉道中線(xiàn)型線(xiàn)圖；
[0034] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中各模型的全壓系數(shù)與流量系數(shù)關(guān)系圖；
[0035] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中各模型的全壓效率與流量系數(shù)關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0037] -種基于載荷法設(shè)計(jì)的離心通風(fēng)機(jī)葉片，采用的載荷計(jì)算公式為：
[0038] δ = ρ ·ω·Δω (I)
[0039] 其中，δ為載荷;p為流向方向的流體密度，由于研究范圍屬于不可壓縮流體，因此p 為恒值；ω為流體在葉道中線(xiàn)的平均相對(duì)速度，△ ω為流體在吸力面和壓力面的平均相對(duì) 速度差。
[0040] 由于葉道中線(xiàn)平均相對(duì)速度與吸力面和壓力面的相對(duì)速度平均值近似，因此（1) 式可以寫(xiě)成：
[0041]
[0042] (3)
[0043]其中，S為載荷系數(shù)，ω4Ρωρ分別為流體在吸力面和壓力面的平均相對(duì)速度。
[0044] 因此，通過(guò)流體在葉道中線(xiàn)的平均相對(duì)速度值和載荷系數(shù)可得相應(yīng)的載荷。將流 體在葉道中線(xiàn)位置L處的平均相對(duì)速度設(shè)定為如圖2所示，并設(shè)定載荷的一個(gè)極大值位置為 L = O. 25位置，L = O. 25處的載荷系數(shù)為0.9,載荷的另一個(gè)極大值位置為L(zhǎng) = O.7，L = 0.7處 的載荷系數(shù)為0.85。由此可得L為0.25和0.7處的載荷。
[0045] 記L = O.7處的載荷為基準(zhǔn)載荷，位置L處與基準(zhǔn)載荷的比值為載荷比δ*;本發(fā)明主 要研究葉片中部(L = O. 5)載荷分布對(duì)離心通風(fēng)機(jī)的性能影響，設(shè)定載荷的極小值位置為L(zhǎng) = 0.5處的載荷，即中部載荷；中部載荷與基準(zhǔn)載荷的比值取四個(gè)不同值，建立四個(gè)載荷比 分布函數(shù)模型，設(shè)載荷比分布函數(shù)為三段分段函數(shù)，L取0.25和0.7為載荷比分布函數(shù)對(duì)應(yīng) 的分界位置;載荷比分布函數(shù)模型A的第二段函數(shù)為兩個(gè)極大值點(diǎn)的連線(xiàn)直線(xiàn)方程;載荷比 分布函數(shù)模型B、C、D的第一段和第三段均為二次函數(shù)，中間的第二段均為