高溫烘箱風機常用解決方案

高溫烘箱風機初步設(shè)計完成后，本文的氣動設(shè)計流程在初步設(shè)計中進一步優(yōu)化了S1流面上葉片和葉片的三維疊加，從而完成了詳細的氣動設(shè)計，達到了設(shè)計目標。除求解三維流場的N-S方程外，其余部分由氣動中心自己的程序完成，保證了過程的平穩(wěn)、快速。流量系數(shù)的選擇通過改變速度三角形的軸向速度來影響轉(zhuǎn)子和定高溫烘箱風機葉片的擴散系數(shù)。隨著流量系數(shù)的增大，定、轉(zhuǎn)子葉片的擴散系數(shù)均減小。前緣點渦度強度的增加阻礙了吸力面附近的流入，也降低了主流與泄漏流的混合程度。本文的初步設(shè)計方案設(shè)置為圖3中箭頭所示的方案，限制為0.55。同時，高溫烘箱風機的流量系數(shù)的選擇對級效率有影響：級效率隨動、靜葉進口馬赫數(shù)的增加而降低；級效率隨流量系數(shù)的增加而降低，執(zhí)行機構(gòu)葉片損失隨T進口載荷的增加而增加。轉(zhuǎn)子和定子葉片，而轉(zhuǎn)子葉片進口馬赫數(shù)略有增加，導致級效率提高；定子進口馬赫數(shù)隨反應(yīng)性降低而增加，導致定子損失增加。同時，反應(yīng)性的大小意味著轉(zhuǎn)子和定子葉片需要達到的靜壓上升的大小。隨著反應(yīng)性的增加，動葉擴壓系數(shù)增大，靜葉擴壓系數(shù)隨反應(yīng)性的減小而增大。本文選取一定的反應(yīng)性使轉(zhuǎn)子和定子葉片的擴散系數(shù)基本相同。

GAMBIT軟件用于高溫烘箱風機模型建立和網(wǎng)格生成。考慮到高溫烘箱風機葉片翼型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和頂部區(qū)域的三維流動，首先選擇三角形網(wǎng)格劃分葉片頂部，并利用尺寸函數(shù)對網(wǎng)格進行細化，以保證高溫烘箱風機網(wǎng)格質(zhì)量。其它區(qū)域的網(wǎng)格劃分為動葉區(qū)域網(wǎng)格作為參考，采用結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化混合網(wǎng)格。為了保證精度和網(wǎng)格獨立性，對原風機在216萬、245萬、286萬和337萬網(wǎng)格條件下的性能進行了模擬。結(jié)果表明，隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加，總壓和效率逐漸接近樣本值，337萬和286萬網(wǎng)格的總壓和效率偏差分別為0.085%和0.024%。綜合模擬精度和網(wǎng)格數(shù)確定了所用的總網(wǎng)格數(shù)。這個數(shù)字是286萬。除求解三維流場的N-S方程外，其余部分由氣動中心自己的程序完成，保證了過程的平穩(wěn)、快速。其中動葉面積198萬片，集熱器、導葉面積和擴壓管網(wǎng)格數(shù)分別為30萬片、26萬片和32萬片。在模擬葉尖間隙形狀的變化之前，將原始風扇的模擬結(jié)果與參考文獻中的高溫烘箱風機性能進行了比較。結(jié)果表明，在33.31-46.63m3_s-1流量范圍內(nèi)，總壓和效率的平均相對誤差分別為3.0%和1.5%，表明結(jié)果能夠反映風機的實際性能。

與均勻間隙相比，高溫烘箱風機在平均葉頂間隙不變的前提下，1~3級間隙方案下的風機總壓力和效率均高于均勻間隙方案下的風機總壓力和效率；前導間隙越大，尾隨間隙越小，性能越明顯。改進是，但隨著高溫烘箱風機間隙的逐漸收縮，風機的性能改善逐漸減小；在設(shè)計流量下，方案2和方案3下的總壓力分別增加20。對于PA和22PA，高溫烘箱風機效率分別提高0.69%和0.70%，特別是在小流量情況下。方案2和方案3的效率分別提高1.16%和1.20%。同時，方案1-3對應(yīng)的區(qū)（>81%）變寬，根據(jù)總壓的趨勢，喘振裕度增大，穩(wěn)定工作范圍提高。但4-6級進風機的總壓和效率均低于均勻間隙，隨著間隙的增大，風機的性能下降更大。方案6的總壓力和效率分別降低了15pa和0.14%。模擬結(jié)果與參考文獻中給出的結(jié)果一致。以上分析表明，在相同流量范圍的前提下，錐形間隙的區(qū)變寬，相應(yīng)的流量范圍增大，高溫烘箱風機的穩(wěn)定工作區(qū)增大，設(shè)計流量和左效率明顯提高，措施簡單，易于實施。通過三維流場的數(shù)值分析，修正了求解S2流面過程中的損失，并通過迭代得到了初步設(shè)計方案。考慮到風機選型中參數(shù)裕度過大，導致軸流風機在設(shè)計流量的左側(cè)運行，可以將變細的間隙形狀作為提高風機性能的手段。為了分析不同葉尖間隙形狀下風機性能變化的內(nèi)在機理，進行了內(nèi)部流動特性和葉輪能力分析。