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離心風(fēng)機(jī)現(xiàn)在運(yùn)用廣泛，基本上么個(gè)行業(yè)都需要通風(fēng)設(shè)備，離心風(fēng)機(jī)又是通風(fēng)設(shè)備中最常用的。中小型火力發(fā)電廠煙風(fēng)系統(tǒng)多配 備離心風(fēng)機(jī)作為動(dòng)力源，如 G4–73 型離心風(fēng)機(jī)就作 為鍋爐送、引風(fēng)機(jī)及一次風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于 200 和 300 MW 火力發(fā)電機(jī)組。出于配合企業(yè)擴(kuò)容改造或 是設(shè)計(jì)時(shí)選型不當(dāng)?shù)榷喾N原因，在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常 需要對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造來(lái)提高風(fēng)機(jī)的出力。提高風(fēng)機(jī) 出力的方法有增加葉片數(shù)、加大葉輪寬度、改變?nèi)~ 片進(jìn)出口角度和加大葉輪直徑等，其中一種簡(jiǎn)單、 經(jīng)濟(jì)的手段就是將風(fēng)機(jī)葉片加長(zhǎng)，同時(shí)加大葉輪 直徑。 為確定風(fēng)機(jī)葉片的加長(zhǎng)量，可參考的理論是風(fēng) 機(jī)的切割定律[1-2]。由風(fēng)機(jī)的相似定律，根據(jù)風(fēng)機(jī)的 型式特點(diǎn)可推出如下 2 種形式的切割定律： 1）對(duì)于葉輪前盤(pán)為錐形或弧形的離心式通風(fēng) 機(jī)，認(rèn)為葉輪切割或加長(zhǎng)前、后的出口過(guò)流面積不 變，因此可推出：

q’v/qv=D’2/D2                                    (1)

p’/p=(D’2/D2)²                                    (2)     

P’sh/Psh=(D’2/D3)³                            (3)

式中：qV，p，Psh 分別為原風(fēng)機(jī)的流量、全壓和軸 功率；帶有上標(biāo)“' ”的為改造后風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)工況點(diǎn)的 參數(shù)。按式(1)和(2)計(jì)算得到的風(fēng)機(jī)葉片切割或加長(zhǎng) 前后的對(duì)應(yīng)工況點(diǎn)在風(fēng)機(jī)的全壓–流量曲線圖中位 于一條拋物線上，所以式(1)~(3)也稱(chēng)為拋物線型切 割定律。

2對(duì)葉輪出口附近的前盤(pán)為平直形的離心式 通風(fēng)機(jī)，假定葉片切割或加長(zhǎng)前、后葉輪出口的寬 度不變，因此可推出：

q’v/qv=(D’2/D2）²                               (4)

p’/p=(D’2/D2)²                                     (5)     

P’sh/Psh=(D’2/D3)⁴                            (6)

按式(4)、(5)計(jì)算得到的風(fēng)機(jī)葉片切割或加長(zhǎng)前 后的對(duì)應(yīng)工況點(diǎn)在全壓–流量曲線圖中位于一條直 線上，所以式(4)~(6)也稱(chēng)為直線型切割定律。 目前人們普遍認(rèn)為上述公式計(jì)算精度不高[2]， 而且，上述公式描述的是風(fēng)機(jī)葉輪葉片切割或加長(zhǎng) 前后對(duì)應(yīng)工況點(diǎn)參數(shù)的關(guān)系，而非運(yùn)行工況點(diǎn)參數(shù) 的關(guān)系，因此，并不能根據(jù)實(shí)際需要直接用于計(jì)算 切割或加長(zhǎng)量。更為重要的是，涉及切割定律應(yīng)用 于風(fēng)機(jī)的文獻(xiàn)中絕大多數(shù)介紹的都是葉輪切割的 情形[3-6]，涉及葉片加長(zhǎng)的工程實(shí)例[7-9]也僅介紹了 改造前后風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并未給出風(fēng)機(jī)葉 輪葉片加長(zhǎng)后性能參數(shù)的變化規(guī)律，對(duì)葉輪葉片加 長(zhǎng)后的內(nèi)流特征也尚未有研究報(bào)道。 本文擬通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)葉片加長(zhǎng)前后的內(nèi)流特征 進(jìn)行數(shù)值模擬，探討風(fēng)機(jī)葉輪葉片加長(zhǎng)對(duì)流場(chǎng)及性 能參數(shù)的影響機(jī)制，借助葉輪葉片加長(zhǎng)前后的離心 風(fēng)機(jī)的性能實(shí)驗(yàn)，獲取加長(zhǎng)量與風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)性 能參數(shù)的關(guān)系。考慮到生產(chǎn)中對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲的限制越 來(lái)越高，而風(fēng)機(jī)葉輪葉片加長(zhǎng)后勢(shì)必引起噪聲水平 的變化，因而在風(fēng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)的同時(shí)還進(jìn)行了風(fēng)機(jī) 噪聲的測(cè)量。

1  數(shù)值模擬 1.1  計(jì)算模型的建立 以 G4–73№.8 離心風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，該風(fēng)機(jī)的 結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。本文采用的葉片加長(zhǎng)方式為在流 道型線不變、進(jìn)口各幾何尺寸不變的情況下，沿每 個(gè)葉片工作面的出口邊切線方向，焊接一定長(zhǎng)度的單板葉片，并保證接口處平滑過(guò)渡，如圖2所示。同時(shí)將葉輪的后盤(pán)與前盤(pán)沿圓周方向各焊接上一個(gè)圓環(huán)，使其直接和加長(zhǎng)葉片后的葉輪外徑齊平。

考慮到 G4–73№.8D 風(fēng)機(jī)的葉輪和蝸舌之間只 有 100 mm 的距離，為避免風(fēng)機(jī)蝸殼發(fā)生變動(dòng)，所 以葉片加長(zhǎng)導(dǎo)致的葉輪直徑增加量要保持在 100 mm 之內(nèi)。計(jì)算時(shí)采用的原始葉輪外徑為 800 mm，葉片加長(zhǎng)后的葉輪外徑為 880 mm。 按G4–73№.8風(fēng)機(jī)的真實(shí)尺寸建立風(fēng)機(jī)三維結(jié) 構(gòu)模型，包括集流器、葉輪和蝸殼 3 個(gè)區(qū)域。由于 考慮到風(fēng)機(jī)內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，本文的通風(fēng)機(jī) 模型采用分塊網(wǎng)格技術(shù)，即在流場(chǎng)梯度變化比較快 的關(guān)鍵區(qū)域布置較密的非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格，在流 場(chǎng)梯度變化比較緩慢的區(qū)域布置稀疏的結(jié)構(gòu)化網(wǎng) 格，以減少計(jì)算量和計(jì)算成本。在滿足收斂的前提 下，經(jīng)多次調(diào)試，并綜合考慮計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度 (將模擬結(jié)果與以前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，相對(duì)誤差小于 2%)，本文的模擬計(jì)算中網(wǎng)格總數(shù)約為 120 萬(wàn)個(gè)。 數(shù)值模擬采用 FLUENT 軟件，計(jì)算過(guò)程采用 SIMPLE 算法來(lái)耦合壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)，二階迎風(fēng)差 分格式，收斂判據(jù)為變量殘差絕對(duì)值小于 10−3。近 壁處采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。在流動(dòng)入口即集流器處給 出均勻分布的速度場(chǎng)作為入口邊界條件，給定大氣 壓強(qiáng)值作為出口邊界條件，葉輪轉(zhuǎn)速為 1 450 r/min。 計(jì)算中，假定氣流作不可壓縮穩(wěn)定流動(dòng)，并忽略重 力的影響。計(jì)算中采用 RNG k- ε 紊流模型，其他關(guān) 鍵技術(shù)詳見(jiàn)文獻(xiàn)[10-11]。

1.2  加長(zhǎng)前后的內(nèi)流特征 原風(fēng)機(jī)葉片加長(zhǎng)后，葉輪直徑也同時(shí)增大，而 由葉片式泵與風(fēng)機(jī)的能量方程式[1-2]可知，風(fēng)機(jī)的做 功能力與葉輪外徑成正比，因而氣流總壓在風(fēng)機(jī)內(nèi) 將顯著提高。 圖 3 和圖 4 表明，葉輪葉片加長(zhǎng)后風(fēng)機(jī)中的氣 流自葉片加長(zhǎng)部分附近，總壓明顯升高。而且，由 于風(fēng)機(jī)葉輪加大后，蝸殼尺寸并未改變，因而蝸殼 內(nèi)氣體的流通面積相應(yīng)減少，使得蝸殼內(nèi)氣體流速 加快，總壓進(jìn)一步增加。圖 3 和圖 4 還表明，葉輪 葉片加長(zhǎng)的同時(shí)，蝸殼內(nèi)流場(chǎng)的均勻性也有所下 降，同時(shí)蝸殼內(nèi)氣流速度加快，使得蝸殼損失相應(yīng) 增加[12-13]，將導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率有所下降。 圖 5 為葉輪葉片加長(zhǎng)前、后蝸舌附近總壓分布 的對(duì)比圖。氣流在葉輪內(nèi)的壓力面和吸力面上，壓 力分布均為從葉片前緣至后緣逐漸增大。另外由于 氣體流動(dòng)的連續(xù)性，且葉片加長(zhǎng)前后風(fēng)機(jī)出口均設(shè) 定大氣壓強(qiáng)作為邊界條件，這使得葉片加長(zhǎng)后對(duì)氣 體總壓的影響并不局限于加長(zhǎng)部分之后，對(duì)加長(zhǎng)部 分之前也會(huì)有影響。比較圖 5 中葉輪入口處的低壓 區(qū)可知，葉片加長(zhǎng)后，葉輪入口處低壓區(qū)域的面積有所減少。

綜上所述，利用FLUENT軟件對(duì)G4–73№.8D離心通風(fēng)機(jī) 葉輪葉片加長(zhǎng)前、后的內(nèi)流特征進(jìn)行了數(shù)值模擬， 比較加長(zhǎng)前后內(nèi)部流場(chǎng)的變化，分析了風(fēng)機(jī)做功能力提高的機(jī)制。在此基礎(chǔ)上對(duì)葉輪葉片加長(zhǎng)前后離 心通風(fēng)機(jī)進(jìn)行了性能和噪聲實(shí)驗(yàn)。由此可以得出以 下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）當(dāng)風(fēng)機(jī)葉輪葉片加長(zhǎng) 5%和 10%時(shí)，運(yùn)行工 況點(diǎn)的流量平均增加 4.9%和 10.5%，全壓平均提高 10%和 22.1%，軸功率平均增大 15.7%和 30.2%；由 實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理得到了實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)在葉輪葉片加長(zhǎng)前 后運(yùn)行工況點(diǎn)的變化規(guī)律及風(fēng)機(jī)的無(wú)因次性能曲 線，可為工程中風(fēng)機(jī)的葉片加長(zhǎng)改造提供參考依據(jù)。

2）當(dāng)風(fēng)機(jī)葉輪葉片加長(zhǎng)前、后葉輪出口寬度 不變時(shí)，適用的切割定律應(yīng)為式(1)~(3)而非式(4)~ (6)，且切割定律更適合大流量區(qū)相應(yīng)工況點(diǎn)性能參 數(shù)的換算。

3）當(dāng)風(fēng)機(jī)葉輪葉片加長(zhǎng) 5%和 10%時(shí)，A 聲級(jí) 平均提高了 1.6 和 2.3 dB。頻譜分析表明，加長(zhǎng)葉 輪葉片減少了葉輪與蝸舌間的距離，增加了旋轉(zhuǎn)噪 聲；同時(shí)使蝸殼內(nèi)流動(dòng)惡化，渦流噪聲增加。噪聲 的增加可通過(guò)相應(yīng)的降噪措施加以改善。

常州市（無(wú)錫）文順風(fēng)機(jī)有限公司產(chǎn)品齊全，主要產(chǎn)品有：高、中、低離心風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)；各種軸流風(fēng)機(jī)；水泥立

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