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0 引言
離心風(fēng)機(jī)葉輪在氣動設(shè)計(jì)時，葉輪前盤 形狀的選擇是很重要的。由于葉輪進(jìn)口 氣流是由軸向轉(zhuǎn)為徑向，又不斷地進(jìn)行 擴(kuò)壓，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，很容易導(dǎo)致葉輪內(nèi) 流動分離。長期以來，傳統(tǒng)觀點(diǎn)一直認(rèn)為 弧前盤的風(fēng)機(jī)性能比錐前盤好，因?yàn)榛?前盤的一段圓弧可使氣體的流動緩慢、 光滑[1-3]，而且國內(nèi)外很多高性能離心通 風(fēng)機(jī)大都這樣設(shè)計(jì)。但是，隨著近年來風(fēng)機(jī)的需求向大型化發(fā)展，弧前盤比錐前 盤加工難度更大、成本更高。近年來，筆 者發(fā)現(xiàn)有些錐前盤后向離心通風(fēng)機(jī)能達(dá) 到 85%以上的整機(jī)全壓效率，為此，我們 利用整機(jī)湍流流動數(shù)值模擬和性能優(yōu)化 預(yù)估[4-6]的計(jì)算技術(shù)來重新研究錐前盤的 流動性能。文中對 3 個高性能后向離心 通風(fēng)機(jī)，采用錐前盤和弧前盤分別進(jìn)行 整機(jī)性能數(shù)值預(yù)估對比，期望能對錐前 盤有新的認(rèn)識。 1 弧前盤改錐前盤的方法
將弧前盤改為錐前盤時，錐前盤下 方實(shí)際上還都保留一個小圓弧，對于 8 號葉輪約為 30～40mm，就是現(xiàn)在錐前盤 的 RC，它比原來弧前盤的圓弧半徑 RC 小 很多，方便成型，相應(yīng)地錐前盤的進(jìn)風(fēng)口 圓弧半徑 RCO 也比弧前盤的 RCO 要小。在 保持葉輪進(jìn)出口直徑和寬度相同的條件 下，得到相應(yīng)的錐前盤錐角 γ，這樣相應(yīng) 的錐前盤就得到了，見圖 1。

由于前盤形狀改變，相應(yīng)的錐前盤葉輪的葉 片型線，也要按弧前盤葉輪生成等當(dāng)量擴(kuò)張角 的葉片型線。這樣得到的錐前盤葉輪和原弧前 盤葉輪的其它葉輪參數(shù)，如進(jìn)出口直徑、進(jìn)出口 寬度和進(jìn)出口角均相同，具有可比性。 2 5-55- 8 風(fēng)機(jī)性能數(shù)值預(yù)估對比 2.1 5- 55 基本設(shè)計(jì)參數(shù) 原 5- 55 設(shè)計(jì)參數(shù)：流量為 20000m3/h；全壓 為 2500Pa；轉(zhuǎn)速為 1450r/min；工作溫度為 20℃； 弧前盤；葉片數(shù)為 16；等當(dāng)量擴(kuò)張角型線。 2.2 5- 55 弧前盤與錐前盤風(fēng)機(jī)性能對比 對 5- 55 風(fēng)機(jī)葉輪前盤按照弧前盤進(jìn)行建模 計(jì)算，并且對其進(jìn)行優(yōu)化，在最優(yōu)參數(shù)的基礎(chǔ) 上，得到弧前盤在不同工況下的性能曲線。再按 照進(jìn)風(fēng)口準(zhǔn)則，將風(fēng)機(jī)前盤由弧前盤改為錐前 盤進(jìn)行建模計(jì)算，得到同樣參數(shù)下錐前盤的雛 形（此時錐前盤尚未優(yōu)化）在不同工況下的性能 曲線，優(yōu)化后的弧前盤與錐前盤雛形的性能曲 線見圖 2。

在圖 2 中， parc 和 ηarc 分別表示最優(yōu)弧前盤的 全壓和效率， ptaper 和 ηtaper 分別表示錐前盤雛形的 全壓和效率。由圖 2 可知，在全壓方面，兩者的 最大全壓值均出現(xiàn)在流量為 19000m3/h 時，此時 最優(yōu)弧前盤全壓為 2512.6Pa，錐前盤雛形為 2470.1Pa， 前 者 比 后 者 高 1.72% 。 小 流 量 18000m3/h 時，前者比后者低 0.66%，而大流量 20000m3/h 、21000m3/h 和 22000m3/h 時前者比后 者分別高 1.44%、1.71%和 2.02%；在效率方面，兩 者的最大效率值均在流量為 19000m3/h 時，此時 最優(yōu)弧前盤效率為 85.71%，錐前盤雛形為 85.55% ，前 者 比 后 者 高 0.16% 。 當(dāng) 流 量 為18000m3/h 時，前者比后者低 0.80%，其它流量處 兩者效率差不多。 為了比較兩種形狀葉輪前盤均在最優(yōu)情況 下的性能，所以對錐前盤雛形也進(jìn)行了優(yōu)化，見 圖 3。

圖 3 中， parc 和 ηarc 分別表示最優(yōu)弧前盤的全 壓和效率， pdesign 和 ηdesign 分別表示最優(yōu)錐前盤的 全壓和效率。由圖 3 可以看出，優(yōu)化后的錐前盤 在全壓和效率方面均有所提升。在全壓方面，兩 者的最大全壓值均出現(xiàn)在流量為 19000m3/h 時， 此時最優(yōu)弧前盤全壓為 2512.6Pa，最優(yōu)錐前盤為 2537.7Pa，前者比后者低 0.99%。小流量時，前者 比后者高 2.26%，而大流量時前者均比后者低， 最小值為 1.69%，最大值為 2.25%；在效率方面， 前者的最大效率值出現(xiàn)在流量 19000m3/h 時，此 時效率為 85.71%。而后者的最大效率值出現(xiàn)在 設(shè)計(jì)流量 20000m3/h 處，此時效率為 87.01%，高 1.3%。小流量時，前者比后者高 1.15%，而在大流 量時，后者效率有明顯的提高，其效率值均比前 者高，最小為 0.94%，最大為 2.24%。 對于 5- 55 風(fēng)機(jī)，從整體看，兩者全壓和效率 性能比較接近，設(shè)計(jì)工況效率都很高，變工況性 能也好。在小流量時，弧前盤性能要好些，而錐 前盤則更適合于大流量時使用。 3 5-49- 8 風(fēng)機(jī)性能數(shù)值預(yù)估對比 3.1 5- 49 基本設(shè)計(jì)參數(shù) 原 5- 49 的 設(shè) 計(jì) 參 數(shù) ： 設(shè) 計(jì) 流 量 為 15800m3/h；全壓為 2550Pa；轉(zhuǎn)速為 1450r/min；工 作溫度為 20℃；弧前盤；葉片數(shù)為 16；等當(dāng)量擴(kuò) 張角型線。

3.2   5-49 弧前盤與錐前盤風(fēng)機(jī)性能對比 對風(fēng)機(jī) 5- 49 按照同樣的方法得到弧前盤與 錐前盤雛形在不同工況下的性能曲線，見圖 4。

由圖 4 可知，在全壓方面，兩者的最大全壓 值均出現(xiàn)在流量為 15200m3/h 時，此時最優(yōu)弧前 盤全壓為 2659Pa，錐前盤雛形為 2619.2Pa，前者 比后者高 1.52%。隨著流量增大，兩者的全壓均 逐漸下降，但弧前盤全壓均比錐前盤雛形高，最 大為 2.22%，最小為 1.67%；在效率方面，兩者的 最大效率值均出現(xiàn)在流量為 16400m3/h 時，此時 最優(yōu)弧前盤效率為 87.56%，錐前盤雛形為 86.49%，前者比后者高 1.07%，從整體看，弧前盤 均比錐前盤效率高，最大為 1.10%，最小為 0.99%，兩者全壓和效率的變化趨勢一致。 同樣對錐前盤雛形也進(jìn)行了優(yōu)化，圖 5 為兩 者均在最優(yōu)參數(shù)下的工況性能曲線比較。 由圖 5 可知，優(yōu)化后的錐前盤在大流量時， 全壓和效率方面均有所提升，效率比較接近，但 全壓還是不及弧前盤。錐前盤的最大全壓在設(shè) 計(jì)流量 15800m3/h 時，此時全壓為 2604Pa，比弧 前盤同流量時的全壓 2634Pa 低 1.15%。小流量 時，其全壓比弧前盤低 8.71%，而大流量時也均 比弧前盤低，最大為 1.06%，最小為 0.81%。在效 率方面，錐前盤的最大效率值出現(xiàn)在流量為 17000m3/h 時，此時效率為 87.42%，比同流量時 弧前盤的效率高 0.03%。小流量時，弧前盤效率 比錐前盤高 3.97%，但此時為小流量，計(jì)算不夠 穩(wěn)定，存在讀數(shù)誤差，而在大流量時，后者效率 有明顯的提高，并且在流量為 18000m3/h 處，后 者比前者高 0.30%。 對于 5- 49 風(fēng)機(jī)，從整體看兩者效率性能比 較接近，設(shè)計(jì)效率都很高，變工況性能也好，但全壓性能弧前盤比錐前盤普遍高 1%左右。

4  7-22- 8 風(fēng)機(jī)性能數(shù)值預(yù)估對比
4.1 7- 22 基本設(shè)計(jì)參數(shù) 7- 22 的設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)流量為 4200m3/h，全 壓為 3040Pa，轉(zhuǎn)速為 1450r/min；工作溫度為 20℃；弧前盤葉片數(shù)為 16；等當(dāng)量擴(kuò)張角型線。 4.2 7- 22 弧前盤與錐前盤風(fēng)機(jī)性能對比 對風(fēng)機(jī) 7- 22 弧前盤進(jìn)行建模計(jì)算，得到最 優(yōu)參數(shù)下不同工況的性能曲線。再將風(fēng)機(jī)前盤改 為錐前盤進(jìn)行建模計(jì)算，得到同樣參數(shù)下錐前盤 雛形在不同工況下的性能曲線，見圖 6。

由圖 6 可知，在全壓方面，兩者的最大全壓 值均出現(xiàn)在流量為 3500m3/h 時，此時最優(yōu)弧前 盤全壓為 3082.5Pa，錐前盤雛形為 3087.2Pa，前 者比后者低 0.15%，整體看，弧前盤全壓均比錐 前盤雛形低，最大為 0.63%，最小為 0.03%；在效 率方面，弧前盤與錐前盤的最大效率值均出現(xiàn)在 4900m3/h 處，此時弧前盤的效率為 86.91%，錐前 盤效率為 86.69%，前者比后者高 0.22%，當(dāng)流量 為 4200m3/h 時，前者比后者效率低 0.44%，其余流量條件下，前者效率都比后者高，最大為 0.77%，最小為 0.04%，從整體看，兩者全壓和效 率變化趨勢一致，相差不大，性能很好。 同樣對錐前盤雛形也進(jìn)行了優(yōu)化，圖 7 為兩 者均在最優(yōu)參數(shù)下的工況性能曲線比較。從圖 7 可知，在全壓方面，在設(shè)計(jì)流量 4200m3/h 時，錐 前盤全壓比弧前盤高 1.14%，小流量區(qū)均高 1% 左右，在大流量區(qū)弧前盤全壓比錐前盤好，最大 也高 1%；在效率方面，錐前盤的最大效率 86.76%出現(xiàn)在流量 4200m3/h 時，比同流量時的 弧前盤效 率的 85.75% 高 1.01% ，但后者 在 4900m3/h 時，也有 86.91%效率，大流量區(qū)的效率 性能弧前盤稍好，小流量區(qū)錐前盤稍好。

對于 7- 22 風(fēng)機(jī)，從整體看兩者效率和全壓 性能均好，最高效率值均接近 87%，但對應(yīng)的流 量點(diǎn)位置不同，小流量時錐前盤的全壓和效率 均稍高于弧前盤，但大流量時，則剛好相反，兩 者全壓和效率的差別均在 1%左右。

5 結(jié)論 本文將 3 個弧前盤等當(dāng)量擴(kuò)張角流型葉片的 離心通風(fēng)機(jī)，在保持其整機(jī)相同時，把弧前盤改為 錐前盤，葉片型線也采用等當(dāng)量擴(kuò)張角流型重新 設(shè)計(jì)成新的錐前盤雛形風(fēng)機(jī)。通過對比修改前后 的風(fēng)機(jī)性能，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過性能數(shù)值優(yōu)化的錐前盤風(fēng) 機(jī)，很可能具有同弧前盤相同的高性能，而且錐前 盤加工方便，成本低，建議在設(shè)計(jì)時盡量采用。

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