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0 引言
離心風(fēng)機(jī)葉輪在氣動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，葉輪前盤(pán) 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(dòng)分離。長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)觀點(diǎn)一直認(rèn)為 弧前盤(pán)的風(fēng)機(jī)性能比錐前盤(pán)好，因?yàn)榛?前盤(pán)的一段圓弧可使氣體的流動(dòng)緩慢、 光滑[1-3]，而且國(guó)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(lái)風(fēng)機(jī)的需求向大型化發(fā)展，弧前盤(pán)比錐前 盤(pán)加工難度更大、成本更高。近年來(lái)，筆 者發(fā)現(xiàn)有些錐前盤(pán)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(dòng)數(shù)值模擬和性能優(yōu)化 預(yù)估[4-6]的計(jì)算技術(shù)來(lái)重新研究錐前盤(pán)的 流動(dòng)性能。文中對(duì) 3 個(gè)高性能后向離心 通風(fēng)機(jī)，采用錐前盤(pán)和弧前盤(pán)分別進(jìn)行 整機(jī)性能數(shù)值預(yù)估對(duì)比，期望能對(duì)錐前 盤(pán)有新的認(rèn)識(shí)。 1 弧前盤(pán)改錐前盤(pán)的方法
將弧前盤(pán)改為錐前盤(pán)時(shí)，錐前盤(pán)下 方實(shí)際上還都保留一個(gè)小圓弧，對(duì)于 8 號(hào)葉輪約為 30～40mm，就是現(xiàn)在錐前盤(pán) 的 RC，它比原來(lái)弧前盤(pán)的圓弧半徑 RC 小 很多，方便成型，相應(yīng)地錐前盤(pán)的進(jìn)風(fēng)口 圓弧半徑 RCO 也比弧前盤(pán)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(pán)錐角 γ，這樣相應(yīng) 的錐前盤(pán)就得到了，見(jiàn)圖 1。

由于前盤(pán)形狀改變，相應(yīng)的錐前盤(pán)葉輪的葉 片型線，也要按弧前盤(pán)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(pán)葉輪和原弧前 盤(pán)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(duì)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(pán)；葉片數(shù)為 16；等當(dāng)量擴(kuò)張角型線。 2.2 5- 55 弧前盤(pán)與錐前盤(pán)風(fēng)機(jī)性能對(duì)比 對(duì) 5- 55 風(fēng)機(jī)葉輪前盤(pán)按照弧前盤(pán)進(jìn)行建模 計(jì)算，并且對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，在最優(yōu)參數(shù)的基礎(chǔ) 上，得到弧前盤(pán)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(pán)由弧前盤(pán)改為錐前 盤(pán)進(jìn)行建模計(jì)算，得到同樣參數(shù)下錐前盤(pán)的雛 形（此時(shí)錐前盤(pán)尚未優(yōu)化）在不同工況下的性能 曲線，優(yōu)化后的弧前盤(pán)與錐前盤(pán)雛形的性能曲 線見(jiàn)圖 2。

在圖 2 中， parc 和 ηarc 分別表示最優(yōu)弧前盤(pán)的 全壓和效率， ptaper 和 ηtaper 分別表示錐前盤(pán)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(shí)，此時(shí) 最優(yōu)弧前盤(pán)全壓為 2512.6Pa，錐前盤(pán)雛形為 2470.1Pa， 前 者 比 后 者 高 1.72% 。 小 流 量 18000m3/h 時(shí)，前者比后者低 0.66%，而大流量 20000m3/h 、21000m3/h 和 22000m3/h 時(shí)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(shí)，此時(shí) 最優(yōu)弧前盤(pán)效率為 85.71%，錐前盤(pán)雛形為 85.55% ，前 者 比 后 者 高 0.16% 。 當(dāng) 流 量 為18000m3/h 時(shí)，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(pán)均在最優(yōu)情況 下的性能，所以對(duì)錐前盤(pán)雛形也進(jìn)行了優(yōu)化，見(jiàn) 圖 3。

圖 3 中， parc 和 ηarc 分別表示最優(yōu)弧前盤(pán)的全 壓和效率， pdesign 和 ηdesign 分別表示最優(yōu)錐前盤(pán)的 全壓和效率。由圖 3 可以看出，優(yōu)化后的錐前盤(pán) 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(shí)， 此時(shí)最優(yōu)弧前盤(pán)全壓為 2512.6Pa，最優(yōu)錐前盤(pán)為 2537.7Pa，前者比后者低 0.99%。小流量時(shí)，前者 比后者高 2.26%，而大流量時(shí)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(shí)，此 時(shí)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(shí)效率為 87.01%，高 1.3%。小流量時(shí)，前者比后者高 1.15%，而在大流 量時(shí)，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(duì)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(shí)，弧前盤(pán)性能要好些，而錐 前盤(pán)則更適合于大流量時(shí)使用。 3 5-49- 8 風(fēng)機(jī)性能數(shù)值預(yù)估對(duì)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(pán)；葉片數(shù)為 16；等當(dāng)量擴(kuò) 張角型線。

3.2   5-49 弧前盤(pán)與錐前盤(pán)風(fēng)機(jī)性能對(duì)比 對(duì)風(fēng)機(jī) 5- 49 按照同樣的方法得到弧前盤(pán)與 錐前盤(pán)雛形在不同工況下的性能曲線，見(jiàn)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(shí)，此時(shí)最優(yōu)弧前 盤(pán)全壓為 2659Pa，錐前盤(pán)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(pán)全壓均比錐前盤(pán)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(shí)，此時(shí) 最優(yōu)弧前盤(pán)效率為 87.56%，錐前盤(pán)雛形為 86.49%，前者比后者高 1.07%，從整體看，弧前盤(pán) 均比錐前盤(pán)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(shì)一致。 同樣對(duì)錐前盤(pán)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(pán)在大流量時(shí)， 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(pán)。錐前盤(pán)的最大全壓在設(shè) 計(jì)流量 15800m3/h 時(shí)，此時(shí)全壓為 2604Pa，比弧 前盤(pán)同流量時(shí)的全壓 2634Pa 低 1.15%。小流量 時(shí)，其全壓比弧前盤(pán)低 8.71%，而大流量時(shí)也均 比弧前盤(pán)低，最大為 1.06%，最小為 0.81%。在效 率方面，錐前盤(pán)的最大效率值出現(xiàn)在流量為 17000m3/h 時(shí)，此時(shí)效率為 87.42%，比同流量時(shí) 弧前盤(pán)的效率高 0.03%。小流量時(shí)，弧前盤(pán)效率 比錐前盤(pán)高 3.97%，但此時(shí)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(shí)，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(duì)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(pán)比錐前盤(pán)普遍高 1%左右。

4  7-22- 8 風(fēng)機(jī)性能數(shù)值預(yù)估對(duì)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(pán)葉片數(shù)為 16；等當(dāng)量擴(kuò)張角型線。 4.2 7- 22 弧前盤(pán)與錐前盤(pán)風(fēng)機(jī)性能對(duì)比 對(duì)風(fēng)機(jī) 7- 22 弧前盤(pán)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(pán)改 為錐前盤(pán)進(jìn)行建模計(jì)算，得到同樣參數(shù)下錐前盤(pán) 雛形在不同工況下的性能曲線，見(jiàn)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(shí)，此時(shí)最優(yōu)弧前 盤(pán)全壓為 3082.5Pa，錐前盤(pán)雛形為 3087.2Pa，前 者比后者低 0.15%，整體看，弧前盤(pán)全壓均比錐 前盤(pán)雛形低，最大為 0.63%，最小為 0.03%；在效 率方面，弧前盤(pán)與錐前盤(pán)的最大效率值均出現(xiàn)在 4900m3/h 處，此時(shí)弧前盤(pán)的效率為 86.91%，錐前 盤(pán)效率為 86.69%，前者比后者高 0.22%，當(dāng)流量 為 4200m3/h 時(shí)，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(shì)一致，相差不大，性能很好。 同樣對(duì)錐前盤(pán)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(shí)，錐 前盤(pán)全壓比弧前盤(pán)高 1.14%，小流量區(qū)均高 1% 左右，在大流量區(qū)弧前盤(pán)全壓比錐前盤(pán)好，最大 也高 1%；在效率方面，錐前盤(pán)的最大效率 86.76%出現(xiàn)在流量 4200m3/h 時(shí)，比同流量時(shí)的 弧前盤(pán)效 率的 85.75% 高 1.01% ，但后者 在 4900m3/h 時(shí)，也有 86.91%效率，大流量區(qū)的效率 性能弧前盤(pán)稍好，小流量區(qū)錐前盤(pán)稍好。

對(duì)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(duì)應(yīng)的流 量點(diǎn)位置不同，小流量時(shí)錐前盤(pán)的全壓和效率 均稍高于弧前盤(pán)，但大流量時(shí)，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(gè)弧前盤(pán)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(shí)，把弧前盤(pán)改為 錐前盤(pán)，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(pán)雛形風(fēng)機(jī)。通過(guò)對(duì)比修改前后 的風(fēng)機(jī)性能，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)性能數(shù)值優(yōu)化的錐前盤(pán)風(fēng) 機(jī)，很可能具有同弧前盤(pán)相同的高性能，而且錐前 盤(pán)加工方便，成本低，建議在設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用。

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