轴流对旋风机的设计和实验研究3梁锡智吴海赵真(煤炭科学研究总院)(中国科学院工程热物理研究所)摘要给出了对旋轴流风机的一些参数,如速度比、两转子之间的轴向间隙等对其性能影响的实验研究结果.实验证明,当第2级与第1级转子的转速比为115,轴向间隙距离为0130～0125倍第1级转子叶片弦长时,第1级转子的失速特性得到改善,风机的失速余度得到改进,风机的失速流量及压力增加.使用对旋风机级的型式可得到更经济更有效的轴流风机.关键词对旋风机转速比失速余度TD441近年来,通过改进风机气动设计方法,合理的选择气动参数,如:采用宽弦长叶片、静子端弯、变几何形状静子和机匣处理已经使风机性能得到了很大改进.进一步研究证明,使用对旋级、两个转子相反旋转(不装任何导叶)是改进风机性能最好的方法.对旋风机和同样尺寸的有后导叶的双级风机相比可以得到更大的压力系数和更高的效率.因而在高压通风系统中作为高压风机,对旋风机经常应用到矿山、隧道、地铁的换气风扇,锅炉鼓、引风机及矿井坑口主通风机等.对旋轴流风机最高压力点的压力值较高,一般比普通带后导的轴流风机的压力高112～113倍1.由于第2级转子对第1级转子的失速有抑制作用,而第2级转子的气动负荷较第1级转子低,故不容易出现失速,小流量区的特性得到了改进.对旋风机比前置导叶两级风机的最高效率高出约8%,比后置静叶型两级普通风机最高效率高4%～5%,其高效运行范围广.对旋风机有良好的逆向送风性能,回风量可达到60%～70%的送风量.在使用两级叶片可调的对旋级,安装角都旋转180°便可实现全容量逆向送风,其风量可达正向送风量.对要求能逆向送风的情况,这是非常有利的.通常对旋风机两级工作轮分别1对旋风机的气动设计和实验111对旋风机的气动设计采用简单径向平衡方程和叶栅实验数据设计对旋风机.参照文献2给出的基本分析方法并假设:①流动是定常的、不可压缩的和无粘性的;②流动是轴对称的,工作轮前后是径向平衡的;③圆周速度的分布采用vθRα=const的规律,α为系数;④径向速度分量v=0,流线位于同心圆柱上;⑤第2级工作r轮后的流出速度是轴向的;⑥第1级叶轮前的轴向速度vz1是常数.风机的设计参数:流量Q、全压pt、选择转数N、轮毂比d、外径D、全压效率ηt和叶片数Z.α对无前导叶的对旋轴流风机有vθ1=0,vz1=const.在选定叶片流型v2θR=const后,可由径向平衡方程求出叶轮出口的轴向速度的分布vz2(R).使用图1的速度三角形关系式求出口角度的径向分布.收稿日期:1998-06-223国家攀登B计划子项目(编号:85-39-07)第1期梁锡智等:轴流对旋风机的设计和实验研究95中u为圆周速度;v为绝对速度;w为相对速度;β为相对气流角;βa为安装角;δ为落后角;γ为攻角;下标1为转子前;2为转子后;Ⅰ为第1个转子;Ⅱ为第2个转子.r,θ和z分别为径向、切向和轴向分量.动叶的损失按扩压因子方法计算3.根据各截面的扩压因子D计算出动叶的总压损失系数.根据总压损失系数计算出沿径向的压力损失.在叶尖D≤0145,叶根D≤016.通过第2级转子排时,按照上面方法求解第2级转子的轴向速度分布,按速度三角形算出第2级气动角度.根据求出的几何参数,按圆弧板叶型实验数据对2级叶片分别造型.112对旋风机的实验研究对旋风机的实验是按照国家标准GB1236-85的风机实验方法进行吸气实验.空气流量用校正的锥形图1对旋风机的速度三角形Fig11Velocitytrianglesofcontra2rotatingfan集流器测量,压力用测量壁面静压来确定.实验台及测点布置和测量系统参见文献4.(1)对旋风机的变栅距调节研究等圆周速度对旋风机的速度三角形(见图1)cotβ2Ⅰ=2cotβ1Ⅰ-cotβ1Ⅱ使用最大效率下,安装角βa与气流角β1Ⅰ,β2Ⅰ的关系式,可得到β1Ⅰ=βaⅠ-φⅠ-γⅠM=βaⅠ-φⅠ-β2Ⅰ=βaⅠ+φⅠ-δⅠM=βaⅠ+φⅠ-γⅠBδⅠB+m1Ⅰ(1-m2Ⅰ)(βaⅠ-βaⅠB),m2Ⅰ(βaⅠ-βaⅠB),+式中,B代表设计点;M代表最高效率点;φⅠ为第Ⅰ级转子叶片叶型中线半角;γⅠM和δⅠM分别为在第1级转子叶片气动安装角βaⅠ下,最高效率点的气流攻角和落后角;γⅠB和δⅠB分别为第I级转子在设计安装角βaⅠB下气流的攻角和落后角;m1Ⅰ为考虑出气角引起的攻角变化的系数;m2Ⅰ为考虑安装角和稠度变化对气流落后角改变的系数.在不同的第Ⅰ...