离心通风机的优化组合设计方法实例

离心通风机的优化组合设计方法实例

作者：沈阳鼓风机厂 上官心乐

一、前言

Y4-73系列锅炉引风机是60年代设计的，作为20万千瓦以下火电机组锅炉引风之用。叶轮的叶片为中空机翼形，传动部分为悬臂式(D式)结构的单吸入风机。因此存在烟灰磨漏叶片后中空部分进灰问题，影响转子平衡，另外悬臂式传动对转子平衡也很敏感，容易造成电厂停机故障。后来虽又设计了叶轮在两轴承间的(F式)传动方式，但中空叶片进灰问题终未解决。

因此80年代国家即下达科研任务，研制用单板叶片的叶轮设计双吸入(F式)离心引风机。

文献1是单板叶片叶轮风机研制工作的总结和体会，下面更具体的阐述一下这一研制方法。

由于主要是谈设计方法，所列工作内容不够全面，空气动力学略图和特性曲线以及模型风机的性能曲线是按单吸入不带进气室的参数给出的，而实际产品的性能选择曲线及特性曲线是按双吸入带进气室的风机参数给出的(详细性能见产品样本)。

二、设计方案

由于原Y4-73型风机内效率较高，不带进气室风机的内效率η≈0.89，带进气室风机的内效率η≈0.85，因而用单板叶片的叶轮设计的新风机的内效率也不能太低，否则，这种风机就没有生命力。

当确定新风机尺寸大小及性能参数时，首先考虑的是，新的双吸入风机的性能要基本上能满足Y4-73风机的性能，其比转数在转速不变的情况下，也要接近原风机比转数ns≈73的要求。但为了简单起见，我们的研究工作是先设计单吸入风机进行试验研究，当各种参数基本达到要求后，再在此基础上增加进气室和导流器，设计双吸入风机。此时，单吸入新风机的比转数应是ns≈

对新风机压力系数的要求，应是越大越好，因为压力系数越大风机直径越小，相应的风机

≈52。

的体积就小、重量就轻。在具体设计中，压力系数到底应选多大合适，这要由设计者全面衡量考虑后决定，不同的设计者，可能有不同的选择，这都是正常的。

实际上，如果按将原Y4-73风机的转速由原730提高到960r/min来设计新的双吸入风机，那么其比转数应为ns=960/730×73=96，而单吸入风机比转数应是

。这

个比转数较大，按其设计出的风机，压力系数较低，叶轮较宽，在现实情况下，叶轮强度很难满足锅炉引风机的要求，因而没有按此进行设计新风机，但也不排除在今后技术和材质等方面都进一步提高的情况下，有可能按此方案设计新风机。反之，如果将原转速730降低到580r/min来设计新的双吸入风机，那么其比转数应为ns=580/730×73=58，而单吸入风机比转数应是

，这个比转数较小，按其设计出的风机，叶轮直径和风

机体积及重量都可能较大，因而也没有按此方案设计新风机。

综上所述，采用了双吸入新风机比转数ns≈73，单吸入风机比转数ns≈52的参数来设计模型，进行试验研究。叶轮要求是单板形的叶片，虽不如原机翼形叶片，但内效率也要求接近原Y4-73风机的水平。

采用新双吸入风机比转数与原Y4-73风机相近进行设计的另一重要理由是 ，利用新双吸入风机代替改造Y4-73老风机时，原有的电动机不需更换。

三、空气动力学略图

经多次模型试验，最后选定5-56№6.3和6-49№7.1两风机模型，并以此制订空气动力学略图尺寸(见图1)。这两风机叶轮外径比为1.12。

图1

离心通风机空气动力学略图

将两个风机的空气动力学略图绘制在一起，是为了便于说明两个风机在设计上的内在关系和设计特点。

1.叶轮主要尺寸及机壳出口和进风口的进口尺寸均为优先数系中的值，其中除叶轮总宽度尺寸为R40数系外，其它均为R20数系中的值。这样一来，当按这两个风机的空气动力学略图设计系列风机时，其机号(叶轮外径D)按优先数系(一般按R20)排列时，各机号风机的主要尺寸也将符合优先数系中的值。这会给设计工作带来极大方便。

2.图1中，尺寸线上标有两个数值的，括号外为5-56风机的尺寸，括号内为6-49风机的尺寸，只有一个数值的，是两个风机共用的尺寸。

3.5-56风机的特点是，设计时为了提高风机的内效率，叶片自前盘至后盘，前半部(进口端)采用了扭曲结构，而且直径D1越来越小，进气角β1也不相同，后半部(出口端)采用了单圆弧结构，出口角β2=50°。另外，叶轮自外径φ100至φ115是叶轮的无叶扩压器。机壳蜗线是按对数蜗旋线设计的。

4.6-49风机可以说是由5-56风机派生出来的一个风机，而5-56风机是基本型的。当然，反过来说也未尝不可。

如果将5-56风机的叶轮外径φ100按R20的比值1.12(理论值为1.122)倍增大(即φ100×1.12=φ112)到φ112，并将叶片按原弧线在无叶扩压器内由100延伸到φ112处，此时将φ112视为新叶轮外径，那么这个新叶轮的叶片出口角β2=57.5°。

如果将φ112新叶轮中所有尺寸均除以R20的比值1.12，并将得到的数值加上括号，那么，这个新的叶轮外径=φ100的叶轮，就是按空气动力学略图要求给出的6-49风机的叶轮。

6-49风机的进风口尺寸以及机壳宽度尺寸均按5-56风机的尺寸除以1.12得出，而机壳的蜗线部分两风机采用了同一尺寸。

叶轮图中的尺寸φ112只是为了说明5-56与6-49两风机尺寸转换中使用的数值，转换工作完成后就没有存在的必要了。此时，可以将5-56和6-49两风机的空气动力学略图分别绘制就行了。

四、特性曲线及性能曲线

风机的特性曲线是由5-56№6.3(D=630mm，n=1 450r/min)和6-49№7.1(D=710mm，n=1 450r/min)试验取得的，两风机模型叶轮外径之比为710/630≈1.12，符合优先数系中R20比值，模型尺寸的设计符合图1中空气动力学略图的要求，№7.1的叶轮是将№6.3的叶轮由外径φ630mm处将叶片按原弧线延至外径φ710mm处得到的，两风机进风口尺寸及机壳宽度完全一样(双吸入模型中两风机的进气室和调节门也完全一样)，机壳蜗线按空气动力学略图中尺寸设计。

由№6.3和№7.1两模型试验求得的5-56与6-49风机无因次特性曲线是按最高内效率90%范围内绘制的，见图2中的Ⅰ和Ⅱ，而 曲线Ⅲ(5-53风机特性曲线)是由内插法求出的，它介于5-56与6-49两风机特性曲线之间。

图2离心通风机特性曲线

现将5-53风机特性曲线的求法简述于下。

将5-56与6-49的特性曲线按流量系数

坐标分为大致相等的5个点，最好包括内效率最

全压系数和内效率η的值在特性曲线中查

高点在内，然后分别将这5个点的流量系数出，并列于表1中。

表1

将5-56和6-49两风机在表1中各对应点的、、η分别相加，取平均值，即可求得5-53

风机的各数据。以第一点的参数为例说明如下。

5-53风机的流量系数

=(0.11+0.09)÷2=0.10，全压系数=(0.56+0.602)÷2=0.584，内效

率η=(0.775+0.79)÷2=0.783，以下各点的数据可依次类推求出。