蜗壳优化对柜式离心风机金属叶轮稳定运行的影响

蜗壳是离心风机金属叶轮的重要组成部分。它可以通过导流与扩大压力来提高离心风机的效率。蜗壳入口气流由于受到蜗壳流动不对称的影响，导致分布不均的现象发生。这种分布不均匀的现象会直接堵塞叶轮出口，从而使叶轮发生周期性的加速或减速，进而降低离心风机的工作效率，缩小了柜式离心风机工作的范围，影响了金属叶轮的平稳运行。因此在蜗壳的优化设计过程中必须将蜗壳宽度对流场的影响考虑在内，合理设计外壳的宽度，降低对流场的影响。试验采用进口堵片方式调节流量，从大流量至小流量共选取8个工况点，分别测试每个工况点的风机流量、压力、功耗和噪声。从而保证金属叶轮的平稳运行。

电机优化对柜式离心风机金属叶轮稳定运行的影响吸油烟机、空调系统等设备空间较小，为了节省空间，一般会使用内藏电动机设备。内藏电动机的长度、头部倾角等在一定程度上影响着风机性能和噪音。对内藏电动机的形状设计不当会增加金属叶轮内部的流动损失，从而导致噪声增大，离心风机性能降低。电动机的轴向长度和气流的排挤率呈正相关的关系。叶轮进口处的流道变窄会使前盘处脱流区域变大，从而导致金属叶轮内部损失增加。因此，在设计电机形状时，应充分考虑电机形状对叶轮内部流动的影响，从而提高金属叶轮的稳定性，确保离心风机的性能。因此，在设计电机形状时，应充分考虑电机形状对叶轮内部流动的影响，从而提高金属叶轮的稳定性，确保离心风机的性能。

1）柜式离心风机在进气箱出口与叶轮进口处有涡旋产生，其位置与流量大小相关，涡旋的存在导致叶轮流道发生了堵塞，是离心风机效率降低的原因之一。

2）加进气箱后，风机叶轮尾缘的“尾迹-射流”现象更加的严重，且在小流量区风机内部流场存在偏心现象。

3）加进气箱后柜式离心风机不仅效率有所降低，其全开流量与压力与无进气箱相比也有所下降，加进气箱后离心风机较优工况点向小流量区偏移，进气箱内部流场的复杂性以及出口速度的不均匀性对风机内部的流场分布产生了影响。

4）相比于无进气箱的情况下，加进气箱后，风机随流量的增加，噪声提升的更快，且在大流量区明显高于不带进气箱的噪声。

5）与实验测试结果对比分析，结果表明采用数值模拟研究风机性能是可行的。

为了提高掘进工作面离心风机导流效果， 提出对柜式离心风机圆弧形集流器加米字支撑架改造。通过建立离心风机几何模型和数值模型,并施加边界条件，利用Fluent 软件对加米字圆弧集流器和普通圆弧集流器离心风机进行了整机内部流场数值模拟， 采用Tecplot 软件进行后处理，显示同流量下离心风机的压力云图。柜式离心风机流体的数学模型粉尘流体在风机中流动的物理条件较为复杂，影响因素较多，因此在离心风机的数值计算中，假设流体为连续等温不可压缩的牛顿流体稳态运动而且各组分之间没有化学反应。

本文以柜式离心风机为研究对象，对4 种组合方式的消声蜗壳进行了试验测量，研究了每一种组合的降噪效果及对风机气动性能的影响。试验在符合ISO3745 标准的半消声室中进行，其四周墙壁及屋顶均装有消声尖劈，消声室截止频率100 Hz，本底噪声为26 dB( A) 。试验装置和测试系统按照***标准GB/T1236－2000《工业通风机用标准化风道进行性能试验》和GB/T2888－91《柜式离心风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》的要求设计、制造、测试。柜式离心风机进气口端连接符合GB/T 1236 规定的风机性能试验进气试验装置。对比分析改型前后风机数值模拟计算和试验测量结果可知，采用修改的k-ε模型进行计算发现改型后风机内旋涡强度减小，蜗壳出口靠近蜗舌处流动分离得到改善。使用智能压力风速风量仪测出PL3 位置的静压和PL5 处的流量压差，然后再根据其他测量的数据算出风机全压和静压试验装置。

试验采用进口堵片方式调节流量，从大流量至小流量共选取8 个工况点，分别测试每个工况点的风机流量、压力、功耗和噪声。后计算风机标况下流量、全压、全压效率、总A 声级。本试验风机的结构简图，在风机蜗板和前后盖板上可分别固定穿孔钢板，穿孔板与蜗壳本体之间形成10 mm 的空腔，空腔内填充超细玻璃棉，形成消声蜗壳。以此形成4 种消声蜗壳组合: A 组合，周向蜗板有消声层;B 组合，蜗壳后盖板有消声层; C 组合，周向蜗板和后盖板有消声层; D 组合，周向蜗板和前盖板有消声层。选用的穿孔板采用板厚1 mm，孔径6 mm，穿孔率约为22%。B组合改进风机全压降低了约5．0Pa，柜式离心风机效率下降了约0．9%。各种加装吸声结构组合，风机蜗壳内部的通流结构尺寸和原风机一致。

柜式离心风机性能试验原理及其装置为了验证修正后数值计算模型的准确度，对原风机的不同工况气动性能试验。将修正前后数值计算模型预测原型机性能结果与试验值作对比分析，由数据可知，采用标准k-ε 模型预测的风机性能曲线较试验值存在一定误差，其较大误差值达9.5%，修正的k-ε 模型，各流量工况下柜式离心风机出口静压计算值与试验值吻合，其性能曲线趋于重合，两者误差值明显减小，且较大误差降低至3%，充分验证了所采用的数值计算模型修正方法的可行性，同时为下文柜式离心风机性能的准确度和可靠性预测提供支撑。设计原理分析原风机蜗壳内壁型线采用的是传统蜗壳型线设计方法，即不考虑壁面粘性摩擦的影响，气流动量矩保持不变，运用不等边基圆法绘制的近似阿基米德螺旋线。现场检修人员反映，在打表过程中，径向百分表下方读数不时出现异常情况：电机垫高已经很明显，但读数却不变或变小（当时百分表探头打在风机端半联轴器上，此情况下，如电机垫高，径向百分表在下方读数应增大）。而实际流动过程中，气体粘性作用常导致其速度在过流断面上呈现的分布不均匀现象。

对于低速小型多翼离心风机而言，由于气体流道狭窄，受粘性作用的影响，风机内壁面边界层分离加剧，经过叶轮加速的气体流速沿蜗壳径向方向逐渐减小，而在柜式离心风机蜗壳出口处，由于同时受到蜗舌结构和蜗壳壁面的影响，其流速为管道流速度分布，受粘性作用的影响，蜗壳内流体于整个流道空间内呈现速度分布不均匀的现象，因此在实际流动过程中，流体动量矩并不是不变的，而是随流动的进行不断减小，故基于动量矩守恒定律设计的传统蜗壳型线存在动量修正的必要。改型设计方法由于气体粘性力无法通过简单的公式运算获得，且其大小受气体速度的影响，因此本文采用一种简单化的求解方法，即基于传统不等边基圆法，柜式离心风机运用改进后的k-ε 模型对原风机进行数值模拟，设置如图8 所示的4 个监测截面，其方位角φ 分别为90°、180°、270°、360°。通过Fluent 后处理计算得出蜗壳壁面区域于以上4 个截面处所受粘性力大小Fν ，测量力矩中心至力原点距离R，由额定工况下风机总质量流量q 计算得单位质量流体所受黏性力矩平均值m FR / q。根据GB/T2888-2008《风机和罗茨鼓风机噪声测量方法标准》对有无进气箱离心风机的噪声进行测试。