从误差曲线可以看出,6-30风机计算值与原测量值之间的误差小于小流量条件下的误差。全压计算的误差为8.1%,效率计算的误差为3.6%,误差较小。因此,所采用的数值计算方法更为准确,可用于风机的改进和设计。为了研究斜槽风机内部的压力分布和速度分布,分析斜槽风机在不同工况下的内部流动,找出了3.4段斜槽风机效率急剧下降和设计工况效率低下的原因。横截面是在叶轮出口宽度处创建的,该宽度垂直于叶轮旋转轴,等于叶轮出口宽度。由于叶轮转动,6-30风机叶轮进口产生较大的负压值,使空气从集尘器进入叶轮。在叶轮中,由于叶轮的转动和叶片对气体的作用,叶轮内部沿径向由内向外移动,总压值逐渐增大。总压在叶轮出口外缘和叶片压力面上。由此可见,由于叶轮旋转的离心力,沿6-30风机叶轮的径向,叶轮内的速度由内向外逐渐增大。通过截取叶轮出口的圆形截面,观察截面上的径向速度值,可以观察到离心风机普遍存在的尾流结构。6-30风机叶片压力面附近的径向速度值较大,形成射流区;非单调压力特性曲线表明,离心风机阻力变化较大时,风机风量变化较大,风机稳定工作面积较小。叶片吸力面附近的径向速度值较小,形成尾迹区。
6-30风机不同工况下叶道内部的流线图,能够看出风机在0.8dQ流量工况下,长叶片的吸力面存在较大的别离区,而且在短叶片的吸力面构成两个旋涡区,其中叶片出口处的旋涡由于相邻叶道的叶片压力面的高压区向叶片吸力面回流而构成;在三种不同网格密度下设置相同的边界条件,经过计算,得到了6-30风机样机在设计条件下的全压、全扭矩和效率。叶片吸力面内部旋涡由于自身叶道的压力面向吸力面回流而构成较大的旋涡。斜槽风机的长叶片吸力面的别离区开始向叶道出口处偏移,别离区有所减小,但短叶片的吸力面仍然存在两个旋涡,但旋涡也有所削弱,因此风机在1.2dQ时功率也有所进步,但在大流量工况下功率依然只有较低的47%。
6-30风机改善计划及成果分析在完成斜槽式离心风机内部流场分析后,根据风机的内部活动状况和合作单位提出的功能指标(压力在5000Pa以上,而且尽量进步风机的功率),对风机提出针对性的改善计划,来改善风机的内部活动状况,从而进步风机的整体功能。首先由6-30风机的活动特性分析中能够知道,6-30风机的短叶片吸力面存在两个旋涡区,为了改善涡流带来的活动损失,提出了通过改变短叶片的长度来改善风机活动的计划。在瞬态计算结果稳定后,利用FW-H模型对设计风机的气动噪声进行了计算。改善计划一在保证斜槽风机外壳不变的状况下,将风机叶轮中的短叶片向内延伸,
6-30风机的叶轮进口直径和出口直径增大,叶片进口安装角增大,叶轮进口宽度、出口宽度和叶片出口安装角减小。为了保证叶轮通道的横截面积逐渐变化,叶片安装角aβ由1aβ逐渐变为2aβ。因此,根据6-30风机叶片安装角随叶轮半径线性变化的规律,设计了风机叶片安装角。通过对第三章斜槽离心风机内部流动特性的分析,可以看出,具有复杂“多弧”叶片的原型叶片吸力面具有较强的涡度,导致风机内部流动损失增大,无法提高风机的整体效率。研究结果表明,通过考虑气体粘性,对蜗壳型线进行改进,可以减小蜗壳内的流动损失,提高风机的效率。
为了避免样机叶片结构复杂,提高风机效率,提高风机叶片的加工工艺,采用“双圆弧”拼接的方法进行叶片成型。离心风机蜗壳成形及参数选择离心风机蜗壳是将离开叶轮的气体引至蜗壳出口,将部分气体动能转化为静压的装置。下面介绍了离心风机蜗壳主要几何参数和参数的选择方法。蜗壳的主要几何参数包括蜗壳横截面积的周向变化、横截面积的形状、横截面积的径向位置、蜗壳的入口位置和蜗壳舌的结构。6-30风机根据不同的截面形状,蜗壳可分为矩形截面、平行壁蜗壳、圆形截面蜗壳等。由于流道内轴流分布不均匀,叶轮前后盘不一致,为便于比较分析,沿叶轮圆周做了A、B两段。
可以看出,6-30风机样机长、短叶片的吸力面不仅产生分离现象,而且产生两个涡,设计工况下设计风机长、短叶片的吸力面存在一些分离现象,但没有明显的分离现象。产生了美国漩涡。通过比较两种方法的流线图可以看出,所设计的风机的整体流动性能得到了很大的提高,设计的风机的效率得到了很大的提高。为了计算风机内部的气动噪声,采用瞬态计算方法对离心风机内部的流场进行了计算。风机的瞬态计算过程如下所述。瞬态计算的收敛性判断。在6-30风机瞬态计算过程中,每一时间步都相当于一个稳态过程。因此,有必要保证计算在每个时间步的收敛性。瞬态计算过程中存在内迭代的概念,内迭代的原理与稳态解的原理相同。内部迭代次数可以通过模型树节点的运行计算面板中的参数maxIteration/timestep来设置。瞬态计算时间步长的确定是瞬态解的关键步骤。时间步长设置不当会导致一系列问题。如果时间步长太大,一个时间步长很难收敛和发散,时间分辨率太低。如果时间步长太小,迭代次数会增加,计算开销也会增加。因此,设定合理的时间步长是非常重要的。6-30风机采用公式计算时间步长。设置原则是风机转子每转一次。(2)改造后6-30风机电耗降低26384kWh,增压风机电耗降低52159kWh,合计77543kWh,辅助电耗降低0。
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