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發布時間:2021-07-30 04:32  
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為了探索大負荷大流量風機的關鍵氣動設計技術和內部流動機理,本文設計了一臺烘干供風機,其壓力比為1.20,負荷系數為0.83。詳細研究了流量系數、反力等設計參數的影響規律,給出了相應的選擇原則。分析了葉片負荷調節、葉片彎曲和葉片端部彎曲對葉柵流動、級匹配和級性能的影響,給出了高負荷軸流風機三維葉片設計的基本原則。同時,開發了S1流面協同優化方法,取得了較好的效果。降低了定子損耗,增大了風機裕度。高壓風機的設計通常采用離心風機,但離心風機存在迎風面積大、流量小、效率低等缺點。針對大流量、高壓力比、率的設計要求,如何完成單級軸流設計成為研究的重點。長期以來,軸流風機的設計方法得到了發展。從孤立葉型法、葉柵法、降功率法到目前廣泛采用的準三維、全三維氣動設計方法,甚至到S1流面葉型優化[6]、三維葉型優化、烘干供風機三維葉型技術,已經有了大量的研究工作。用于提高設計方法的準確性和快速性。14m3_S-1和2348pa,結構簡圖給出了葉頂間隙均勻和不均勻的方程,其中前緣間隙和后緣間隙分別為1和2。以率、高負荷為設計目標,通過合理選擇總體參數,優化了烘干供風機流面葉片的初步設計和三維疊加,實現了軸流風機的氣動設計。

不同烘干供風機靜葉設計點90%葉片高度剖面上的壓力分布。從圖中不難看出,原型直葉片的進口具有明顯的正攻角,端彎葉片的載荷由于分離流動而減小。由于受葉片端部彎曲的影響,三維葉片的攻角幾乎為零,并且由于端部流動的改善,載荷甚至略高于原型直葉片。研究了不同靜葉對單級風扇級性能的影響。烘干供風機帶有三個不同定子葉片的單級風扇級的效率特性。從烘干供風機中不難看出,端部彎曲定子可以有效地提高裕度,但由于定子損耗的增加,級效率降低了1.39%。前緣彎曲引起的葉片反向彎曲效應被葉片正向彎曲疊加所抵消。舞臺效率略有提高,高點提高0.26%。失速邊界越近,風扇級效率越明顯。同時,烘干供風機轉子出口頂部的靜壓力隨著定子葉片頂部的功能力的增加而降低(如圖21所示,轉子葉片出口直徑上的靜壓力)。從出口段附面層的邊界形狀可以看出,復合三維葉片試圖使葉片的徑向附面層均勻化,消除了葉片角部區域的低能流體積聚,對提高葉片邊緣起到了明顯的作用。在方向分布上,將定子出口處的背壓設置為接近失速的原型級工況,背壓為114451pa,風機的失速裕度進一步從27.1%擴大到48.8%,推遲了葉尖泄漏引起的失速。
在烘干供風機機械中,為了防止旋轉葉片和固定殼體之間的摩擦,葉片頂部和殼體之間必須有一定的間隙。由于葉尖間隙的存在,不可避免地會發生泄漏流。泄漏流與主流相互作用形成的泄漏渦將影響渦輪機械的內部流場和氣動性能,尤其是效率、烘干供風機噪聲和穩定的工作范圍。因此,通過改變葉頂間隙形狀,對葉頂泄漏流進行綜合分析,提高渦輪機械的氣動性能具有重要的現實意義和工程參考價值。目前,對葉尖間隙進行了一系列的實驗和數值模擬研究,主要集中在葉尖和殼體兩個方面。對于葉片頂部,Young等人[4]采用實驗方法研究了單槽、雙槽和上斜面對渦輪性能的影響。在此基礎上,模擬了烘干供風機、類型和位置對軸流風機性能的影響,指出在設計流量下,葉頂雙槽結構具有較佳的氣動性能,風機效率提高了1.05個百分點。對多級壓縮機表明,葉根倒角還可以減小角區的失速,提高工作范圍。這與參考文獻中得到的前、后緣對烘干供風機總壓損失系數的影響是一致的。烘干供風機帶肩端間隙渦輪的研究表明,壓力側和吸入側后緣槽都可以略微增大葉片頂面傳熱系數,但吸入側后緣槽可以減小間隙的泄漏損失。
烘干供風機葉尖渦度的增大可以有效地阻礙泄漏流的通過,使烘干供風機泄漏流與主流混合造成的損失減小,葉片前緣泄漏量的增加小于中、后緣泄漏量的增加??傮w上,漏風量減少,提高了風機的性能。這與參考文獻中得到的前、后緣對烘干供風機總壓損失系數的影響是一致的。隨著間隙的逐漸增大,葉頂前部的渦度強度增大,后緣的渦度強度減小,總體變化較小,泄漏量略有增加。葉片吸力前緣中部渦度強度略有增加,沿弦長方向吸力面中部和后部渦度強度基本不變。烘干供風機葉片前緣附近的渦度強度急劇增加。這是由于前緣點高度的變化導致的葉尖流動角度的變化。前緣點渦度強度的增加阻礙了吸力面附近的流入,也降低了主流與泄漏流的混合程度。雖然方案6的進風速度有所降低,但由于葉頂和后緣附近的渦度強度降低,烘干供風機效率總體降低,相應的泄漏面積和泄漏流量增大。軸向速度分布可以反映轉子葉片流道內的流動能力和分離尾跡區的特征。為了分析不同葉尖間隙形狀下風機性能變化的內在機理,進行了內部流動特性和葉輪能力分析。因此,轉子葉片出口軸向速度分布的徑向分布如圖6所示,用于分析流量。由于葉根和葉頂端壁附件的附面層較厚,導致流體流過該區域后的軸向速度較小,而葉頂附件又因泄漏存在使軸向速度進一步減小。