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改善離心通風機內葉輪流動的方法

作者:肇慶正達環保設備有限公司 瀏覽: 發表時間:2019-03-03 17:10:07

 葉輪是離心風機的心臟,離心風機葉輪的內部流動是一個非常復雜的逆壓過程,葉輪的高速旋轉和葉道復雜幾何形狀都使其內部流動變成了非常復雜的三維湍流流動。由于壓差,葉片通道內一般會存在葉片壓力面向吸力面的二次流動,同時由于氣流90°轉彎,導致輪盤壓力大于輪蓋壓力也形成了二次流,這一般會導致葉輪的輪蓋和葉片吸力面區域出現低速區甚至分離,形成射流—尾跡結構。由于射流—尾跡結構的存在,導致離心風機效率下降,噪聲增大。為了改善離心葉輪內部的流動狀況,提高葉輪效率,一個重要的研究方向就是采用邊界層控制方式提高離心葉輪性能,這也是近年的熱點研究方向。


     2007年,劉小民等人采用邊界層主動控制技術在壓縮機進氣段選擇性布置渦流發生器,從而改變葉輪進口處流場, 通過數值計算對不同配置參數下離心壓縮機性能進行對比分析。該文章對渦流發生器應用于離心葉輪內流動控制的效果進行了初步的驗證和研究, 通過數值分析表明這種方法確實可以改善葉輪內部流動, 達到提高葉輪性能的效果。但是該主動控制技術結構復雜,而且需要外加控制設備和能量,對要求經濟耐用的離心通風機產品不具有競爭力。


     采用邊界層控制方式提高離心葉輪性能的另外一種方法就是采用自適應邊界層控制技術。1999年,黃東濤等人提出了離心通風機葉輪設計中采用長短葉片開縫方法,該方法采用的串列葉柵技術,綜合了長短葉片和邊界層吹氣兩種技術的優點,利用邊界層吹氣技術抑制邊界層的增長,提高效率,而且試驗結果表明,該方法可以有效的提高設計和大流量下的風機效率,但對小流量效果不明顯。用此思想解決了離心葉輪內部積灰的問題。雖然串列葉柵技術在離心壓縮機葉輪內沒有獲得效率提高的效果,但從文獻內容看,估計是由于該文作者主要研究的是串聯葉片的相位效應,而沒有研究串聯葉片的徑向位置的變化影響導致的。


     理論和試驗都表明,離心葉輪的射流尾跡結構隨著流量減小更加強烈,而且小流量時,尾跡處于吸力面,設計流量時,尾跡處于吸力面和輪蓋交界處。為了提高設計和小流量離心通風機效率,2008年,田華等人提出了葉片開縫技術,該技術提出在葉輪輪蓋與葉片之間葉片尾部處開縫,引用葉片壓力面側的高壓氣體吹除吸力面側的低速尾跡區,直接給葉輪內的低速流體提供能量。最終得到在設計流量和小流量情況下,葉輪開縫后葉片表面分離區域減小,整個流道速度和葉輪內部相對速度分布更加均勻,且最大絕對速度明顯減小的結果。這種方法改善了葉輪內部流場的流動狀況,達到了提高離心葉輪性能和整機性能的效果,而且所形成的射流可以吹除葉片吸力面的積灰,有利于葉輪在氣固兩相流中工作。


     2008年,李景銀等人提出在離心風機輪蓋上靠近葉片吸力面處開孔的方法,利用蝸殼內的高壓氣體產生射流,從而直接給葉輪內的低速或分離流體提供能量,以減弱由葉輪內二次流所導致的射流-尾跡結構,并可用于消除或解決部分負荷時,常發生的離心葉輪的積灰問題。通過對離心風機整機的數值試驗,發現輪蓋開孔后,在設計點附近的風機壓力提高了約2%,效率提高了1%以上,小流量時壓力提高了1.5%,效率提高了2.1%。在設計流量和小流量時,由于輪蓋開孔形成的射流,可以明顯改善葉輪出口的分離流動,減小低速區域,降低葉輪出口處的最高速度和速度梯度,從而減弱了離心葉輪出口處的射流—尾跡結構。此外,沿葉片表面流動分離區域減小,壓力增加更有規律。輪蓋開孔方法可以提高設計流量和小流量下的閉式離心葉輪性能和整機性能,如果結合離心葉輪串列葉柵自適應邊界層控制技術,有可能全面提高離心葉輪性能。


     結論 
    綜上所述, 近年來對離心通風機葉輪內部流動的研究取得了明顯進展, 有些研究成果已經應用到實際設計中,并獲得令人滿意的結果。目前, 對離心通風機葉輪內部流動的研究仍是比較活躍的研究領域之一,可在如下方面進行進一步研究:
(1)如何將近似模型方法在通風機方面的應用進行更深入的研究,結合已有的葉片設計技術,探索更加高效快速的優化設計方法;
(2)如何將串列葉柵、輪蓋開孔和葉片開縫等離心葉輪自適應邊界層控制技術結合起來,在全工況范圍內改善離心通風機葉輪的性能,提高離心風機的效率;
(3)考慮非定常特性的設計方法研究。目前,研究離心通風機葉輪內部的流動均仍以定常計算為主,隨著動態試驗和數值模擬的發展, 人們對于葉輪機械內部流動的非定?,F象及其機理將越來越清楚, 將非定常的研究成果應用于設計工作中是非常重要的方面。


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