單葉輪軸流通風(fēng)機(jī)的葉片扭曲規(guī)律研究及薄葉型設(shè)計(jì)

張君

摘要：單葉輪軸流通風(fēng)機(jī)是動力學(xué)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)以及電子技術(shù)等多方面的技術(shù)相互滲透、相互融合的結(jié)合型和實(shí)用性機(jī)械，由此來說，單葉輪軸流通風(fēng)機(jī)是一類綜合性很強(qiáng)的機(jī)械，隨著單葉輪軸流通風(fēng)機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步使各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)效率和運(yùn)行環(huán)境的良好性得到了提高，大幅度的增加了員工工作的安全性能，但是由于中國在機(jī)械方面的機(jī)措施起步比較晚，與國際水平還具有著相當(dāng)?shù)牟罹唷Ｋ詥稳~輪軸流通風(fēng)機(jī)的相關(guān)方面還需要進(jìn)一步的研究探討，基于這個(gè)前提，本文采用了逐步分析和理論分析的方法針對單葉輪軸流通風(fēng)機(jī)的葉片扭曲規(guī)律以及薄葉型設(shè)計(jì)展開分析和研究，以期為單葉輪軸流通風(fēng)機(jī)的改良工作提供相應(yīng)的幫助。

關(guān)鍵詞：單葉輪軸流通風(fēng)機(jī);葉片扭曲規(guī)律;薄葉型;研究設(shè)計(jì)

前言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用到了人們的生活生產(chǎn)中，為人們的工作帶來了極大的便利，其中就包括通風(fēng)機(jī)的使用，在現(xiàn)今社會生產(chǎn)中，通風(fēng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，無論是化工、冶金石油工程，還是電力、交通、煙草、礦山等工業(yè)領(lǐng)域，都可以看到通風(fēng)機(jī)的影子，除此之外，在通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)、取暖等民用設(shè)施當(dāng)中也可以發(fā)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)今每年我國三機(jī)一泵對于電能的消耗大概占到我國總發(fā)電量的30%左右，其性能的好壞對環(huán)保節(jié)能以及促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具著非常重要影響作用，所以，設(shè)計(jì)出更高效率，并且更廣工況范圍的的流體機(jī)械，一直以來都是人們堅(jiān)持不懈的目標(biāo)，單葉輪軸流通風(fēng)機(jī)便是其中不能缺少的一個(gè)重要組成部分。

1.葉片的空間扭曲規(guī)律

在對軸流式通風(fēng)機(jī)的現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，通?？梢圆捎米儹h(huán)量或者等環(huán)量的方法對葉片的空間扭曲規(guī)律進(jìn)行確定，列成公式的形式為：

葉片絕對速度在圓周方向的分量之差（扭速）×葉片半徑環(huán)量指數(shù)=常數(shù)量

當(dāng)環(huán)量指數(shù)等于1時(shí)，可以將公式改為：

葉片絕對速度在圓周方向的分量之差（扭速）×葉片半徑=常數(shù)量

這個(gè)時(shí)候?qū)⒋伺で?guī)律設(shè)計(jì)的葉型稱之為等環(huán)量流型，當(dāng)環(huán)量指數(shù)大于等于-1小于等于1時(shí)，這個(gè)時(shí)候?qū)创艘?guī)律扭曲的葉型習(xí)慣，將其命名為變環(huán)量流型，在通常情況下單葉輪通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中一般采用的流型是變環(huán)量流型，在使用變環(huán)量流型的設(shè)計(jì)方法中，環(huán)量指數(shù)的取值范圍的選取，對通風(fēng)機(jī)的扭曲程度及弦長和全壓等重要參數(shù)沿著半徑方向上的分布規(guī)律具有著一定的影響作用[1]。

1.1環(huán)量指數(shù)與全壓之間的關(guān)系

通過文獻(xiàn)查找的方式，本文參照通風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)方面的原理，將葉片在不同半徑上的理論全壓用公式代表為：

全壓=工質(zhì)密度×輪周速度×葉片絕對速度在圓周方向的分量之差

其中，輪周速度=角速度×葉片半徑

所以，公式可以轉(zhuǎn)換為：

全壓=工質(zhì)密度×角速度×葉片半徑×葉片絕對速度在圓周方向的分量之差

1.2環(huán)量指數(shù)與葉片空間扭曲程度的關(guān)系

采用環(huán)量指數(shù)與全壓之間的關(guān)系的公式與圖1相結(jié)合，可以得到下列公式：

相對速度的矢量平均等于：

通過對上文的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，單葉輪風(fēng)機(jī)葉片的進(jìn)口氣流角沿著半徑方向是減小的，且與環(huán)量指數(shù)無關(guān);環(huán)量指數(shù)的取值直接影響著葉片出口氣流角的變化趨勢，居于著一定的決定性作用。

1.3環(huán)量指數(shù)與葉片弦長之間的關(guān)系

由理想流體不可壓縮流體繞流葉柵的基本關(guān)系式：

葉片弦長=（4 ×全壓）÷（工質(zhì)密度×葉型的升力系數(shù)×相對速度的矢量平均×效率×葉片數(shù)×角速度）

綜合前面三方面的內(nèi)容，可以得出以下公式：

葉片弦長={葉片半徑（1-環(huán)量指數(shù)的取值范圍）÷ }×{（4 ×常數(shù)量）÷（葉型的升力系數(shù)×效率×葉片數(shù)）}

從該式中可以看出，當(dāng)葉片數(shù)和升力系數(shù)等參數(shù)確定下來后，環(huán)量指數(shù)與葉片弦長有關(guān)，通過數(shù)學(xué)方法分析，當(dāng)環(huán)量指數(shù)大于0小于1時(shí)，葉片弦長沿著半徑的方向慢慢的減小;當(dāng)環(huán)量指數(shù)大于等于-1小于0時(shí)，葉片弦長沿著半徑的方向慢慢的增加，而且隨著環(huán)量指數(shù)絕對值的逐漸增大，葉片弦長增加的幅度在變大，當(dāng)環(huán)量指數(shù)等于1時(shí)，葉片弦長增加幅度達(dá)到最大值[3]。

2.單葉輪軸流通風(fēng)機(jī)的葉片薄葉型設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)步驟：

第一步，對葉片各個(gè)截面上的氣流參數(shù)進(jìn)行計(jì)算;

第二步，對各個(gè)截面的葉型展開設(shè)計(jì);

第三步，進(jìn)行空間扭曲葉片的成型操作;

第四步，對整個(gè)方案進(jìn)行校核與檢驗(yàn)。

2.2設(shè)計(jì)后期操作

設(shè)計(jì)完成后，會獲得葉片的型線。為了初步對這種葉片的性能進(jìn)行確認(rèn)，采用數(shù)值方法對該通風(fēng)機(jī)通流部分的流場進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，并通過試驗(yàn)臺架對該風(fēng)機(jī)的流量以及全壓等參數(shù)進(jìn)行測試，合格后，方可投入使用。

3.結(jié)論

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，無論是電廠空冷系統(tǒng)、高層民用建筑領(lǐng)域，還是地鐵、化工石油等領(lǐng)域，都表現(xiàn)出了對單葉輪軸流式通風(fēng)機(jī)的市場需求，這些通風(fēng)機(jī)的都有著一個(gè)共同特點(diǎn)，那就是葉輪直徑和通風(fēng)量都要符合其工況環(huán)境，當(dāng)這些通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速過低的時(shí)候，槳根和槳尖處的周向速度就會相差較大，這樣一來，氣流的軸向速度就會緊跟著降低，當(dāng)槳葉在正常運(yùn)轉(zhuǎn)下，繞流的相關(guān)數(shù)據(jù)的變化范圍就會大幅度的增加。為了使得這種商業(yè)壟斷問題得到解決，增加中國風(fēng)機(jī)工業(yè)的競爭能力和制造水平，非常需要對單葉輪軸流式通風(fēng)機(jī)展開研制。只有這樣，才能夠使我國整體的國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步的上升，保證我國的有一個(gè)良好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]田夫，袁國凱，趙真真，王曉放，王爽，趙斌.單葉輪軸流通風(fēng)機(jī)的葉片扭曲規(guī)律研究及薄葉型設(shè)計(jì)[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2014（05）：251-254.

[2]李景銀，楊斌，呂斌.滿足多個(gè)工況要求的軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2004（06）：131-134+421.

[3]楊殿侯.試談軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2010（01）：235-239+259.