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叶片形状优化对4-73风机金属叶轮稳定运行的影响

叶片的结构优化对离心风机金属叶轮平稳运行有着重要的影响。目前很多学者研究了叶片出口安装角的结构优化以及叶片高度的结构优化，但是对于叶片形状的结构优化研究得较少。气流在叶片的不同区域的流动有很大的不同。在叶轮前盘，气流的流动方式主要是轴向流动。各部件结构优化对离心风机金属叶轮稳定运行的影响集流器优化对4-73风机金属叶轮稳定运行的影响集流器的工作原理是通过将气流均匀地送入叶轮进口截面，以达到提高4-73风机叶轮的效率以及风机整体性能的目的。在叶轮的中后盘，气流的流动方式主要是径向流动。通过这种方式，达到叶轮前盘向中后盘送风，使叶轮中后盘出风的目的。由此可见，通过对叶片形状进行优化设计，可以在一定程度上增加叶片的送风量以及有效通道的宽度，使得离心风机的效率得到提高，从而保证金属叶轮的平稳运行。

4-73风机具有体积小、压力系数高等一系列优点，在工业、农业等各个领域都得到广泛应用，是人们生产生活中必不可少的一种机器设备。离心风机主要由集流器、蜗壳、电机以及叶片四个部件组成。各部件的结构优化对离心风机金属叶轮稳定运行起着重要的作用。4-73风机叶片表面存在附面层，随着叶轮旋转，吸力面和压力面附面层的结构和形态是不同的。随着科学技术的发展以及生活水平的提高，对4-73风机进行结构优化越来越受到人们的关注。因此本文通过对集流器优化、蜗壳优化、电机优化以及叶片形状进行优化，来观察结构优化之后的离心风机对金属叶轮稳定运行的影响，以促进离心风机的生产工作朝着更完善、更健康的方向发展。

4-73风机叶片吸力侧形成的低能流积聚的“尾迹区”，形成“射流-尾流”结构。加进气箱后，风机叶轮尾缘处的“尾迹-射流”更加的严重，风机模型尾迹区占了比较大的空间，减少了风机流道有效面积。在小流量区，风机内部的流场分布发生偏心现象(C 处)，叶轮流道E 侧，气体比较充实，叶轮流道F 侧气体分布较差，与原始风机内部流场分布相比，其4-73风机叶轮流道的充盈性差。离心风机的效率曲线如图6，无进气箱情况下在流量为2.82kg/s，压力为3 106.23Pa 时，达到较率68.64%；加进气箱后在流量为1.68kg/s，压力为2 775.54Pa，达到较率59.45%，通过与原始风机对比可知，加进气箱后其较率降低8.19%。同样由图6 效率曲线对比图可知,加进气箱后风机整体效率降低，与原始4-73风机相比其区域比较窄，缩短了工作区域，且加进气箱后较优工况点向小流量区偏移。一般来讲，大型高速风机轴承采用轴瓦，润滑采用润滑油强制喷射润滑，高速旋转的主轴悬浮于油膜上，正常工况时振动很低。加进气箱后，离心风机的全开流量降低，与无进气箱相比，流量降低了16.9%。由图7 可知，加进气箱不仅降低了风机的全开流量，其全压也有所减少。风机性能测试采用C 型试验装置对带进气箱的离心风机进行了性能测试，测试标准按GB/T 1236-2017《工业通风机用标准化风道进行性能实验》执行。

整机压力云图分布

通过Fluent 软件对掘进工作面离心风机进行流场数值模拟，模拟得出在同流量下，加米字集流器和普通集流器离心风机压力云图可以看出，风机静压从进口至出口逐渐增大，在蜗壳外达到较大。加米字集流器风机进口静压明显高于普通集流器离心风机， 其较大静压达到2 510 Pa，普通集流器达到1 440 Pa；加米字风机的全压较大可达5 860 Pa，而普通集流器较大达到4 260 Pa。进气箱在其出口处气体发生近90°转弯，内部流场十分复杂，并造成很大的流动损失。

4-73风机集流器的压力用Tecplot 软件对模拟结果进行后处理，可以对离心风机集流器的受压进行对比分析。加米字形集流器和普通圆弧形集流器内部流场受压分布所示， 4-73风机米字形集流器入口压力为-8 000 Pa，到集流器出口达到-18 000 Pa，压差10 000 Pa；普通圆弧形集流器入口压力为-8 000 Pa，到集流器出口达到-16 000 Pa，压差8 000 Pa，小于米字形集流器。4种消声组合方式的压力损失并不相同，当额定转速为3800r/min，在设计工况下，A组合改进风机全压降低了约16．0Pa，效率下降了约1．28%。同时也可以看出，加米字形集流器压力梯度变化趋势比普通圆弧形集流器平缓，对稳定进口气流，保证气流的均匀及稳定有更明显的作用。

4-73风机对比分析

在额定转速下， 假定风机进出口处截面上动压静压均匀分布，对风机进口、出口压力及压差，集流器进出口压力及其压差进行统计。取点方法：在截面中心为轴心，周边均匀取了20 个点，之后计算取其平均值，可以看出，同流量下，加米字形集流器的静压和全压差分别为-4 389.0 Pa 和-2 252.9 Pa，而普通圆弧形集流器的压差为-982.9 Pa 和-32.1 Pa，相比可以看出，4-73风机 加米字形集流器导流效果比普通圆弧形集流器好。由于穿孔板摩擦损失较大，气体流动阻力增加，导致风机压力和效率都有不同程度的降低。但是同流量下，普通圆弧形集流器比加米字形集流器风机压差大，有效值大2 366 Pa，风机全压差加米字形比普通圆弧形小2 350.8 Pa，减少的这部分能量用于摩擦发热。说明集流器经过改造提高了粉尘流的导流能力，提高了风机的性能。

本文对掘进工作面4-73风机集流器结构进行了改进研究。并对改进前、后的结构的集流器导流效果做了理论分析。然后应用Fluent 流体软件对其进行了数值建模分析， 充分认识离心分机内部流场流体的流动规律，并得到集流器及整个风机的压力云图，截面所受阻力云图，并取点做了统计分析。为符合实际运行状态，4-73风机进出口边界条件设置为压力入口和压力出口，出口压降与动能成正比，从而避免在进口和出口定义一致的速度分布[15]。研究结果表明：4-73风机加米字形集流器使集流器进出口压差增加，明显地起到对粉尘流场的导流作用。但是集流器由于增加米字形支撑架，造成集流器截面的摩擦力增大，消耗了风机的一部分动能。但对大型除尘离心风机总体来看，采用该结构大大减少制造难度和加工成本，提高了经济效益。