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大流量、高压轴流通风机设计理论应用

2020-06-14 00:27
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  大流量、高压轴流通风机设计理论应用_电力/水利_工程科技_专业资料。大流量、高压轴流通风机设计理论应用

  大流量、高压轴流通风机设计理论应用 [摘要]本文主要对轴流通风机的设计与参数进 行了研究和分析,并重点对轴流风机叶片的设计理论 进行了深入探究,为研发一款新型流量大,全压高的 变压器轴流通风机提供了坚实的理论支撑。并在实际 生产中进行了应用,得到了很好的收效。 [关键词] 轴流风机 叶片 设计 变压器轴流通风机是大中型电力变压器冷却系统 的重要组成部分。一般要求其具有较好的性能,即流 量大,全压高,噪声小。轴流通风机的结构形式比较 单一,一般由电机、叶轮、支架、机壳和防护罩等几 部分组成,但是其中叶轮的结构和外形,特别是叶片 的形状、型线却变化很多,对轴流通风机的气动性能 也起着决定性的作用。因此,在实际生产中对轴流风 机叶片的设计理论进行了深入探究,并进行了应用。 一、轴流风机叶片设计理论 轴流风机的叶片通常是流线型的,其设计的核心 就是叶片型线设计。本文根据扭曲叶片理论,采用全 三维造型来进行叶片流型设计,并结合空气动力学理 论,应用变环量流线型设计方法,并通过改变叶片的 冲角来改变叶片表面摩擦阻力,绕翼型气流保持其流 线形状,使气流在风机内运行稳定、通畅,使叶片的 做功分布更加符合运动规律,从而保证风机运行在最 高效率点,达到低噪、节能,发挥出更高的功能转换 效益。 首先,基于抛物面理论,我们在柱坐标下建立叶 片中型面方程: Z=B(1-F1/a) (1) 其中: F=[tanθ -tan (θ -λ ) ]/tanθ , 通过参数θ 、 a、B 等的取值变化,可以控制叶片的扭曲程度和倾斜 情况,从而可以满足不同场合下的需要。 根据变环量设计方法,并综合考虑叶轮叶根的机 械强度、叶尖部分的加工工艺,我们采用如下的叶片 凸面和凹面方程: z1=B(1-F1/a)+ Δ z+(r2-r)tanδ 1[1-(1-2λ / θ )2] (2) z2=B(1-F1/a)-r1r2tan[δ 2f(t)]/r (3) 上述两式中,第二项的作用是对叶片分块进行不 同程度的加厚,以提高叶片的机械强度;第一项则是 为了增大叶尖部分的厚度以方便加工。 在叶片设计中, 根据设计要求和气动参数,结合 B、θ 、a 等一些优 化设计参数,由(1) 、 (2)和(3)式就可以确定风机 叶轮的结构参数及叶片的几何形状。由此构造成型的 扭曲叶片不但方便加工,而且便于下面的参数计算。 二、轴流风机的叶片设计 依据以上设计得到的叶片结构参数和叶片几何参 数,设计了一款实用新型旨在提供一种流量大、全压 高的 9Q 系列变压器轴流通风机,其中 9 表示风机叶 轮直径为 900mm,Q 表示风机为前吹式。其总体结构 形式由电机、叶轮、导流罩、支架、机壳和防护罩等 6 部分组成。其特征是电机位于风机的进口端,电机 轴和叶轮相连,驱动叶轮旋转,电机由支架支撑,外 面套有导流罩,导流罩位于风机的进口端,为中空的 锥形柱体,底端面的直径和轮毂的直径相等,机壳为 直径 910mm 的圆筒形。 在进口端略呈喇叭口状, 以使 气流平顺地进入风机的流道,在风机的进口端端面上 有防护罩, 以避免杂物进入风机流道和叶片发生撞击。 其中的风机叶片为特殊设计,在设计过程中采用 了抛物面理论和不等功原理,对叶片的流型和流面进 行全三维的造型设计, 得到的叶片为三维的扭曲叶片, 其特征为叶片不等厚,型面连续光滑,任一相贯面与 型面相割,得到的相贯线呈流线形状的机翼形,以使 风机具有优良的气动性能;并且通过改变叶片的冲角 来改变叶片表面摩擦阻力,绕翼型气流保持其流线形 状,使气流在风机内运行稳定、通畅,使叶片的做功 分布更加符合运动规律。此新型轴流风机的总体结构 中,增加了导流罩部分,导流罩位于风机的进口端, 套在电机的外面,其作用是使气流平顺地进入通风机 的流道,从而提高风机叶轮在进口端的吸力,使通风 机能发挥最大的效率。因而 9Q 系列变压器轴流通风 机具有优良的气动性能,流量大,全压高,噪声低, 能耗省,运行稳定,性能曲线平坦,使用范围广。如 下图所示。 图 1: 防护罩-1,机壳-2, ,支架-3,整流罩-4, 叶轮-5,电机-6,电机轴-7,叶片-8,轮毂-9 具体实施方式:本新型风机优选实施的总体结构 示意图,气流方向为由左向右。电机 6 位于风机的进 口端,电机轴 7 和叶轮 5 相连,驱动叶轮旋转。电机 由支架 3 支撑,外面套有整流罩 4,整流罩为中空的 锥形柱体,锥体的锥度为 13°,长度约为 236mm,底 端面的直径和轮毂的直径相等。 机壳 2 为直径 910mm 的圆筒形,在进口端略呈喇叭口状,以使气流平顺地 进入风机的流道。在风机的进口端端面上设计有防护 罩 1,以避免杂物进入风机流道和叶片发生撞击。 叶轮由叶片 8 和轮毂 9 组成,整个叶轮直径为 900mm,轮毂的直径和叶轮的直径之比,即轮毂比可 以在 0.45 至 0.55 范围变化,在本实施例中轮毂比为 0.5,即轮毂直径为 450mm。叶轮宽度的选择范围为 110mm 至 130mm,在本实例中为 120mm。叶片以一 定的叶片包角安装在轮毂上,叶片包角的变化范围可 以在 25°至 33°至范围内变动, 叶片包角增大, 可以 使风机的最大流量和全压增加,在本实施例中,叶片 包角为 31°。叶片在轮毂的周向均匀布置,在具体的 实施中,叶片的数目可以根据性能的需要在 3 片到 8 片的范围内选择, 其规律是叶片数减少, 则风量减小, 风压降低。在本实例中,叶片的数目为 8 片。 图 2: ,叶根-10,叶梢-11。 图 2 分别为本实用新型的叶片 8 的正视图、侧视 图和俯视图。叶片 8 为三维扭曲叶片,叶片凸面、中 型面和凹面的抛物指数 a1、a 和 a2 分别为 0.5、0.55、 0.6。 图 3:叶剖面展开图 图 3 显示的分别为三个典型的叶剖面展开后的形 状,即用半径分别为 r=450mm(叶梢) ,r=355.76mm (叶根)圆柱面和叶片相切所得到的的叶片轮廓线展 开后的形状。叶片 8 的特征是,其叶根 10 宽度较小, 而叶梢宽度大, 从叶梢到叶根, 叶片的宽度逐渐减小, 但叶剖面的最大厚度则逐渐增加。非常好的保证了运 行曲线的平滑;叶片的强度、耐磨性等其它叶片的使 用性能。 本文在挖掘叶片几何参数的基础上,建立了与扭 曲叶片结构参数相关的气动方程。该设计应用中经验 公式采用较少,设计方法准确与可靠性得到了保障。 该理论在实际生产中得到了广泛应用,新型轴流 风机得到了用户的一致好评,为我厂创造了良好的经 济效益,也为国家的经济建设作出了贡献。 参考文献: [1]邓世杰.大型变压器风冷却系统的自动控制[J]. 变压器.2013(10) [2]符艳军.低压轴流通风机降噪的优化设计[J].风 机技术.2011(03) [2]张汉昶.通风机的使用与维修

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