叶轮前盘结构对离心风机气动性能影响的研究

1 引言

叶轮作为离心风机的主要工作部件，其气动性能的优劣对风机整体的性能影响显著，弧前盘结构虽然对气流具有较好的导流作用，但是弧前盘结构不仅加工难度大，同时圆弧精度也较难控制[1]。

目前国内外针对离心风机叶轮前盘改造优化方案主要集中于对叶轮前盘进行平直前盘以及单段锥前盘的叶轮改造[2-4]，多段锥形式的前盘结构改造方案研究相对较少，但是前盘结构对叶轮流道内部导流有着十分重要的作用，当前盘设计不合理时，叶轮进口区域会存在明显的涡流，并导致在流道内部出现紊流现象。

本文以某离心风机为研究对象，基于数值仿真的方式，对比分析弧形结构、弧形 + 筋板结构以及两段锥形 + 筋板结构形式的叶轮对离心风机气动性能的影响。

2 数值模拟

2.1 网格划分及边界条件设置

仿真模型均采用全流场非结构网格计算，所有的边界条件、网格加密方式保持一致，整体网格数均在1000 万左右。模型边界条件采用进口总温总压、出口质量流量，转速 1000r/min ，监测风机压力系数 ψ 与效率 Π_Π 的收敛情况。

2.2 计算结果分析

在保持叶轮进出口直径、进出口宽度不变的情况下，采用两段锥替代现有弧前盘，尽量保证叶轮入口与集流器出口相切。图 1~3 所示为三种结构形式叶轮流线对比，三种叶轮结构形式叶轮高效点计算结果见表1。

结合图 1~3 与表 1 数据，在圆弧前盘的基础上增添筋板，高效点处风机压力系数降低 6% ，效率下降 1.9% ；若采用制作工艺较为简单的两段锥前盘与筋板相结合的方式，风机压力系数降低 9% ，效率下降 4.1% 。

图1 弧前盘截面流线分布

图2 弧前盘 + 筋板截面流线分布

图3 两段锥 + 筋板不同截面流线分布

表1 三种前盘结构形式高效点性能对比

4 总结

针对某型号离心风机，基于数值仿真对叶轮前盘采用弧形结构、弧形 + 筋板结构以及两段锥形 + 筋板结构对风机气动性能的影响进行研究，结果表明，在圆弧前盘的基础上增添筋板，风机压力系数降低 6% ，效率下降 1.9% ；若采用制作工艺较为简单的两端锥前盘与筋板相结合的方式，风机压力系数降低9% ，效率下降 4.1% 。

参考文献：

[1] 冯成戈 , 关丽喆 , 刘春亭 , 等 . 离心风机叶轮锥形前盘与弧形前盘流场分析 [J]. 通用机械 , 2019(9):5.

[2] 蒲晓敏 , 王军 , 肖千豪 , 等 . 蜗壳与叶轮相对位置对多翼离心风机性能的影响 [J]. 流体机械 , 2019, 47(8):7.

[3] 冯成戈, 关丽喆, 刘春亭, 等. 离心风机叶轮锥形前盘与弧形前盘流场分析 [J]. 通用机械 , 2019(9):5.

[4] 林建涛 , 王平 . 离心通风机叶轮弧形前盘成型方法综述 [J]. 风机技术 ,2015(1):4.