劉小民 湯 虎/西安交通大學能源與動力工程學院

樊 濤*/夏津一中

0 引言

前向多翼離心通風機具有結構緊湊，壓力系數(shù)高、流量系數(shù)大的突出特點，被廣泛應用在家用電器、空氣調節(jié)及各種通風換氣設備中[1]。多翼離心風機作為吸油煙機風道系統(tǒng)重要的動力源，同時也是整個系統(tǒng)主要的噪聲源。其中，葉輪是離心風機中的旋轉部件，對風機中的能量轉換和傳遞起著重要作用，但是吸油煙機用多翼離心風機具有葉輪流道短、葉片彎曲度大、葉片數(shù)多的特點，在葉片出口尾緣容易產(chǎn)生流動分離渦和尾跡渦，不但會增加流動損失，還會誘發(fā)較大的氣動噪聲，特別是尾跡渦脫落將影響到下游蝸殼內流動狀態(tài)，引起多翼離心風機噪聲增加[2]。

目前國內外很多研究者對多翼離心風機的優(yōu)化設計主要著眼于風機的葉輪，以提高風機的性能為目標，對葉輪的主要結構參數(shù)如葉片的型線[3]，進出口安裝角[4]，葉片數(shù)[5]，輪徑比以及相對寬度比[6]等進行改進。上述每個參數(shù)的改變都會對風機的氣動性能和噪聲特性產(chǎn)生較大的影響。黃宸武等人[7]、魏文平[8]對影響多翼離心風機性能的重要參數(shù)進行了實驗研究，指出葉片出口安裝角對多翼離心風機性能的影響最大。秦國良[9]對葉片出口安裝角和風機性能之間的關系進行了實驗研究，提出了一種多翼離心風機變葉片安裝角的設計方法。由此可見，葉片出口安裝角是影響多翼離心風機氣動性能和噪聲特性的主要參數(shù)。對葉道中葉片非工作面一側氣流分離引起的失穩(wěn)性葉輪流道流場而言，通過增加葉片出口角，可以加大葉道收縮系數(shù)，從而達到維持葉道流場穩(wěn)定性的目的，但葉輪出口角過大又會造成葉片曲率過大，誘發(fā)下游蝸殼內渦流的產(chǎn)生，氣動噪聲增加。因此葉片出口安裝角的設計和選用應給以足夠的重視，使得吸油煙機用多翼離心風機的壓力、流量和噪聲均能達到設計要求。

以上研究以葉片出口角對多翼離心風機的影響為主，這些改進方法對吸油煙機用多翼離心風機不一定會起到相同的效果。這是因為多翼離心風機處于吸油煙機的箱體內部，箱體的尺寸、風機的安放位置和進風方式都有可能會影響吸油煙機的性能。為了更全面掌握和了解風機葉片出口安裝角對吸油煙機整體性能的影響，尋求針對吸油煙機風道系統(tǒng)的優(yōu)化設計，本文以某款近吸式吸油煙機為實驗對象，在保證吸油煙機其他設計參數(shù)不變的情況下，采用實驗方法研究了不同葉片出口安裝角對吸油煙機風壓、風量以及噪聲的影響，并對吸油煙機風道系統(tǒng)的設計提出了合理的建議。

1 吸油煙機及多翼離心風機結構

近吸式吸油煙機的結構主要由三部分組成：多翼離心風機，箱體以及面板。油煙由面板上的進風口進入煙機，在風機的作用下被排出室外。如圖1所示。

圖1 近吸式吸油煙機基本結構圖

如圖2所示，該型吸油煙機用多翼離心風機為雙面進氣的結構，由葉輪、蝸殼、導流罩以及內置電動機四部分構成。葉輪具體結構參數(shù)如圖3所示為：葉輪內徑D1=204mm，葉輪外徑D2=240mm，葉片數(shù)為Z=60片，葉片為單圓弧型等厚度葉片，且沿圓周均勻分布，葉片厚度為0.5mm，葉片進口角β1=72°，葉片出口角β2=170°，葉道中心角φ=98°，葉輪軸向寬度136mm，蝸殼寬度160mm。為了研究不同葉片出口角對吸油煙機氣動性能和聲學性能的影響，本實驗將葉片出口角分別減小和增大10°，即葉片出口角分別取為160°、170°、180°。

圖2 多翼離心風機結構圖

圖3 葉輪安裝角示意圖

2 吸油煙機性能測試試驗裝置和方法

氣動性能和噪聲試驗測試以近吸式吸油煙機為研究對象，按照中華人民共和國國家標準GB/T17713-1999 外排式吸油煙機空氣性能試驗方法和GB/T17713-1999 吸油噪聲試驗方法進行。其中吸油煙機氣動性能測試的試驗裝置如圖4 所示，主要包括：待測吸油煙機、連接器、十字整流器、擴散段，減壓筒和數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)。

圖4 吸油煙機氣動性能測試臺

氣動性能試驗是在強檔轉速（n=1 070r/min）下，保證吸油煙機其他結構不變，對葉片出口角為160°、170°、180°的吸油煙機進行氣動性能測試。通過對每個工況點下的室內大氣壓力、大氣溫度、相對濕度以及減壓筒內計示靜壓和主電機輸入功率進行測試，將上述測量結果進行換算，最后得到風機在不同工況下的吸油煙機風量，全壓以及全壓效率。

吸油煙機噪聲測試是在半消聲室中進行的，其底部離地面高度要高于1.3m。在測試過程中，需要保證吸油煙機以及多翼離心風機的進出口沒有其它部件阻礙流動，消除地面以及其它部件的振動噪聲。試驗測試裝置如圖5所示，噪聲測量采用手執(zhí)式聲級計。

圖5 全球包絡法噪聲測試裝置圖

3 實驗結果及分析

圖6 所示為多翼離心風機葉片出口角分別為160°，170°，180°時，在相同轉速n=1 070r/min下吸油煙機流量-全壓效率性能曲線。

圖6 全壓效率隨流量變化的曲線圖

由圖6 可以看出：減小葉片出口角時，在風量為0～10m3/min 的范圍內，吸油煙機的全壓效率比使用原葉輪有所增大，且在國標規(guī)定的風量7m3/min，吸油煙機全壓效率最大，提高約2.43%。當流量大于10m3/min 時，吸油煙機的全壓效率與使用原葉輪的相比有所下降。相比之下，提高葉片出口角，吸油煙機的全壓效率在全流量區(qū)域內比原葉輪的效率有所下降。在國標規(guī)定的風量7m3/min 時，效率下降了0.6%，這主要是因為葉片出口角過大導致葉輪流道內流動速度提高，從而使氣體流動的摩擦損失有所增加。

圖7 和圖8 為多翼離心風機葉片出口角分別為160°，170°（原葉輪），180°時在相同轉速n=1 070r/min 下吸油煙機流量-全壓、流量-靜壓性能曲線。圖7 和圖8 表明，在大部分風量范圍內，標準狀態(tài)下的吸油煙機的靜壓和全壓會隨著葉片出口角的增加，有不同程度的提高。在國標規(guī)定風量7m3/min，使用θ2=180°吸油煙機的標準靜壓最大，比使用原葉輪的吸油煙機提高了32Pa，比使用θ2=160°的吸油煙機提高了39Pa。根據(jù)國標定義，吸油煙機的最大風量為靜壓值為0 時，單位時間內輸送的氣體體積。圖7 表明，與原吸油煙機相比，改變葉輪出口后最大流量略有下降。

表1 不同葉片出口安裝角度下吸油煙機的性能比較表

由表1 得到的數(shù)據(jù)可知，在強檔轉速n=1 070r/min 下，減小葉片出口角時，吸油煙機A聲級與使用原葉輪的吸油煙機（θ2=170°）相比，下降約1.2dB，降噪效果較好；提高葉片出口角時，吸油煙機A聲級提高了1.1dB，分析認為：由于葉片出口角過大導致葉片曲率過大，蝸殼內流動惡化，渦流強度加劇，引起較大的噪聲。

圖7 靜壓隨流量變化的曲線圖

圖8 全壓隨流量變化的曲線圖

4 結論

本文采用實驗研究的方法，考察了吸油煙機用多翼離心風機葉片出口角度對吸油煙機整體氣動性能的影響。在實驗過程中，只考慮了葉片出口安裝角的改變，并沒有考慮葉輪設計與蝸殼的匹配以及煙道管網(wǎng)壓力的變化。研究發(fā)現(xiàn)：

1）在小流量的工況范圍內，葉片出口角越小，吸油煙機全壓效率越高。在大流量工況范圍內，θ2=160°的吸油煙機全壓效率略有減小。當風量規(guī)定為7m3/min 時，θ2=160°的吸油煙機全壓效率最高，達到了26.17%，效率提高約2.43%。

2）吸油煙機標準狀態(tài)下的靜壓和全壓會隨著葉片出口角的增加而有不同程度的提高，當葉片出口角大于170°時，隨葉片出口角的增大，吸油煙機最大風量不再有明顯的增加；然而隨著葉片出口角的增加，吸油煙機的噪聲不斷增大。

3）盡管θ2=160°的吸油煙機最大風量和靜壓略有減小，大流量時全壓效率亦有所降低，但總體考慮流量，噪聲和全壓效率的影響時，葉片出口角θ2=160°的吸油煙機性能較好。

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