王頂東，葉信學(xué)

（1.合肥通用機(jī)電產(chǎn)品檢測(cè)院有限公司，安徽 合肥 230000；2.浙江億利達(dá)風(fēng)機(jī)股份有限公司，浙江 臺(tái)州 318056）

無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)墻出口隔板的應(yīng)用研究

王頂東1，葉信學(xué)2

（1.合肥通用機(jī)電產(chǎn)品檢測(cè)院有限公司，安徽 合肥 230000；2.浙江億利達(dá)風(fēng)機(jī)股份有限公司，浙江 臺(tái)州 318056）

多個(gè)無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)并聯(lián)組合成風(fēng)機(jī)墻應(yīng)用時(shí)，在風(fēng)機(jī)的出口方向，分別采用隔板將各個(gè)風(fēng)機(jī)均布隔開(kāi)或無(wú)隔板運(yùn)行研究，對(duì)風(fēng)機(jī)的性能影響。

無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)；并聯(lián)；隔板

無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)因其本身具有的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種通風(fēng)和空調(diào)領(lǐng)域。許多商用中央空調(diào)設(shè)計(jì)已經(jīng)大量地采用了由多臺(tái)小型無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)組成的風(fēng)機(jī)墻來(lái)代替大型離心風(fēng)機(jī)。無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)墻通常由多個(gè)無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，風(fēng)輪與風(fēng)輪之間無(wú)任何遮擋物，或如圖3將各個(gè)葉輪隔開(kāi)運(yùn)行。本文通過(guò)對(duì)4臺(tái)無(wú)蝸殼560風(fēng)機(jī)(含無(wú)葉擴(kuò)壓邊)并聯(lián)組合成風(fēng)機(jī)墻的樣式進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)，通過(guò)增加風(fēng)輪之間的隔板進(jìn)行對(duì)比有無(wú)隔板對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2、3。再通過(guò)三維建模及網(wǎng)格劃分對(duì)風(fēng)機(jī)箱體的內(nèi)部進(jìn)行流場(chǎng)分析，分別模擬隔板長(zhǎng)度與位置的改變對(duì)風(fēng)機(jī)高效區(qū)的氣動(dòng)性能的影響。

1 試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)裝置

按（GB/T1236-2000設(shè)計(jì)的多噴嘴風(fēng)室圖73b）進(jìn)行綜合性能采集。采用補(bǔ)償微壓計(jì)分別采集位于風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口截面的靜壓（箱體靜壓），取壓點(diǎn)位置布置，參考多噴嘴墻前后38±6mm，再通過(guò)改變風(fēng)室末端的調(diào)節(jié)風(fēng)閥與輔助風(fēng)機(jī)的頻率來(lái)測(cè)試變工況的性能（如圖1）。

圖1 測(cè)試安裝示意圖

1.2 試驗(yàn)樣機(jī)與步驟

（1）采用4臺(tái)無(wú)蝸殼560風(fēng)機(jī)(帶無(wú)葉擴(kuò)壓邊)，組合成風(fēng)機(jī)墻形式，風(fēng)機(jī)出口箱體段長(zhǎng)1226mm，進(jìn)口箱體段長(zhǎng)770mm。箱體尺寸與樣式見(jiàn)圖2。

圖2 風(fēng)機(jī)墻示意圖

（2）將風(fēng)機(jī)出口之間采用長(zhǎng)420mm的隔板隔成獨(dú)立4塊，見(jiàn)圖3。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

表1 4臺(tái)無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行測(cè)試數(shù)據(jù)在文章中進(jìn)行標(biāo)注

圖3 風(fēng)機(jī)墻出口段（帶隔板420mm）

根據(jù)試驗(yàn)步驟，測(cè)得數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，根據(jù)表1數(shù)據(jù)的分析：無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)組合運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)隔板與有隔板存在時(shí)候，箱體的效率，特別是高效區(qū)，帶隔板的要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不帶隔板的。造成效率偏高的主要是由于高效區(qū)的箱體靜壓偏高，輸入功率偏低。無(wú)論帶與不帶隔板，最終在風(fēng)室形成的壓力基本一致，由此可知，帶隔板的氣流在通過(guò)管道突縮時(shí)，壓力損失更大，由于帶隔板后輸入功率低，風(fēng)室采集的靜壓效率要高。

對(duì)于無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)，當(dāng)箱體的尺寸大于1.8D時(shí)（D葉輪直徑），箱體的存在對(duì)風(fēng)機(jī)的性能基本無(wú)影響。對(duì)于文中帶隔板與不帶隔板形成的流量-靜壓的性能差異，主要是由于隔板的存在改變了箱體內(nèi)部的阻力，影響了電機(jī)的特性，改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而對(duì)風(fēng)機(jī)性能產(chǎn)生影響，當(dāng)將有無(wú)隔板的測(cè)試數(shù)據(jù)換算至等轉(zhuǎn)速1600r/min時(shí)，流量壓力性能十分接近（小于3%），但效率依舊是帶隔板的好。曲線如圖4。

圖4 等轉(zhuǎn)速(1600r/min)下性能比較

2 模擬分析

針對(duì)帶隔板的整體性能要優(yōu)于不帶隔板的現(xiàn)象，通過(guò)三維建模及網(wǎng)格劃分對(duì)風(fēng)機(jī)箱體的內(nèi)部進(jìn)行流場(chǎng)分析。

從實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)分析，性能最大的差異在高效區(qū)域。針對(duì)實(shí)物的樣式，采用同型號(hào)不同葉型的葉輪進(jìn)行三維建模及網(wǎng)格分析、計(jì)算。主要目的是為了模擬有無(wú)隔板對(duì)氣動(dòng)性能的影響方向，指導(dǎo)后期試驗(yàn)的可操作性。三維模型及網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖5。

圖5 風(fēng)機(jī)墻三維建模圖與網(wǎng)格劃分圖（網(wǎng)格總數(shù)：750萬(wàn)）

根據(jù)帶420mm隔板與不帶隔板的測(cè)試效果，定轉(zhuǎn)速1600r/min，分別進(jìn)行改變隔板的模擬，隔板長(zhǎng)度模擬示意圖見(jiàn)圖6。

（1）模擬帶420mm隔板與不帶隔板。（2）模擬隔板加長(zhǎng)至580mm。（3）模擬隔板縮短至葉輪的后盤處314mm。

圖6 隔板長(zhǎng)度模擬示意圖

通過(guò)Fluent模擬2.1的帶420mm隔板與不帶隔板，發(fā)現(xiàn)模擬的氣動(dòng)性能特征與實(shí)測(cè)的特征走勢(shì)完全相似，所以繼續(xù)按此方向進(jìn)行2.2與2.3的仿真模擬。通過(guò)仿真數(shù)據(jù)繪制圖7不同隔板性能變化曲線。

圖7 不同隔板性能變化曲線

由于4個(gè)葉輪基本成對(duì)稱分布，通過(guò)2葉輪的中心截面，針對(duì)仿真中的最高效率點(diǎn)進(jìn)行速度云圖分析。

圖8的云圖顯示，隔板長(zhǎng)度314mm、420mm，580mm葉輪的之后的速度云圖基本相似，表示出口隔板當(dāng)超過(guò)葉輪的后盤后，再增加隔板的長(zhǎng)度，對(duì)風(fēng)機(jī)墻的整體性能影響不大。無(wú)隔板的葉輪產(chǎn)生的出口高速氣流相互作用，使得葉輪兩側(cè)氣流呈不對(duì)稱流出。葉輪后的腔體速度較低，由此可以分析不帶隔板造成效率偏低主要是因?yàn)槿~輪之間的氣流相互沖擊作用而損失了部分能量。針對(duì)模型的無(wú)隔板與帶420隔板高效點(diǎn)進(jìn)行縱向截面速度云圖分析，具體截取的截面位置如圖9。

圖8 高效點(diǎn)的速度云圖

圖9 縱向截面位置示意圖

A為葉輪出口中心截面；B為隔板420mm前40mm截面；C為隔板420mm后40mm截面；D為方腔進(jìn)入圓柱管前40mm截面。

圖10 帶420隔板的縱向截面云圖

針對(duì)圖10的B/C云圖分析，B/C截面兩處的壓力基本變化不大，表明再增加隔板的長(zhǎng)度，對(duì)于氣流的性能無(wú)明顯的影響，通過(guò)圖8高效點(diǎn)的速度云圖的流體分析，當(dāng)隔板分別加長(zhǎng)到580時(shí)，風(fēng)機(jī)箱的氣動(dòng)性能改變很小。

對(duì)于圖11的B/C兩個(gè)截面的分析研究，同樣增加風(fēng)機(jī)箱的出口箱的長(zhǎng)度意義并不顯得很大。由此可知，在風(fēng)機(jī)墻設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于工程上有一定長(zhǎng)度限制的時(shí)候，首先要保證進(jìn)風(fēng)有足夠的空間，出風(fēng)狀態(tài)的箱體長(zhǎng)度可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s短設(shè)計(jì)。

圖11 無(wú)隔板的縱向截面云圖

針對(duì)有無(wú)隔板D圖比較，很顯然帶隔板在D圖時(shí)候的流速高。從而驗(yàn)證了在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中帶隔板的氣流在經(jīng)過(guò)管道時(shí)的突變損失大。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合此次的試驗(yàn)與模擬，得出如下結(jié)論。（1）無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)墻如想實(shí)現(xiàn)理想的單風(fēng)機(jī)性能算術(shù)疊加，必須保證腔體足夠大，腔體末端不應(yīng)該接收斂的管道，否則收斂管后的數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行簡(jiǎn)單疊加。多臺(tái)無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，氣流之間會(huì)產(chǎn)生一定的阻力，對(duì)電機(jī)性能產(chǎn)生影響，直接影響轉(zhuǎn)速，如要保證風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)的算術(shù)可疊加性，必須對(duì)各個(gè)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速換算至等轉(zhuǎn)速下比較。（2）當(dāng)無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)墻末端的出口沒(méi)有明顯的突縮口，帶隔板后的風(fēng)機(jī)墻整體運(yùn)行效果會(huì)大大的優(yōu)于無(wú)隔板。如在末端有明顯的突縮口，帶隔板的整體運(yùn)行效果比不帶隔板的略優(yōu)。（3）當(dāng)氣流通過(guò)葉輪出口后，出氣端箱體長(zhǎng)度的長(zhǎng)短對(duì)于性能的影響變化不大，出氣側(cè)箱體可進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s短。特別是在計(jì)算機(jī)機(jī)房用精密空調(diào)中，尤其是列間空調(diào)，結(jié)構(gòu)尺寸限制很大，節(jié)省出來(lái)的這些空間，解放了尺寸空間限制，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)貢獻(xiàn)很大。（4）實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)間隙大于等于1.8D（D葉輪直徑）的狀態(tài)研究，對(duì)于更大的腔體，單個(gè)無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)的性能會(huì)更加接近裸機(jī)特性。而對(duì)于更小的腔體，隔板存在對(duì)于性能的影響，則需要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的再次驗(yàn)證。

[1]GB/T1236-2000,工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)[S].

[2]曹文斌,楊立軍,等.無(wú)蝸殼風(fēng)機(jī)的特性研究及應(yīng)用[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2016(3).

[3]續(xù)魁昌.風(fēng)機(jī)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

TB657.2

A

1671-0711（2017）07（上）-0121-03