摘要: 介紹了火電廠直接空冷風(fēng)機(jī)采用 5 次方流型的設(shè)計(jì)過程, 使用三維 N- S 方程對(duì)所設(shè)計(jì)的空冷風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)點(diǎn)的性能進(jìn)行了計(jì)算, 并與采用等 A流型的風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行了比較, 計(jì)算結(jié)果表明: 采用 5 次方流型設(shè)計(jì), 其全壓效率要比等 A流型的風(fēng)機(jī)高 10% 左右。
關(guān)鍵詞: 空冷風(fēng)機(jī)  設(shè)計(jì)  三維流場  數(shù)值模擬
中圖分類號(hào): TH43  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B
文章編號(hào): 1006- 8155( 2007) 01- 0017- 04Design and Flow Field Numerical Calculation ofAir Cooling Fan for Power StationAbstract: Design process of direct air cooling fanusing fifth power type line is introduced. T heperformance of air cooling fan designed with 3DN- S equation is calculated, comparing with theperformance of fan using equal- type line, theresult shows that the total efficiency of air coolingfan using fifth power type line is higher about10% .
Key words: Air cooling fan Design 3D flow field Numerical simulation
0  引言
由于水資源的匱乏和環(huán)境保護(hù)的要求, 國內(nèi)外火電廠的濕式冷卻塔正逐漸被空氣冷卻設(shè)備所取代。目前, 可供電站空冷選用的空冷系統(tǒng)有直接空冷系統(tǒng)、 采用混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)以及采用表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)。
空冷風(fēng)機(jī)的功能是向空冷凝汽器輸送冷空氣, 以冷卻、 冷凝冷凝汽器里的飽和蒸汽。該風(fēng)機(jī)為一種大風(fēng)量、 低壓頭、 小輪轂比, 無前、 后導(dǎo)葉的單葉輪軸流風(fēng)機(jī)?？绽滹L(fēng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)再經(jīng)齒輪減速箱來驅(qū)動(dòng), 必然要消耗動(dòng)力, 而且需要配置幾十臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)同時(shí)投運(yùn), 風(fēng)機(jī)的能耗是相當(dāng)大的, 占汽輪機(jī)額定功率的 1% ~ 2%。因此, 提高風(fēng)機(jī)的效率具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。目前大量使用的空冷風(fēng)機(jī)葉片, 采用的是早期的翼型, 因其沿展向的載荷分布不甚合理,使得風(fēng)機(jī)效率較低。因此本文采用沿展向載荷為 5 方曲線的流型設(shè)計(jì)了空冷風(fēng)機(jī)葉片, 并利用 CFD 求解器 Numeca 對(duì)空冷風(fēng)機(jī)的內(nèi)部三維粘性流場進(jìn)行數(shù)值模擬, 獲得了風(fēng)機(jī)內(nèi)部的許多流動(dòng)細(xì)節(jié)、 規(guī)律及性能參數(shù)。同時(shí), 還與采用等 A的變環(huán)量流型設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行了比較,結(jié)果表明: 采用 5 次方流型設(shè)計(jì)的空冷風(fēng)機(jī)效率要比等 A流型的風(fēng)機(jī)效率高 10% 左右。因此, 采用 5 次方流型設(shè)計(jì)的空冷風(fēng)機(jī)具有明顯的節(jié)能效果。
1  5 次方流型及其特點(diǎn)
一般工業(yè)用軸流通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)多采用全壓p 沿動(dòng)葉葉高按等 A規(guī)律分布, 即式中  r )) ) 計(jì)算基元級(jí)所處界面的半徑$ C u )) ) 葉輪進(jìn)出口氣流扭速之差通常取 A = - 1~ + 1。當(dāng) A= 1 時(shí)為等環(huán)
量流型; 當(dāng) AX1 時(shí)為變環(huán)量流型。
這樣的流型基本上能自動(dòng)滿足簡單的徑向平衡條件, 且沿葉高方向各截面的氣流速度和全壓比較均勻, 損失較小。但這樣的流型只有在整流條件比較好的流道中使用才會(huì)取得良好的效果, 若用在整流不好的流道中( 如圖 1 所示的空冷風(fēng)機(jī)) , 往往由于設(shè)計(jì)時(shí)不能滿足假設(shè)條件而使風(fēng)機(jī)的效率偏低。

鑒于空冷器用軸流風(fēng)機(jī)的整流條件很差,采用動(dòng)葉載荷沿葉高按 5 次方規(guī)律分布的設(shè)計(jì)方法 [ 1] 。即式中 A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 為待定常數(shù)。該流型的特點(diǎn):
( 1) 沿徑向分配的載荷不是均勻的, 葉片中間做功多, 兩端( 葉根和葉尖) 做功少;
( 2) 在葉片中部, 葉輪出口軸向氣流速度較大, 而在葉片兩端, 葉輪出口軸向氣流速度較小。風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中, 由于附面層及輪轂的影響, 葉根和葉尖處的氣流速度較低且均勻性差,而葉片中部流動(dòng)情況相對(duì)較好。因此, 采用 5次方流型設(shè)計(jì)空冷風(fēng)機(jī), 使葉片中部做功多, 出口氣流軸向速度大, 正好符合空冷風(fēng)機(jī)的實(shí)際情況。
5 次方流型中的 6 個(gè)待定常數(shù)由徑向平衡方程、 連續(xù)性方程及動(dòng)量方程確定。
6 個(gè)待定常數(shù)的初值可根據(jù)通風(fēng)機(jī)的總體氣動(dòng)參數(shù): 全壓和流量, 結(jié)合流型的特點(diǎn), 任意給定 5 次方曲線, 用回歸的方法即可得到。然后, 通過反復(fù)迭代, 試算最終可以確定流型中的全部待定常數(shù)。最后按一般計(jì)算方法計(jì)算出通風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)氣動(dòng)數(shù)據(jù)。
在計(jì)算時(shí), 應(yīng)考慮以下幾條原則:
( 1) 由于空冷風(fēng)機(jī)葉輪前后均無導(dǎo)葉, 葉輪出口旋轉(zhuǎn)動(dòng)能 0. 5Q C 2u 2 為無用能量, 所以為提高空冷風(fēng)機(jī)的效率, 應(yīng)盡可能地降低 C 2u , 以減少無用的能量損失;
( 2) 葉輪出口軸向速度 C A 沿葉高分布應(yīng)盡量均勻, 以減少葉輪出口后的氣流混合損失;
( 3) 由于空冷風(fēng)機(jī)多采用小輪轂比, 所以其葉根處氣流條件最惡劣, 葉根處設(shè)計(jì)不合理會(huì)影響整個(gè)流場, 影響通風(fēng)機(jī)的效率, 故而應(yīng)使葉根附近葉片的扭曲程度盡量平緩。