根據(jù)第四章利用 Fluent 仿真得到的三級(jí)離心風(fēng)機(jī)單級(jí)葉輪進(jìn)出口參數(shù)作為設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)，即流量 Q=2941m3/h，葉輪進(jìn)出口總壓差為 ?p =0.353bar，轉(zhuǎn)速 n=4600r/min，流體密度 ? =1.225kg/m3；葉輪的幾何尺寸如下：輪轂直徑 Dn=110mm，葉輪進(jìn)口寬度b1=48mm，吸力直徑 ds=256mm，葉輪直徑 d2=700mm，出口寬度 b2=22mm。忽略葉片的焊緣，利用 CFturbo 設(shè)計(jì)出原風(fēng)機(jī)的葉輪模型，步驟如下。
     根據(jù)葉輪幾何尺寸得到的風(fēng)機(jī)子午面的形狀如圖 6-2 所示。在原設(shè)計(jì)中風(fēng)機(jī)的輪盤曲線采用的是簡單的直線加圓弧的型式。最后建立的葉輪模型如圖 6-3 所示，此模型即為原風(fēng)機(jī)各級(jí)葉輪的形狀。
葉輪模型設(shè)計(jì)完后，利用 CFturbo 軟件的預(yù)測功能預(yù)測原風(fēng)機(jī)單級(jí)葉輪在 4600r/min轉(zhuǎn)速下的能曲線如圖 6-4、圖 6-5、圖 6-6。圖 6-4 所示為葉輪體積流量與進(jìn)出口壓差關(guān)系曲線圖，圖中交叉點(diǎn)為葉輪設(shè)計(jì)點(diǎn)，該點(diǎn)的數(shù)值經(jīng)過 Fluent 計(jì)算求得。從圖 6-5、圖 6-6 可看出，根據(jù)原葉輪的實(shí)際形狀設(shè)計(jì)出的葉輪，其進(jìn)出口壓差、效率的預(yù)測值比設(shè)計(jì)點(diǎn)的數(shù)值大，但葉輪實(shí)際所需功率也比設(shè)計(jì)點(diǎn)值大。
6.3 葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
分析原風(fēng)機(jī)單級(jí)葉輪的性能曲線，建立的優(yōu)化原則為：保證壓差不低于設(shè)計(jì)點(diǎn)的值，葉輪效率在設(shè)計(jì)點(diǎn)之上并相對較高，葉輪制造更簡單或更節(jié)約能源。在此原則下，原風(fēng)機(jī)葉輪的主要優(yōu)化方向是使所需電功率在設(shè)計(jì)點(diǎn)以下，并盡量使葉輪結(jié)構(gòu)簡單，便于制造。
針對此狀況，本節(jié)利用 CFturbo9 平臺(tái)對原葉輪參數(shù)的改進(jìn)方案進(jìn)行了探討，并通過該軟件的預(yù)測功能比較改進(jìn)前后葉輪的整體性能。
6.3.1 葉輪直徑
通過改變?nèi)~輪的直徑來研究葉輪直徑對葉輪性能的影響，分析原風(fēng)機(jī)葉輪直徑的優(yōu)劣。原風(fēng)機(jī)葉輪直徑為 700mm，在此基礎(chǔ)上，增加葉輪直徑為 500mm、600mm、800mm和 900mm 時(shí)的性能預(yù)測曲線，如圖 6-7、圖 6-8、圖 6-9 所示。觀察圖 6-7 發(fā)現(xiàn)，不同直徑的葉輪擁有不同的流量與進(jìn)出口壓差關(guān)系曲線，在同一流量狀態(tài)下，直徑越大葉輪壓差越大，且相鄰曲線之間的差值隨葉輪直徑的增大而增大，但只有當(dāng)直徑在 700mm以上時(shí)，壓差才能達(dá)到設(shè)計(jì)點(diǎn)要求。雖然壓差曲線不同，但從圖 6-8、圖 6-9 可知，各直徑下的葉輪流量與內(nèi)部效率、所需電功率曲線幾乎重合，即葉輪直徑對內(nèi)部效率、所需電功率的影響不明顯，但直徑的增大會(huì)加大對葉輪制造的難度，綜合考慮，在保證葉輪進(jìn)出口壓差大于或等于設(shè)計(jì)點(diǎn)壓差的情況下，本文對葉輪優(yōu)化后的直徑保持 700mm不變。
6.3.2 葉輪葉片數(shù)
取葉輪葉片數(shù)分別為 12、18、24 及 30，設(shè)計(jì)葉輪模型，并預(yù)測葉輪性能曲線如圖6-10、圖 6-11、圖 6-12 所示。葉輪取不同的葉片數(shù)，葉輪進(jìn)出口壓差與葉輪的效率對應(yīng)不同的數(shù)值，觀察流量壓差曲線發(fā)現(xiàn)，葉片數(shù)從 12 片增加到 18 片壓差的增量比 18 片增加到 24 片增量大，而從 18 片增加到 24 片的壓差增量又比 24 片增加到 30 片的增量大。其效率曲線亦有類似的規(guī)律，且效率變化不大。
從制造難易程度考慮，增加葉片數(shù)將大大增加葉輪制造難度且會(huì)降低精度，雖然增加葉片數(shù)可以提高葉輪的效率，但是從圖 6-11 可看出，當(dāng)葉片數(shù)從 24 片增加到 30 片式，效率只有微小的提高，當(dāng)葉片數(shù)由 24 片減少為 18 片時(shí)，效率降低的也很微小，但在 18 片時(shí)葉輪所需的電功率在設(shè)計(jì)點(diǎn)附近，且為最低，如圖 6-12 所示。因此，綜合以上考慮，將原風(fēng)機(jī)葉輪葉片數(shù)優(yōu)化為 18 片。