軸流風(fēng)機(jī)整體鑄造加工精度低,易產(chǎn)生缺陷。本文基于模塊化思想,將軸流風(fēng)機(jī)葉輪根據(jù)功能不同分為葉片和輪轂兩個(gè)模塊,并將葉片作為通用模塊,利用原準(zhǔn)葉片設(shè)計(jì)不同尺寸系列的模塊化軸流風(fēng)機(jī)。本文針對(duì)軸流風(fēng)機(jī)模塊化設(shè)計(jì)中輪轂比、原準(zhǔn)葉片安裝角確定和原準(zhǔn)葉片設(shè)計(jì)壓力選擇進(jìn)行了研究。

本文首先對(duì)改進(jìn)的變環(huán)量設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹,利用改進(jìn)的變環(huán)量設(shè)計(jì)方法在不同設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下,進(jìn)行了風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì),并對(duì)所設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了氣動(dòng)性能模擬和對(duì)比。通過性能對(duì)比可知,利用改進(jìn)的變環(huán)量設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī),壓力和效率呈現(xiàn)反相關(guān)關(guān)系,所以在模塊化設(shè)計(jì)高壓頭軸流風(fēng)機(jī)時(shí)需犧牲一部分風(fēng)機(jī)效率。在模塊化設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)過程中,原準(zhǔn)葉片需在不同輪轂比的風(fēng)機(jī)中工作,經(jīng)過模擬發(fā)現(xiàn),當(dāng)輪轂比過大時(shí),風(fēng)機(jī)的效率會(huì)下降,所以設(shè)計(jì)原準(zhǔn)風(fēng)機(jī)時(shí)需要在兼顧風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)性能時(shí)選擇盡可能小的輪轂比。

在原準(zhǔn)葉片與輪轂匹配組成特定尺寸的模塊化風(fēng)機(jī)時(shí),需要確定原準(zhǔn)葉片的安裝角,本文提出了基于幾何尋優(yōu)方法。另外,本文對(duì)原準(zhǔn)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)壓力的選擇進(jìn)行了研究,分別選擇低壓和中壓作為設(shè)計(jì)壓力,兩者800mm風(fēng)機(jī)的性能相近,但是在大尺寸風(fēng)機(jī)中,中設(shè)計(jì)壓力組成的風(fēng)機(jī)性能更優(yōu)。最終,在所設(shè)計(jì)原準(zhǔn)葉片的基礎(chǔ)上,本文給出了模塊化風(fēng)機(jī)的性能譜圖。

關(guān)鍵詞:軸流風(fēng)機(jī),數(shù)值計(jì)算,模塊化設(shè)計(jì),改進(jìn)的變環(huán)量設(shè)計(jì)

Abstract

The precision of manufacturing is low when the whole impeller of axial fan is cast and

this method is also easy to produce flaws.According to different functions,this

dissertation divides the axial fan into two parts:the blade and the hub,and makes the

blade as the general module,using the standard blade to design axial fan.And I do some

reaches on the hub ratio,the determination of the standard blade angle and the design

pressure of the standard blade.

At first,this dissertation introduces the improved variable circulation designing method,

Using this method,I design some axial fans basing on different design parameters and

structure parameters and then simulate the performances of these axial fans.By

comparison,we find that there is an inverse correlation between pressure and efficiency

of axial fan.Therefore we have to make some sacrifice on the fan efficiency when we

design axial fan with high pressure.During the modular design of fan,the standard has

to work in axial fans with different hub ratios.And we find that the fan efficiency gets

low when the hub ratio is oversize.Therefore,considering the fan structure and

aerodynamic performance,we should choose the small hub ratio.

We need determine the blade angle when the standard blade matches the hub.We

propose a method to determine blade angle using geometry optimization.In

addition,this dissertation does some researches on the design pressure of the standard

fan and selects low pressure and medium pressure as the design pressure to design

blades.Two blades have close performances in the fan with the diameter of 800mm,but

the medium-pressure blade has better performance in the larger size fan.Finally,we get

the performance spectrum of the modular fans basing the standard blade we design.

Keywords:Axial flow fan,Numerical simulation,Modular design,Improved variable

circulation design

第1章緒論

1.1研究背景及意義

近些年來中國的風(fēng)機(jī)制造行業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢(shì),無論在數(shù)量還是品種上都有了很大的突破。我國風(fēng)機(jī)制造業(yè)迅速的成長可以在總產(chǎn)值上體現(xiàn)出來,下表給出了近幾年中國風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇制造行業(yè)實(shí)現(xiàn)的累計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值[1][2][3】:軸流風(fēng)機(jī)葉輪主要由輪轂和葉片組成>一般通過整體鑄造生產(chǎn)。鑄造過程中所釆用的模樣對(duì)鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大[4]?，F(xiàn)在廣泛使用的模樣主要有金屬模樣和木模。木模的優(yōu)點(diǎn)有:質(zhì)量輕,價(jià)格低廉,容易加工,制作周期短等但木模尺寸精度差,因木模本身強(qiáng)度的原因,會(huì)使得在燒筑過程中變形量較大,影響成型后的質(zhì)量,且木模壽命比較短,容易損壞。金屬模具采用鑄件的毛述加工制作而成,其表面的粗糙度和尺寸精度能夠得到嚴(yán)格的控制。金屬模具一般適用于零件表面要求高或者大批量生產(chǎn)的場合。對(duì)于已經(jīng)設(shè)計(jì)成型的產(chǎn)品,可以采用金屬模具,重復(fù)使用,進(jìn)而在保證鎮(zhèn)件質(zhì)量的前提下減少反復(fù)制模的麻煩就價(jià)格而言,對(duì)于直徑為800mm的葉輪,國內(nèi)木模的價(jià)格約為1萬元人民幣,

金屬模具的價(jià)格為5~8萬元。許多廠商在風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)和研發(fā)過程中傾向于選用木模。但是,除了木模本身燒筑過程中變形量大外,在葉輪整體鑄造過程中,輪轂和葉片連接處厚薄不均勻,會(huì)導(dǎo)致金屬收縮得不均勻,進(jìn)而會(huì)影響葉輪鑄件的質(zhì)量,甚至造成鑄造的熱裂缺陷,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的不合格。另外,風(fēng)機(jī)的葉片是其主要做功部件,而輪轂對(duì)軸流風(fēng)機(jī)的性能影響相對(duì)較小,當(dāng)輪穀和汁片整體鑄造時(shí),由于結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,會(huì)導(dǎo)致整體鑄造的質(zhì)量水平降低,進(jìn)而影響葉輪葉片的加工精度。

模塊化設(shè)計(jì)方法是指根據(jù)功能和作用的不同,將產(chǎn)品劃分為一系列不同的模塊,將各個(gè)模塊分開設(shè)計(jì)和加工[9】[1Q】[11】,然后通過選擇各個(gè)模塊進(jìn)行組合,構(gòu)成不同的產(chǎn)品,從而滿足市場上不同需求的設(shè)計(jì)方法【12】【13][14】。葉片是風(fēng)機(jī)做功的主要部件,一般呈三維扭曲狀,葉片翼型形狀對(duì)軸流風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能影響很大,在加工時(shí)要求加工精度高。輪穀主要起連接和傳動(dòng)的作用,其加工精度可以降低?；谀K化設(shè)計(jì)思想,本文將風(fēng)機(jī)葉輪根據(jù)作用和加工要求不同分成兩個(gè)模塊:葉片和輪穀,將葉片作為通用模塊,模塊化設(shè)計(jì)軸流風(fēng)機(jī)。通過將軸流風(fēng)機(jī)模塊化方法設(shè)計(jì),不僅可以減少風(fēng)機(jī)制造廠商加工模具的成本,還可以使葉片和輪轂分開鑄造,從而完全避免熱裂現(xiàn)象,提高葉片模具的加工精度,進(jìn)而提髙風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的加工質(zhì)量。