當(dāng)輪穀比為0.6時,軸流風(fēng)機(jī)峰值效率點處的效率為72%,效率偏低,應(yīng)控制模塊化風(fēng)機(jī)的輪穀比小于0.6。通過此約束條件,可以反推出800mm風(fēng)機(jī)輪穀比的上限。推導(dǎo)如下:
< 0.6(4.1a)D + At/ + A<0.6(D + A)(4.1b)d ,、, 0.4A,…、<0.6 (4.1c)DD式中,"為800mm原準(zhǔn)風(fēng)機(jī)的輪穀直徑,!)為800mm原準(zhǔn)風(fēng)機(jī)的葉輪直徑,即為800mm,A為從原準(zhǔn)風(fēng)機(jī)到模塊化風(fēng)機(jī)的葉輪直徑增加量,當(dāng)模塊化風(fēng)機(jī)取1000mm時,A = 200,代入公式得:d 0.4x200 d _ -, . .—<0.6,即一S 0.5(4.2)D800D由上式可得,當(dāng)80C)mm原準(zhǔn)風(fēng)機(jī)的輪轂選擇小于0.5時,根據(jù)800rnm風(fēng)機(jī)變輪轂性能曲線圖,可以推測模塊化設(shè)計的900mm和1000mm的峰值效率點在70%左右,并且800rnm風(fēng)機(jī)輪轂比選的越900mnn和1000mm模塊化風(fēng)機(jī)的性能越好。
但是輪轂比的減小,會使葉片根部的負(fù)荷系數(shù)增大,過大的負(fù)荷系數(shù)會在風(fēng)機(jī)的葉片根部產(chǎn)生附面層分離加劇。以下是輪轂比分別為0.45和0.475的800mm風(fēng)機(jī)流量為24000 m3/h時距離葉片根部10mm處的流場性能圖4.2。從流場對比圖中,可以看出,當(dāng)風(fēng)機(jī)輪轂比減小時,葉片根處的附面層分離會加劇,當(dāng)附面層分離嚴(yán)重到一定程度時,會影響風(fēng)機(jī)的流場和氣動性能。這也是繼續(xù)減小風(fēng)機(jī)輪轂比,而風(fēng)機(jī)效率增加幅度減小的原因。所以800mm風(fēng)機(jī)的輪轂比不能過小。
隨著800mm風(fēng)機(jī)的輪轂比的減小,全壓和效率逐漸升高,流量逐漸增大,風(fēng)機(jī)的內(nèi)功率也逐漸增大,當(dāng)電機(jī)功率過大時,必須換更大功率和尺寸的電機(jī),進(jìn)而使風(fēng)機(jī)靜葉部分輪轂直徑變大。下圖為不同輪穀比下800mm風(fēng)機(jī)的內(nèi)功率對比圖:據(jù)CB1173-1987艦用交流異步電動機(jī)技術(shù)條件可知,800mm風(fēng)機(jī)需選用7.5kW額定功率的動機(jī)。風(fēng)機(jī)輪與電動機(jī)串聯(lián)安裝在風(fēng)機(jī)殼體內(nèi)部,所以選擇132S或132M的B5型臥式凸緣安裝電動機(jī)。該型安裝尺寸如圖:4.4中132S或132M電動機(jī)的凸緣直徑P為300mm,接線盒高度AD為235mm。在軸流風(fēng)機(jī)中,在葉輪和電動機(jī)連接處,會安裝過渡段,過渡段一般接近接線盒的頂部,如下圖:由于過渡段的存在,風(fēng)機(jī)靜葉部分的輪轂會大于電機(jī)的凸緣直徑?？紤]介質(zhì)在流動過程中的順暢,軸流風(fēng)機(jī)動葉輪轂的直徑不應(yīng)小于風(fēng)機(jī)后段靜葉輪轂。本文中,將800mm風(fēng)機(jī)靜葉輪轂取為360mm,所以800mm風(fēng)機(jī)的最小輪穀比 360 + 800=0.45。當(dāng)風(fēng)機(jī)輪轂比取更小值時,風(fēng)機(jī)動靜連接處會形成臺階狀結(jié)構(gòu),從而影響軸流風(fēng)機(jī)的流程和氣動性能。以下是直徑為800mm風(fēng)機(jī)輪轂比為0.4時的結(jié)構(gòu)示意圖:
對直徑為800mm風(fēng)機(jī)輪穀比為0.4時風(fēng)機(jī)進(jìn)行流場模擬,得到臺階狀結(jié)構(gòu)處的瑞動能圖如下:了方便觀察在臺階截面附近的流場情況,本文在臺階處截取垂直軸向的截面。從風(fēng)機(jī)流場圖中可以看出,當(dāng)風(fēng)機(jī)動靜連接處存在臺階狀結(jié)構(gòu)時,在連接處的徑向截面內(nèi),臺階處附近的瑞動能較大,遠(yuǎn)離合階輪穀的地方,介質(zhì)流動時端動能較小。這說明臺階結(jié)構(gòu)的存在會使風(fēng)機(jī)的流動損失增加,惡化風(fēng)機(jī)的流場。綜合以上分析,當(dāng)設(shè)計800mm原準(zhǔn)風(fēng)機(jī)時,動葉輪轂比應(yīng)選為0.45,這即可以保證800mm風(fēng)機(jī)具有較優(yōu)性能,又可以使模塊化設(shè)計的900mm和1000mm風(fēng)機(jī)具有較小輪穀比。