風機模塊化設計時安裝角的確定
風機模塊化設計是將風機葉片作為通用模塊,與不同尺寸的輪轂匹配,組成不同尺寸系列的風機,在與輪穀匹配時,需要確定原準葉片的安裝角。通過本文第三章中針對安裝角對軸流風機氣動性能的影響研究可知,葉片安裝角對風機的氣動性能影響較大。在本節(jié)中,根據(jù)幾何尋優(yōu)的方法探討原準葉片安裝角的確定準則。
在本節(jié)中選用上節(jié)中設計靜壓600Pa的風機葉片與輪毅匹配組成直徑為900mm的風機進行葉片安裝角確定準則的討論。將800mm風機中設計的葉片作為原準葉片,安裝到直徑為900mm的風機中,主要的風機結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括葉輪直徑、輪轂直徑等)已知,風機風筒和動葉輪穀的直徑都相應增加100mm;原準葉片的翼型幾何參數(shù)不再改變。
基于幾何尋優(yōu)的方法是從幾何角度出發(fā),通過枚舉設計流量和設計壓力,以此進行葉片設計,將設計出的葉片翼型截面與800mm原準葉片的翼型進行對比,以兩種葉片幾何形狀相差最小為尋優(yōu)目標。本文利用MATLAB中的fminsearch函數(shù)來實現(xiàn)尋優(yōu)過程,fminsearch主要用于求多維函數(shù)的極小值,該函數(shù)是基于Nelder-Mead 方法聞。了減小原準葉片與900mm風機中所設計葉片幾何形狀上的差異,可以將變環(huán)量指數(shù)作為一個變量,將其取值限定在-1~1范圍內(nèi)。為了便于描述,將根據(jù)假設設計工況(設計流量和設計壓力)和多變指數(shù)設計的900mm風機葉片稱為假設葉片。比較原準葉片和假設葉片的翼型時選擇葉根截面、葉頂截面和中間截面,具體方法是:根據(jù)假設設計工況,利用進口氣流角和出口氣流角公式,計算得到假設葉片的葉根截面、葉頂截面和中間截面的氣流進、出口角和氣流轉(zhuǎn)折角(氣流轉(zhuǎn)折角=出口氣流角-進口氣流角),對兩種風機的個角進行比較。已知800mm風機葉片翼型參數(shù)如下表4.3。
利用MATLAB中的fminsearch函數(shù)尋優(yōu)得到某變環(huán)量指數(shù)下,參數(shù)bi和b最小時的設計流量和設計壓力。再調(diào)整變環(huán)量指數(shù),從而尋優(yōu)得到使bi和b的值最小的工況組合,即兩種風機葉片的幾何形狀相差最小,將此時的設計流量和設計壓力稱為模塊化風機的適宜工況。根據(jù)上一節(jié)中的葉片參數(shù)尋優(yōu),得到的尋優(yōu)結(jié)果為變環(huán)量指數(shù)是-0.89,流量為35749 m3/h,壓力為1070Pa。從上述性能曲線圖可以看出,模塊化設計的900mm風機由于流通面積的增力口,適用更大流量工況。并且因其輪穀比的增大,其最高效率點的效率也有所下降。