單葉輪軸流通風機的葉片扭曲規律研究及薄葉型設計

張君

摘要：單葉輪軸流通風機是動力學技術、機械技術以及電子技術等多方面的技術相互滲透、相互融合的結合型和實用性機械，由此來說，單葉輪軸流通風機是一類綜合性很強的機械，隨著單葉輪軸流通風機在各個領域的廣泛應用，進一步使各個領域的生產效率和運行環境的良好性得到了提高，大幅度的增加了員工工作的安全性能，但是由于中國在機械方面的機措施起步比較晚，與國際水平還具有著相當的差距。所以單葉輪軸流通風機的相關方面還需要進一步的研究探討，基于這個前提，本文采用了逐步分析和理論分析的方法針對單葉輪軸流通風機的葉片扭曲規律以及薄葉型設計展開分析和研究，以期為單葉輪軸流通風機的改良工作提供相應的幫助。

關鍵詞：單葉輪軸流通風機;葉片扭曲規律;薄葉型;研究設計

前言

隨著我國國民經濟以及科學技術的不斷發展，越來越多的現代化技術應用到了人們的生活生產中，為人們的工作帶來了極大的便利，其中就包括通風機的使用，在現今社會生產中，通風機得到了廣泛的應用，無論是化工、冶金石油工程，還是電力、交通、煙草、礦山等工業領域，都可以看到通風機的影子，除此之外，在通風、空氣調節、取暖等民用設施當中也可以發現通風機的使用。據統計現今每年我國三機一泵對于電能的消耗大概占到我國總發電量的30%左右，其性能的好壞對環保節能以及促進國民經濟的發展具著非常重要影響作用，所以，設計出更高效率，并且更廣工況范圍的的流體機械，一直以來都是人們堅持不懈的目標，單葉輪軸流通風機便是其中不能缺少的一個重要組成部分。

1.葉片的空間扭曲規律

在對軸流式通風機的現實設計過程當中，通?？梢圆捎米儹h量或者等環量的方法對葉片的空間扭曲規律進行確定，列成公式的形式為：

葉片絕對速度在圓周方向的分量之差（扭速）×葉片半徑環量指數=常數量

當環量指數等于1時，可以將公式改為：

葉片絕對速度在圓周方向的分量之差（扭速）×葉片半徑=常數量

這個時候將此扭曲規律設計的葉型稱之為等環量流型，當環量指數大于等于-1小于等于1時，這個時候將按此規律扭曲的葉型習慣，將其命名為變環量流型，在通常情況下單葉輪通風機設計中一般采用的流型是變環量流型，在使用變環量流型的設計方法中，環量指數的取值范圍的選取，對通風機的扭曲程度及弦長和全壓等重要參數沿著半徑方向上的分布規律具有著一定的影響作用[1]。

1.1環量指數與全壓之間的關系

通過文獻查找的方式，本文參照通風機在設計方面的原理，將葉片在不同半徑上的理論全壓用公式代表為：

全壓=工質密度×輪周速度×葉片絕對速度在圓周方向的分量之差

其中，輪周速度=角速度×葉片半徑

所以，公式可以轉換為：

全壓=工質密度×角速度×葉片半徑×葉片絕對速度在圓周方向的分量之差

1.2環量指數與葉片空間扭曲程度的關系

采用環量指數與全壓之間的關系的公式與圖1相結合，可以得到下列公式：

相對速度的矢量平均等于：

通過對上文的分析，我們可以發現，單葉輪風機葉片的進口氣流角沿著半徑方向是減小的，且與環量指數無關;環量指數的取值直接影響著葉片出口氣流角的變化趨勢，居于著一定的決定性作用。

1.3環量指數與葉片弦長之間的關系

由理想流體不可壓縮流體繞流葉柵的基本關系式：

葉片弦長=（4 ×全壓）÷（工質密度×葉型的升力系數×相對速度的矢量平均×效率×葉片數×角速度）

綜合前面三方面的內容，可以得出以下公式：

葉片弦長={葉片半徑（1-環量指數的取值范圍）÷ }×{（4 ×常數量）÷（葉型的升力系數×效率×葉片數）}

從該式中可以看出，當葉片數和升力系數等參數確定下來后，環量指數與葉片弦長有關，通過數學方法分析，當環量指數大于0小于1時，葉片弦長沿著半徑的方向慢慢的減小;當環量指數大于等于-1小于0時，葉片弦長沿著半徑的方向慢慢的增加，而且隨著環量指數絕對值的逐漸增大，葉片弦長增加的幅度在變大，當環量指數等于1時，葉片弦長增加幅度達到最大值[3]。

2.單葉輪軸流通風機的葉片薄葉型設計

2.1設計步驟：

第一步，對葉片各個截面上的氣流參數進行計算;

第二步，對各個截面的葉型展開設計;

第三步，進行空間扭曲葉片的成型操作;

第四步，對整個方案進行校核與檢驗。

2.2設計后期操作

設計完成后，會獲得葉片的型線。為了初步對這種葉片的性能進行確認，采用數值方法對該通風機通流部分的流場進行模擬實驗，并通過試驗臺架對該風機的流量以及全壓等參數進行測試，合格后，方可投入使用。

3.結論

隨著國民經濟的飛速發展，無論是電廠空冷系統、高層民用建筑領域，還是地鐵、化工石油等領域，都表現出了對單葉輪軸流式通風機的市場需求，這些通風機的都有著一個共同特點，那就是葉輪直徑和通風量都要符合其工況環境，當這些通風機的轉速過低的時候，槳根和槳尖處的周向速度就會相差較大，這樣一來，氣流的軸向速度就會緊跟著降低，當槳葉在正常運轉下，繞流的相關數據的變化范圍就會大幅度的增加。為了使得這種商業壟斷問題得到解決，增加中國風機工業的競爭能力和制造水平，非常需要對單葉輪軸流式通風機展開研制。只有這樣，才能夠使我國整體的國民經濟穩步的上升，保證我國的有一個良好的發展。

參考文獻：

[1]田夫，袁國凱，趙真真，王曉放，王爽，趙斌.單葉輪軸流通風機的葉片扭曲規律研究及薄葉型設計[J].風機技術，2014（05）：251-254.

[2]李景銀，楊斌，呂斌.滿足多個工況要求的軸流通風機設計參數的確定[J].風機技術，2004（06）：131-134+421.

[3]楊殿侯.試談軸流風機的設計計算[J].現代化農業，2010（01）：235-239+259.