基于流體分析的復式谷物清選機主風機的優化設計

李海青 劉文俊 胡 明

（山東省機械設計研究院，濟南 250031）

基于流體分析的復式谷物清選機主風機的優化設計

李海青 劉文俊 胡 明

（山東省機械設計研究院，濟南 250031）

針對復式清選機主風機產生的氣流速度過小、分布不均勻、影響谷物籽粒清選質量等問題，利用CFD流體分析對主風機的結構進行優化，通過增加進氣口提高進氣量，優化蝸殼尺寸提高出風口風速，從而使穿過篩孔的氣流更加均勻并達到谷物籽粒的臨界懸浮速度。

復式谷物清選機 主風機 CFD

引言

復式清選機是將風選和篩選組合在一起的風篩類清選機，為可清選多種谷物，風選的風量調節范圍要廣，篩片的規格要多，目的是清除碎莖葉、穎殼、粉塵、草籽等谷物夾雜物，同時清除大于或等于所規定尺寸范圍內的谷物和較輕籽粒。經過清選，去除摻雜物，并對谷物進行分級，使加工后的谷物籽粒均勻飽滿，容重、千粒質量、凈度、發芽率等有很大提高。

1 結構特點

復式清選機的風選采用厚糧層重力風選工藝，比重分離臺篩面為鋼板沖制而成的帶有翹曲和傾斜度的多孔面板，以增大谷物的拋擲力并控制氣流方向。在主風機氣流作用下，谷物由于臨界速度的差異沿比重分離臺篩面鉛錘方向分層，雜余和較輕的籽粒懸浮在上層，重籽粒沉聚在下層，同時比重分離臺往復運動，上層雜余和較輕的籽粒在篩面傾斜往復運動和風力的共同作用下移到篩面低處，沉聚在下層的重籽粒在篩面傾斜往復運動下移動到篩面高處，輕重不同的籽粒在比重分離臺得到分選。在這個過程中，穿過篩面合適的風速使籽粒達到臨界懸浮狀態，這時的清選效果最佳，因此主風機的結構和參數至關重要。

2 主風機存在的問題

主風機的作用是產生穿過比重分離臺篩面的氣流，使谷物達到懸浮狀態，目前在清選谷物時，籽粒很難達到懸浮狀態，小于籽粒臨界速度，及主風機產生的風速過小，另外篩面中間與兩邊的懸浮狀態不同，中間懸浮的高度高于兩邊，這兩種情況都會造成清選質量不理想、不均勻。因此需要對主風機進行優化。

3 主風機結構及優化

如圖1所示，主風機為離心式大流量風機，6片直葉片通過固定板連接到轉軸上，風機旋轉產生的氣流經過導流框吹向比重分離篩的篩孔，從而使谷物籽粒獲得達到臨界懸浮的氣流速度。因此如果風機產生的風量不足就造成氣流速度過小無法達到籽粒的臨界懸浮速度。利用CFD流體分析對風機進行流體分析，以便于查看風機的狀態。

如圖2所示，風機動壓跡線集中在兩端即離進風口很近的地方，而風機中部幾乎沒有動壓跡線，因此可初步判斷風機的進風量不足。如圖3所示，風機兩端出口速度較高，中間部分速度較低，因此得出結論：風機的進風量不足，影響出口風速。提高風機的風量可采取以下兩種方法。

圖1 風機結構圖

圖2 動壓流動跡線圖

圖3 風機出口速度等高線圖

（1）提高風機轉速。目前風機轉速n=816r/min，葉輪線速度v線=29m/s，通過提高轉速的方法已沒有空間，且如果采用提高轉速，就要考慮增加葉片、固定板、支撐筋的強度及電機功率是否過載等，綜合考慮此方法不是最優方案。

（2）增大進氣量。通過圖1可發現，整個風機軸向較長，而進風口在兩端，盡管葉片上有導流角，風流仍然很難進入到風機中部，造成風機出口中部位置的風速過小，如果增大兩端進風口（D進=380mm），會減小風機產生的風壓，因此考慮在風機中部增加進風口的方案，優化后的風機結構如圖4所示，優化后的分析結果如圖5所示。

圖4 優化后的風機結構圖

圖5 速度跡線圖

圖6 速度跡線圖

圖7 出口速度等高線

從圖5可發現，在風機內部跡線基本均勻，可見進氣量滿足風機需要，在風機中部增加兩個進氣口能滿足進氣要求。但同時發現風機的最大氣流速度未出現在風機出口位置，而是在出口下側的蝸殼內部，形成最大氣流速度過早，對最終產生籽粒懸浮不利，說明葉片和蝸殼的配合的氣隙尺寸不合理，對蝸殼基方及漸開線圓弧半徑進行優化后得到如圖6所示的速度跡線圖和圖7所示出口速度等高線。

通過對圖6和圖7分析可知，風機出口氣流基本均勻，平均速度為23m/s，滿足籽粒臨界懸浮速度要求。經過廠家的試制應用，效果理想，解決了復式清選機主風機的問題，使籽粒達到臨界懸浮速度，且氣流分布均勻，清選效果更加理想。

[1]中國農業機械化科學研究院.農業機械設計手冊[M].北京：中國農業科學技術出版社，2007：960-969.

[2]李慶宜.通風機[M].北京：機械工業出版社，1983.

Optimization Design of the Main Fan of the Compound Sorting and Clearing Machine Based on the Analysis of the Fluid

LI Haiqing, LIU Wenjun, HU Ming
(Shandong Machinery Design and Research Institute, Jinan 250031)

For compound sorting and clearing machine of main fan produces airflow speed too small and distribution is not uniform to affect of grain cleaning effect problem. This paper uses the CFD to analysis the main fan for optimizing the structure, by increasing inlet port raised the amount of intake, optimizing the size of the spiral case to increase the wind speed of the air at outlet, and the more uniform and reach the critical suspension velocity of grain through the sieve airflow.

double-grain sorting machine, main fan, CFD