基于正交試驗的外轉子風機優化

張有軍　譚琴琴 李博

摘要：葉片數、安裝角和葉頂間隙等結構參數是影響風機的性能的主要因素，本文采用正交試驗設計的方法對外徑為450mm的外轉子風機的風葉進行了結構參數優化，優化結果顯示：優化目標為靜壓時，風機的靜壓值提升了8.8%；優化目標為效率時，風機模型比的效率提升了2個百分點。

Abstract： The structural parameters such as the number of blades， installation angle and tip clearance are the main factors affecting the performance of the fan. In this paper， the structural parameters of the rotor blades of the outer rotor with an outer diameter of 450 mm are optimized by orthogonal test design. The optimization result shows that： when the optimization target is static pressure， the static pressure value of the fan is increased by 8.8%； when the optimization target is efficiency， the efficiency of the fan model ratio is increased by 2%.

關鍵詞：風機；結構參數；正交試驗；優化

Key words： fan；structural parameters；orthogonal test；optimization

中圖分類號：U264.5+2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）32-0163-02

0 引言

風機由風葉和電機兩部分組成，外轉子電機的轉子在外，定子內嵌于轉子中，其結構緊湊，效率高于內轉子電機，配之于風葉組成外轉子風機在通風散熱和制冷等領域有著越來越廣泛的運用，而結構參數正是影響風葉氣動性能的重要因素[1]。

正交試驗設計是研究多因素多水平的一種設計方法，它是根據正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，通過對試驗結果的分析來了解全面的試驗情況，是一種尋求最優組合的高效設計方法，本文運用正交試驗的方法對我廠的型號為YWF-450S的風機的風葉進行優化設計。

1 試驗因素及正交表的選擇

YWF-450S的風機（圖1）為我廠早期設計生產的產品[2]，原始參數為：葉片數5，安裝角20°，葉頂間隙6mm，轉速1390rpm。靜壓和效率是評價風機性能的兩個重要指標，在本次優化中，選取靜壓p和效率η作為優化目標，選取葉片數z，安裝角β和葉頂間隙Tc作為本次正交試驗的試驗因素，各個因素各取3個水平。正交試驗因素和水平表見表1所示，正交設計試驗表見表2所示。

2 結構參數對風機性能的影響分析

2.1 靜壓計算結果

對表2正交試驗設計表中的9組試驗的風機模型進行三維建模并進行計算，YWF-450S的設計流量為1.4m3/s，靜壓計算結果見表3所示。

2.2 極差分析

以葉片數z來說明因素最優水平確定和極差計算過程。

水平1：K1=（49.3+59+60.4）/3=56.2

水平2：K2=（51.2+61.9+91.9）/3=68.3

水平3：K3=（50.5+84.1+90）/3=74.9

葉片數z的極差R=max（K）-min（K）=74.9-56.2=18.7

靜壓的極差分析見表4。效率的極差分析見表5。

極差R反應的是某一因素水平變化時，對實驗結果的影響的變化幅度，R越大說明此因素對靜壓的影響程度越大，從表4和表5可以看出，三個結構參數對風機的靜壓和效率的影響趨勢并不一致，對靜壓而言三個因素的最優水平組合為：z=6、β=30°、Tc=3mm，對這一組合的風機進行建模并計算，靜壓值為91.5Pa，優于表3中的所有值，比原有風機的靜壓值提升了8.8%。對效率而言三個因素的最優水平組合為：z=5、β=25°、Tc=3mm，對這一組合的風機進行建模并計算，效率值為25.6%，優于表3中的所有值，比原有風機的靜壓值提升了2個百分點。

3 結論

三個參數對風機靜壓的影響程度大小依次是葉頂間隙，葉片數和安裝角；對效率的影響程度大小依次是安裝角，葉片數和葉頂間隙。通過對YWF-450S風機進行正交試驗優化設計，風機的靜壓值提升了8.8%，效率提高了2個百分點，有效的提升了風葉的性能，增加了我廠的行業競爭力。

參考文獻：

[1]柳品.轉子結構對風扇性能和內部流動的影響研究[D].杭州：浙江理工大學，2011.

[2]吳秉禮，高延福.空氣冷卻軸流通風機[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2007.

[3]許江晨，劉海平.外轉子風機散熱結構優化設計[J].自動化博覽，2009（08）.