负压风机厂清洁度和压缩机有什么关系？小流量下周向弯曲叶片内流

答：空气中由于风的作用，总是含有不同程度的尘埃和其他杂质，如果空气中灰砂杂质含量过多，对压缩机有相当的危害性。危害性有下列几点：
1、砂粒相当坚硬会磨损气缸、活塞环、活塞杆填料和其机件，缩短机器的使用寿命；
2、灰尘进入气缸与润滑油相混合，在气作，活塞环中会结成焦块，一方面妨碍机械润滑，能引起拉缸、拉瓦；另一方面在压缩机高温，砂粒多的情况下可能引起爆炸的危险；
3、灰砂进入高机容易堵塞气作、冷却器，空气管路和风动机械，造成压缩设备的不严密性，以致降低风量；
4、由于尘埃会增加压缩机的磨损，破坏压缩机的润滑，影响气体的冷却，致使压缩气体的终温增高，电能消耗也将急骤增加。
所以，在空气或其他气体进入压缩机之前必须经过装设有滤清器的设备以防灰尘杂质进入气缸中，防止相对滑动件有急剧增大的磨损，也能防止润滑油的氧化。

摘要 ：以不同周向方向弯曲叶片的低压轴流通风机为研究对象，采用数值模拟方法，研究小流量下周向弯曲对叶片内流动特性的影响，并得出了结论。

关键词 ：轴流式风机；周向弯曲；小流量；内流特性

中图分类号： V231.3 　　　　　文献标识码： B

The Research on the Inner Flow Characteristic of Circumferential Direction Bowed Blade with Mini Flow

Abstract: In this paper, taking the low pressure axial-flow fan which has different circumferential direction bowed blade as the research object and using the numerical simulating method, the influence of circumferential direction bend with mini flow on the inner flow characteristic of the blade is studied and the conclusion is obtained.

Key words: axial-flow fan; circumferential direction bend; mini flow; inner flow characteristic

0 引言

　　近些年，弯掠技术在叶轮机械领域的研究，显示出弯掠叶片不仅可以使气动-声学性能有大幅度提高，而且弯掠叶片还有显著的扩大稳定工作范围的效果[1-3]。讨论弯掠叶片用于控制低速轴流风机气动性能极限，是十分有意义的工作。Wright和Simmons[4]等人在研究弯掠对降低低速轴流风机的噪声时，指出其前弯叶片的静压升增加，气动性能提高。 Corsini和Vad研究了工业轴流风机，发现了效率和失速区显著改变[5]。Crosini和Rispoli[6]对前掠35°和径向NFV轴流风扇的流场进行数值模拟，分析了设计流量工况和峰值压力工况下前掠对叶栅通道和出口流场的流动结构和损失分布。指出前弯叶片的展向二次流被削弱，控制了失速区的发展，弯掠转子降低了泄漏流影响的程度。

　　关于周向弯曲叶片前期研究结果显示[7-8]，周向弯曲叶片的总压升较常规叶片降低，稳定工况范围扩大。主要通过分析小流量下流场特性，加强理解周向弯曲叶片对低压轴流 风机失速区转移的潜在影响，分析总压降低原因。主要采用数值方法对周向弯曲叶片设计工况和小流量工况的流场进行模拟。分别针对径向叶片和带有周向前弯、后弯叶片的低压轴流风机，考察设计流量工况和近峰值压力小流量工况，不同周向弯曲方向，对叶片通道内和转子后的流动结构、损失分布的影响。分析压升系数和出口总压损失，寻找总压降低原因。

1 　计算模型和方法

　　弯掠叶片是以低压轴流通风机T35-11№5为原型进行设计的。T35原型叶轮并不是一种常规径向叶轮，其叶片从叶根到叶顶呈明显上反，推算可得T35原型叶片上反角度γ＝2.42°，周向前弯角度δsk＝1.27o。保持T35原型叶片几何参数不变（叶片数、弦长和安装角等），取消原型叶轮前弯角后将叶片顺叶轮旋转方向前弯，前弯和后弯角度均为8.3°，采用直线＋圆弧型积迭线，交点在相对叶高0.4处。几何模型见图1，其它参数见文献[8]。叶轮的主要设计参数：额定转速为1440r/min，叶轮外径为500mm，安装角为25°。

　　叶轮计算区域由叶片主流区和叶顶间隙区两部分组成。网格策略为，叶片通道主流区采用H型网格，网格点数：流向×叶展方向×跨叶片方向=129×73×65，叶顶间隙区采用H-O１型网格，网格点数为65×13×13，即在间隙高度方向和叶片厚度方向分别取13个点。利用勃拉修斯（Blasius）公式，近似预估第一层网格点与壁面之间的距离уwall，у+取1。采用时间相关法求解雷诺平均Navier-Stokes方程组，选用Spalart-Allmaras湍流模型。空间离散为守恒形式的有限体积法，中心差分格式。采用四阶Runge-Kutta法进行时间推进。同时利用多重网格和隐式残差均化对流动实施加速收敛。

　　边界条件具体设置：进口给定总压、总温；出口给定质量流量；叶轮进出口延伸区给定周期条件，绝热固体壁面给定无滑移条件。当进、出口质量流量误差小于或等于5e-5时认为计算达到收敛。

2 　结果分析和讨论

　　根据GB/T1236-2000《工业通风机 用标准化风道进行性能试验》标准对3个叶轮进行了气动性能进气装置试验；对3种叶片全压特性曲线进行了模拟计算，模拟转速为1440r/min。 计算结果与试验结果进行比较，见图2（其中pt为全压升，qm为质量流量）。由图中看出，径向叶片全压升最高，前弯叶片次之，后弯叶片最小，径向叶片和前弯叶片均出现鞍形拐点。设计流量工况和近峰值压力工况的3个叶片计算总压升，与试验符合较好，计算结果是准确可靠的。选择两种工况：设计流量与近峰值压力工况，对径向叶片和周向前弯和后弯叶片单通道流场进行计算，考察周向弯曲叶片对叶栅内部流动和叶片出口下游流动的影响。

　　小流量下3种叶片的出口截面周向压升系数，叶中部整体较设计流量均增加，叶顶区域增加更大。其中前弯叶片的周向压升系数是最小的。周向弯曲改变了叶顶处的周向速度分布，降低了前弯和后弯的靠近叶顶区域的压升。这种分布变化进而改变了叶顶处压力分布，对叶顶间隙流动起到了弱化和稳定作用。叶片的周向前弯和后弯，降低了叶顶区域的周向压升系数，是叶片总压降低的原因之一。

　　叶栅的总压损失的大小是与叶片吸力面上的速度扩压成正比的，凡引起大速度扩压的叶片表面速度分布，都趋向于产生较厚的叶片附面层。笔者采用扩压因子D来作为叶片的负荷参数。它的采用能给出一个考虑升力系数或其它参数对扩压叶栅来说更好的损失预示方法，也是对扩压叶栅损失分析中采用附面层方法更可靠的方法。为考察叶片负荷在两种工况下，周向弯曲叶片的表现，进行了扩压因子D计算，扩压因子D沿展向分布见图5。 　

　　扩压因子D定义为损失与通过叶片载荷的比值。Lieblein[9]提出对于不可压缩的风机流，扩压因子D不应大于0.5，以控制叶型损失，扩压因子D一般是中径附近较均匀，而在叶根和叶尖处减小。对于不可压缩流体扩压因子D计算表达式为

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