单叶轮轴流通风机的叶片扭曲规律研究及薄叶型设计

张君

摘要：单叶轮轴流通风机是动力学技术、机械技术以及电子技术等多方面的技术相互渗透、相互融合的结合型和实用性机械，由此来说，单叶轮轴流通风机是一类综合性很强的机械，随着单叶轮轴流通风机在各个领域的广泛应用，进一步使各个领域的生产效率和运行环境的良好性得到了提高，大幅度的增加了员工工作的安全性能，但是由于中国在机械方面的机措施起步比较晚，与国际水平还具有着相当的差距。所以单叶轮轴流通风机的相关方面还需要进一步的研究探讨，基于这个前提，本文采用了逐步分析和理论分析的方法针对单叶轮轴流通风机的叶片扭曲规律以及薄叶型设计展开分析和研究，以期为单叶轮轴流通风机的改良工作提供相应的帮助。

关键词：单叶轮轴流通风机;叶片扭曲规律;薄叶型;研究设计

前言

隨着我国国民经济以及科学技术的不断发展，越来越多的现代化技术应用到了人们的生活生产中，为人们的工作带来了极大的便利，其中就包括通风机的使用，在现今社会生产中，通风机得到了广泛的应用，无论是化工、冶金石油工程，还是电力、交通、烟草、矿山等工业领域，都可以看到通风机的影子，除此之外，在通风、空气调节、取暖等民用设施当中也可以发现通风机的使用。据统计现今每年我国三机一泵对于电能的消耗大概占到我国总发电量的30%左右，其性能的好坏对环保节能以及促进国民经济的发展具着非常重要影响作用，所以，设计出更高效率，并且更广工况范围的的流体机械，一直以来都是人们坚持不懈的目标，单叶轮轴流通风机便是其中不能缺少的一个重要组成部分。

1.叶片的空间扭曲规律

在对轴流式通风机的现实设计过程当中，通常可以采用变环量或者等环量的方法对叶片的空间扭曲规律进行确定，列成公式的形式为：

叶片绝对速度在圆周方向的分量之差（扭速）×叶片半径环量指数=常数量

当环量指数等于1时，可以将公式改为：

叶片绝对速度在圆周方向的分量之差（扭速）×叶片半径=常数量

这个时候将此扭曲规律设计的叶型称之为等环量流型，当环量指数大于等于-1小于等于1时，这个时候将按此规律扭曲的叶型习惯，将其命名为变环量流型，在通常情况下单叶轮通风机设计中一般采用的流型是变环量流型，在使用变环量流型的设计方法中，环量指数的取值范围的选取，对通风机的扭曲程度及弦长和全压等重要参数沿着半径方向上的分布规律具有着一定的影响作用[1]。

1.1环量指数与全压之间的关系

通过文献查找的方式，本文参照通风机在设计方面的原理，将叶片在不同半径上的理论全压用公式代表为：

全压=工质密度×轮周速度×叶片绝对速度在圆周方向的分量之差

其中，轮周速度=角速度×叶片半径

所以，公式可以转换为：

全压=工质密度×角速度×叶片半径×叶片绝对速度在圆周方向的分量之差

1.2环量指数与叶片空间扭曲程度的关系

采用环量指数与全压之间的关系的公式与图1相结合，可以得到下列公式：

相对速度的矢量平均等于：

通过对上文的分析，我们可以发现，单叶轮风机叶片的进口气流角沿着半径方向是减小的，且与环量指数无关;环量指数的取值直接影响着叶片出口气流角的变化趋势，居于着一定的决定性作用。

1.3环量指数与叶片弦长之间的关系

由理想流体不可压缩流体绕流叶栅的基本关系式：

叶片弦长=（4 ×全压）÷（工质密度×叶型的升力系数×相对速度的矢量平均×效率×叶片数×角速度）

综合前面三方面的内容，可以得出以下公式：

叶片弦长={叶片半径（1-环量指数的取值范围）÷ }×{（4 ×常数量）÷（叶型的升力系数×效率×叶片数）}

从该式中可以看出，当叶片数和升力系数等参数确定下来后，环量指数与叶片弦长有关，通过数学方法分析，当环量指数大于0小于1时，叶片弦长沿着半径的方向慢慢的减小;当环量指数大于等于-1小于0时，叶片弦长沿着半径的方向慢慢的增加，而且随着环量指数绝对值的逐渐增大，叶片弦长增加的幅度在变大，当环量指数等于1时，叶片弦长增加幅度达到最大值[3]。

2.单叶轮轴流通风机的叶片薄叶型设计

2.1设计步骤：

第一步，对叶片各个截面上的气流参数进行计算;

第二步，对各个截面的叶型展开设计;

第三步，进行空间扭曲叶片的成型操作;

第四步，对整个方案进行校核与检验。

2.2设计后期操作

设计完成后，会获得叶片的型线。为了初步对这种叶片的性能进行确认，采用数值方法对该通风机通流部分的流场进行模拟实验，并通过试验台架对该风机的流量以及全压等参数进行测试，合格后，方可投入使用。

3.结论

随着国民经济的飞速发展，无论是电厂空冷系统、高层民用建筑领域，还是地铁、化工石油等领域，都表现出了对单叶轮轴流式通风机的市场需求，这些通风机的都有着一个共同特点，那就是叶轮直径和通风量都要符合其工况环境，当这些通风机的转速过低的时候，桨根和桨尖处的周向速度就会相差较大，这样一来，气流的轴向速度就会紧跟着降低，当桨叶在正常运转下，绕流的相关数据的变化范围就会大幅度的增加。为了使得这种商业垄断问题得到解决，增加中国风机工业的竞争能力和制造水平，非常需要对单叶轮轴流式通风机展开研制。只有这样，才能够使我国整体的国民经济稳步的上升，保证我国的有一个良好的发展。

参考文献：

[1]田夫，袁国凯，赵真真，王晓放，王爽，赵斌.单叶轮轴流通风机的叶片扭曲规律研究及薄叶型设计[J].风机技术，2014（05）：251-254.

[2]李景银，杨斌，吕斌.满足多个工况要求的轴流通风机设计参数的确定[J].风机技术，2004（06）：131-134+421.

[3]杨殿侯.试谈轴流风机的设计计算[J].现代化农业，2010（01）：235-239+259.