導(dǎo)葉數(shù)目減少時(shí)軸流風(fēng)機(jī)效率明顯高于導(dǎo)葉數(shù)目增加時(shí)的風(fēng)機(jī)效率; 在導(dǎo)葉數(shù)目減少的方案中，在qv ＜ 87. 5 m3 /s 時(shí)全壓全部高于原風(fēng)機(jī)，在高于此流量時(shí)提升效果僅方案二比原風(fēng)機(jī)效率稍高，其余方案略低于原風(fēng)機(jī)，在設(shè)計(jì)流量82. 5 m3 /s 時(shí)，方案三的效率提升效果好，提升比例為0. 46 個(gè)百分點(diǎn); 在流量低于設(shè)計(jì)流量時(shí)，方案四至六于原風(fēng)機(jī)，高于設(shè)計(jì)流量時(shí)風(fēng)機(jī)效率低于原風(fēng)機(jī)，且隨流量增大，高溫軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)，效率下降速度加快。從性能比較上可以看出，方案三表現(xiàn)出優(yōu)于原風(fēng)機(jī)的性能，所以下文主要針對(duì)方案三和原風(fēng)機(jī)進(jìn)行流固耦合模擬研究。

軸流風(fēng)機(jī)軸功率Psh定義為單位時(shí)間內(nèi)原動(dòng)機(jī)傳遞給風(fēng)機(jī)軸上的能量，其大小可反映軸流風(fēng)機(jī)的能耗。因此導(dǎo)葉數(shù)目改造對(duì)于經(jīng)濟(jì)性的影響可通過軸功率來考察，圖5 為原風(fēng)機(jī)和方案三軸功率比較?？梢钥闯龇桨溉仍L(fēng)機(jī)軸功率有少許增加且變化不大，這也與方案三全壓提升做功能力增強(qiáng)有密切關(guān)系。

軸流風(fēng)機(jī)靜力結(jié)構(gòu)特性

在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和振動(dòng)直接關(guān)系到其安全運(yùn)行，其取決于葉片表面的氣動(dòng)載荷和本身固有的力學(xué)性能。而僅對(duì)流體域進(jìn)行研究還不能完全確定導(dǎo)葉數(shù)目變化是否對(duì)風(fēng)機(jī)固體域產(chǎn)生影響，為此利用ANSYS Workbench 軟件將流場(chǎng)壓力數(shù)據(jù)加載到動(dòng)葉片表面，對(duì)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉進(jìn)行了單向流固弱耦合，來研究導(dǎo)葉數(shù)目變動(dòng)后動(dòng)葉等效應(yīng)力、總變形及振動(dòng)的變化。

（1）當(dāng)導(dǎo)葉數(shù)減少時(shí)，隨著導(dǎo)葉數(shù)的增加，軸流風(fēng)機(jī)的性能優(yōu)于風(fēng)機(jī)。采用21個(gè)導(dǎo)葉的方案3是較佳方案，有效地提高了總壓效率。同時(shí)，改造后的軸功率略有增加，軸流風(fēng)機(jī)，方案3的功耗有所增加。

（2）當(dāng)流場(chǎng)數(shù)據(jù)加載到固體區(qū)域表面時(shí)，葉片的應(yīng)力、總變形和固有頻率基本不變。離心力對(duì)葉片的強(qiáng)度和振動(dòng)起著決定性作用，而空氣動(dòng)力對(duì)其影響不大。葉片的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于一階臨界轉(zhuǎn)速，不會(huì)發(fā)生共振。

（3）綜合考慮方案3風(fēng)機(jī)性能、軸功率、強(qiáng)度、振動(dòng)分析結(jié)果，圓形軸流風(fēng)機(jī)，減少一套導(dǎo)葉，也可降低設(shè)計(jì)制造成本。由此可見，減徑導(dǎo)葉方案3對(duì)實(shí)際生產(chǎn)和改造具有一定的參考意義。葉尖間隙對(duì)動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)實(shí)際失速線的影響。

結(jié)果表明，軸流風(fēng)機(jī)葉頂間隙過大，使風(fēng)機(jī)實(shí)際失速線與理論失速線有較大偏差。實(shí)際失速線向下移動(dòng)，同時(shí)會(huì)造成較大的負(fù)效率偏差。詳細(xì)描述了試驗(yàn)過程，分析了操作點(diǎn)在性能曲線上的位置。后通過接近失速試驗(yàn)確定風(fēng)機(jī)的實(shí)際失速線位置。通過引入相關(guān)系數(shù)，研究了葉尖間隙與失速點(diǎn)壓力偏差、效率偏差的關(guān)系。軸流風(fēng)機(jī)葉頂間隙與失速點(diǎn)的相對(duì)壓力偏差相關(guān)系數(shù)為-0.99，即葉頂間隙越大，實(shí)際失速線與理論失速線的偏差越嚴(yán)重，實(shí)際失速點(diǎn)的負(fù)壓偏差越嚴(yán)重。同時(shí)，葉頂間隙與效率偏差的相關(guān)系數(shù)為-0.93，即葉頂間隙越大，負(fù)效率偏差越大。

軸流風(fēng)機(jī)優(yōu)化思路

本模型采用Nelder － Mead 的優(yōu)化方法，用于非線性方程針對(duì)多目標(biāo)的優(yōu)化方法，能尋找到全局較小偏差，同時(shí)根據(jù)自變量的增加而線性增加計(jì)算負(fù)荷的大小。由于自變量的變化參數(shù)較多，為了避免出現(xiàn)非物理的優(yōu)化結(jié)果，提高優(yōu)化效率。本模型的優(yōu)化將分為兩個(gè)部分。

軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)的模型優(yōu)化

在設(shè)計(jì)點(diǎn)，風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)狀況較好，流動(dòng)損失小，。因?yàn)镵och ＆ Smith 的模型考慮了諸多物理因素并被廣泛驗(yàn)證了其合理性，因此不予優(yōu)化。有3 個(gè)參數(shù)需要優(yōu)化: 參考沖角、參考落后角和二次流損失。在一維計(jì)算時(shí)，由于模型中的經(jīng)驗(yàn)公式是從大量壓氣機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中提取出來的，針對(duì)某一特定的風(fēng)機(jī)幾何尺寸，首先需要對(duì)采用的損失和落后角模型進(jìn)行校驗(yàn)和標(biāo)定。標(biāo)定是根據(jù)風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速990r /min 時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)的安裝角不變情況下的實(shí)驗(yàn)氣動(dòng)性能曲線。其次，耐高溫烘烤專用軸流風(fēng)機(jī)，利用優(yōu)化得到的損失和落后角模型，對(duì)安裝角分別為 10°、 5°、－ 10°、－ 5°的軸流風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能進(jìn)行數(shù)值模擬并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，來驗(yàn)證本模型的準(zhǔn)確性和可靠性。因?yàn)楸撅L(fēng)機(jī)并未給定相關(guān)設(shè)計(jì)點(diǎn)的參數(shù)，軸流風(fēng)機(jī)模型中只能選取設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為990r /min 下率點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn)，選取實(shí)驗(yàn)的氣動(dòng)性能曲線做為優(yōu)化對(duì)象。

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