“瘦身”集流器和擴壓器對軸流通風機性能的影響

摘要：敘述了軸流通風機集流器和擴壓器的設計及其合理的幾何參數；分析了減小集流器和擴壓器尺寸對軸流通風機性能的影響，提出了相應的對策。

關鍵詞：軸流式通風機；集流器；擴壓器；性能

中圖分類號：TH432.1 　　文獻標識碼：B

The Effects of “Downsizing” Set Converter and Diffuser on Axial-flow Fan Performance

Abstract: This paper has specified the design of converter and diffuser of axial-flow fan and its reasonable geometry parameters. The effects of downsizing set converter and diffuser on axial-flow fan performance are analyzed and the relevant countermeasures are pointed out.

Key words: axial-flow fan; collector; diffuser; performance

0　 引言

　　隨著煤礦用軸流主通風機市場競爭的不斷加劇，為降低成本、方便運輸，有的生產企業竟然對集流器和擴壓器的幾何尺寸進行“瘦身”處理。所謂“瘦身”，就是與合理的幾何參數相比，將集流器進口直徑減小、長度加大；將擴壓器出口直徑減小，長度亦減小。這種作法顯然是不妥的。對此，筆者認為，有必要再述集流器的合理幾何參數和擴壓器的正確設計，指出“瘦身”處理對軸流通風機性能的影響，并提出相應的對策。

1　 集流器幾何參數及其對風機性能的影響

　　集流器是軸流通風機重要的輔助部件。集流器有圓弧型和圓錐型兩種，見圖1a和圖1b。

　　文獻[1]給出了圓弧型和圓錐型集流器對壓力損失的影響，見圖2。

　　從圖2看到：

　　（1） 圓弧型集流器壓力損失最小，當r/d≥0.2時，K_x≈0.03；

　　（2） 對于圓錐型集流器θ=30°時，壓力損失最小，當L/d≥0.25時，K_x≤0.15；

　　（3） 兩種集流器相比，圓弧型的壓力損失最小，但制造較為復雜。

　　根據上述試驗結果與分析，得出集流器合理幾何參數為

　　圓弧型：

　　r=0.26d ，L=0.2d，d’=1.2d ；

　　或 r=0.30d，L=0.25d，d’=1.3d。

　　圓錐型：

　　θ=30°，L=0.25d（即d’=1.29d），△=0.04d 。

　　目前，國內企業大都設計、制造圓錐型集流器。經“瘦身”處理的圓錐型集流器的幾何參數為L=（0.40～0.45）d， d’=（1.15～1.20）d，△=0 。

　　于是有：θ=arctan［(d’-d)/2L]=9.5°～14.0°

　　查圖2得K_x=0.40～0.30，可見，“瘦身”的圓錐型集流器的壓力損失為合理的圓錐型集流器2倍以上。

2 　擴壓器幾何參數及其對風機性能的影響

　　擴壓器同樣是管道軸流通風機重要的輔助部件。國內煤礦用軸流主通風機大都選用抽出式通風方式，大中型軸流通風機大都選用錐形外筒、收斂式中間整流體的環型擴壓器，見圖3。

　　擴壓比： A₂/A₁=D₂²/[D₁²(1-x_b²)]

　　輪轂比： x_b=r₁/R₁

　　文獻[1]詳盡地敘述了擴壓器的設計方法：當量擴壓角法和查用曲線法，筆者不再贅述。圖4給出了帶收斂式中間整流的環形擴壓器的幾何參數曲線。

　　筆者了解到的“瘦身”擴壓器的幾何參數為L/R₁=3～4 ， A₂/A₁=1.9 ，并與輪轂比無關。從圖4查知，此“瘦身”擴壓器的輪轂比 x_b=r₁/R₁=0.20～0.48 。說明這種“瘦身”擴壓器只能用于低壓軸流通風機，作為煤礦用軸流主通風機，顯然是不合理的。若仍有 L/R₁=3～4 ，當 x_b=0.5～0.7時，則必須增大擴壓比，見表1。

表1 兩種擴壓器的對比

　　從表1看到：當“瘦身”與合理擴壓器長度L/R₁相同時，“瘦身”的擴壓比A₂/A₁小于合理的擴壓比，且輪轂比越大，減小的差距越大。

　　根據連續性條件，有

　　V₁A₁=V₂A₂=Q

　　則有V₂=（A₁/A₂）V₁

　　于是擴壓器出口動壓

　　p_d2=（1/2）ρV₂²=（1/2）ρ(A₁/A₂)² V₁²=(1/2)ρV₁²/（A₂/A₁）²

　　當 D₁（A₁）、Q（V₁）已定，由于“瘦身”后的A₂/A₁減小，p_2d則增大，即擴壓器的出口動壓增大。對于抽出式主通風機，出口動能排向大氣并不為用戶所用，出口動壓損失增大，導致主通風機裝置的靜壓效率下降。

　　下面再通過具體計算加以說明。

　　（1）當L/R₁=3.0，取“瘦身”擴壓器長度最短時：對于“瘦身”擴壓器，由于A₂/A₁=1.9 ，則

p_2d=（1/2）ρv₂²= （1/2）ρv₁²/（A₂/A₁）2=0.139ρv₁²。

　　對于合理擴壓器，不同輪轂比x_b時的p_2d為

　　x_b=0.5時，A₂/A₁=1.93，p_2d=0.134ρv₁² ；

　　x_b=0.6時，A₂/A₁=2.1，p_2d=0.113ρv₁² ；

　　x_b=0.7時，A₂/A₁=2.3 ， p_2d=0.0945ρv₁² 。

　　于是可知，x_b=0.5，0.6，0.7時，“瘦身”擴壓器出口動壓損失分別為合理擴壓器的1.04，1.22，1.47倍。

　　（2）當L/R1=4.0，取“瘦身”擴壓器長度最長時：對于“瘦身”擴壓器，由于A₂/A₁=1.9，p_2d= 0.139ρv₁² 。

　　對于合理擴壓器：

　　x_b=0.5時，A₂/A₁=2.25 ， p_2d=0.0988ρv₁²；

　　x_b=0.6 時， A₂/A₁=2.50 ，p_2d=0.08002ρv₁² ；

　　x_b=0.7 時， A₂/A₁=2.65 ，p_2d=0.0712ρv₁² 。

　　于是可知，x_b=0.5，0.6，0.7時，“瘦身”擴壓器出口動壓損失分別為合理擴壓器的1.41，1.74，1.96倍。

3 　結論

　　通過上述分析對比可知，“瘦身”集流器和擴壓器對軸流通風機性能帶來的影響。

　　現實的情況是，有的生產企業為了應對相互壓價的市場競爭，深知葉輪是軸流通風機的心臟，不敢在葉輪的設計和制造上做手腳，就選擇了在集流器和擴壓器等輔助部件上做文章。而用戶為了獲取廉價的風機，卻不知“瘦身”處理給使用帶來的不良影響。這種不正當競爭已成為風機運行效率低的一個新的原因。

　　筆者建議：生產企業嚴肅設計、嚴格制造、保質保量、誠信報價；不為壓價所惑，不在“瘦身”上作文章。用戶在嚴把報價關的同時，更要嚴把質量關，不能只貪圖便宜。一定要弄清楚產品是否做了“瘦身”處理，哪些地方做了“瘦身”處理。除了集流器和擴散器外，還要關注進口穩流段、消聲器、擴散塔、風門等大型部件，看其設計是否合理。要做到這些，關鍵是用戶的相關部門的人員要提高技術業務素質。

參 考 文 獻

［1］吳秉禮，等.軸流通風機的工程設計方法[M].吉林大學出版社，2007.