[发明专利]基于变工况的离心风机蜗壳半径设计方法

说明书

技术领域

本发明属于机械设计技术领域。特别涉及一种基于变工况的离心风机蜗壳半径设计方法。

背景技术

目前，矩形蜗壳主要依据对数螺线和设计流量进行设计。未考虑到蜗壳壁面曲率和变工况对风机性能的影响。蜗壳壁面曲率对蜗壳内部流体的流动稳定性和二次流效应有重要的影响。由于目前风机蜗壳是基于设计流量进行设计的，当风机在非设计流量（即变工况）下运行时，风机性能低下。

发明内容

本发明的目的是提出了一种基于变工况的离心风机蜗壳半径设计方法，其特征在于，目前风机蜗壳半径的计算公式为

在设计蜗壳半径时引入一个修流量正系数Φ，对设计流量进行修正，则蜗壳半径为

其中，流量修正系数Φ的计算公式为

式（1）～式（3）中，Q是设计流量/m³/s，B是蜗壳宽度/m，C'_2u是叶轮出口处流体周向速度/m/s，R₂是叶轮半径/m，是旋转角/rad，K₁、K₂和K₃是的修正系数。

所述在蜗壳半径计算式中引入变工况数和面积因数，对新的蜗壳结构进行优化，其目标函数公式如下

其中，n是变工况数，C是面积因数，是原风机蜗壳半径/m，Φ'(i)是负荷数，其计算公式为：Φ'(i)=a+0.1(i-1)，在这里，a为设计蜗壳半径时所考虑到的最小负荷，i为工况数，i∈[1,n]。

所述（负荷为Φ'(i)时的蜗壳半径）的计算公式为

其中，Q是设计流量/m³/s，B是蜗壳宽度/m，Φ'(i)是负荷数，C'_2u是叶轮出口处流体周向速度/m/s，R₂是叶轮半径/m，是旋转角/rad。

本发明的有益效果是该方法在设计蜗壳半径时不仅修正了原风机蜗壳的对数螺旋线曲率，而且在设计时充分考虑了变工况对风机性能的影响：减小风机在非设计流量下运行时的能量损失，同时，修正蜗壳壁面的曲率，改变蜗壳流道内流体的流动稳定性和二次流效应，提高风机性能。

附图说明

图1是离心风机结构示意图。

图2是设计的新风机蜗壳半径与原风机蜗壳半径的对比示意图。

具体实施方式

本发明提出了基于变工况的离心风机蜗壳半径设计方法。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1所示是离心风机结构示意图。风机蜗壳2内安装叶轮1，

图2所示为设计得到的风机蜗壳半径与原风机蜗壳半径的对比示意图。图2中，曲线1为原G4-73№8风机对数螺旋线蜗壳，曲线2为G4-73№8风机基于变工况的对数螺旋线蜗壳（K₁=1.1415，K₂=0.1589和K₃=0.9891，变工况数n=13）。蜗壳半径优化过程如下：

1.选择变工况数n；

2.根据目标函数（4），求出K₁、K₂和K₃的最优解；

3.将上述优化结果代入式（2）和式（3），计算优化后的蜗壳半径。

在图2中，新蜗壳与原蜗壳相比，在小旋转角处的蜗壳半径2.1减小，壁面曲率增大；大旋转角处的蜗壳半径2.2增大，壁面曲率减小。

本发明克服目前风机蜗壳的对数螺旋线曲率和变工况对风机性能的不利影响，减小风机在非设计流量下运行时的能量损失。