可逆地铁风机气动设计研究.pdf

28 FL UI D MACHI NERY Vo 1 ．4 0， No ． 1 0， 2 01 2 文章编号 1 0 0 5 0 3 2 9 2 0 1 2 1 0 0 0 2 8 0 5 可逆地铁风机气动设计研究 谢乐成 ， 秦学志。 李颖华 天津市通风机厂， 天津3 0 0 1 5 1 摘要 对于可逆地铁风机的气动设计， 给出了常规的直叶片和弯掠组合叶片2种设计方案。采用 F L U E N T软件分别 对2种设计方案进行了数值模拟分析计算。同时制造2种设计方案的样机各一台， 进行了风机性能测试。通过数值模 拟结果与试验结果 的对 比分析 ， 比较了 2种设计方案 的先进性 。 关键词 地铁风机； 可逆； 气动设计 中图分类号 T H 4 3 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 0 3 2 9 ． 2 0 1 2 ． 1 0 ． 0 0 7 St u dy o f Re v e r s i b l e S ub wa y Fa n Ae r o d yn mni c De s i g n X I E L e c h e n g ， Q I N X u e - z h i ， L I Y i n g h u a T i a n j i n V e n t i l a t o r Ma n u f a e t o r t ， T i a n j i n 3 0 0 1 5 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e a e r o d y n a mi c d e s i g n o f t h e r e v e r s i b l e s u b w a y f a n，t w o d e s i g n o f t h e c o n v e n t i o n a l s t r a i g h t b l a d e a n d s k e w e d - s w e p t b l a d e we r e g i v e n ．T h e t w o d e s i g n o p t i o n s w a s s i mu l a t i o n a n a l y z e d a n d c alc u l a t e d u s i n g t h e F L U EN T s o f t wa r e ．Ma n u f a c t u ri n g t h e pr o t o t y p e o f t he t wo d e s i g n e a c h o ne，f a n p e r f o r ma n c e t e s t s ． Th e n ume ric a l s i mu l a t i o n r e s ul t s wi t h t h e e xp e r i me n t a l r e s ul t s o f c o mpa r a t i v e a n a l y s i s，c o mp a r e t h e a d v a n c e d n a t u r e o f t he t wo de s i g n． Ke y wo r ds s u bwa y f a n；r e v e r s i bl e； a e r o d y na mi c de s i g n 1 前言 通风和环境控制是地铁工程中的两大重要系 统 ， 系统 中需要大量的通风设备。地铁环控系统 的风机一般为大型轴流风机 ， 有 的环控 系统还对 风机提出可逆通风要求 ， 要求风机可以实现正反 向通风。可逆风机和一般单向轴流风机的空气动 力设计有较大变化 ， 一是尽量选用反风性 能好 的 翼型 ， 二是进行气动设计方法优化。 本文针对地铁环控系统对可逆地铁风机的要 求 ， 给出 2个方案的风机叶型设计结果 ， 为了对 2 种设计方案进行评 价， 采用同一 C F D软件 ， 对风 机进行数值模拟分析 ， 三元流场分析 。对 2个设 计方案又制造了 2台样机 ， 进行试验测试。通过 数值模拟和实测验证风机空气动力设计、 总体结 构设计和风机流道设计的准确性和合理性 。 收稿 日期 2 0 1 20 5 2 9 修稿 日期 2 0 1 2⋯0 8 3 1 2可逆风机设计要求 可逆风机设 计参数 为 叶轮直 径 1 ． 8 m， 转 速 9 8 5 r ／ m i n ， 风量 6 0 m ／ s ， 全 压 1 0 0 0 P a 。可逆 性能要求 反向运转风量与正 向运转风量之 比不 低于 9 5 ％。 3 空气动力设计 风机叶轮叶片叶型设计分别采用孤立翼型法 加叶栅法修正和 叶栅 法 。风机 级 的形式 为单 级叶轮级“ R” 级 ， 第 1台样机采用常规直 叶片叶 型 ， 第 2台样机采用前弯前掠组合叶型。 3 ． 1 常规直叶片叶型 设计方法 孤立翼型法加叶栅修正。叶型 常 规直叶片全对称叶型 ， 翼面为圆弧面。流型 采用 变环量流型 ， △C na ／ r bc r 。计算结果 叶片 2 0 1 2年第 4 O卷第 1 0期 流体机械 3 1 弯掠组合叶片风机部分数据见表 2 。 表 2 弯掠组合叶片风机部分数据 风量 全压 转速 效率 功率 m ／ s P a m i n ％ k W 61 9 8 2 9 8 5 8 0 ． 2 5 9 ． 9 0 2 58 1 02 9 98 5 79． 9 59． 6 8 2 5 5 1 0 7 1 9 8 5 7 8 ． 8 5 8 ． 9 0 5 50 1 1 3 2 98 5 75． 8 5 6． 6 正转 4 5 1 1 9 7 9 8 5 7 2 ．1 5 3 ． 8 6 5 40 1 25 3 98 5 67． 1 5 0． 1 2 3 8 1 2 6 4 98 5 6 4． 3 48． 03 2 3 4 1 0 0 9 9 8 5 4 5 ． 9 3 4 ． 3 0 6 61 9 2 3 9 8 5 7 6 ． 3 5 6 ． 3 0 3 58 9 66 98 5 75． 9 56． 02 8 ‘ 55 9 93 98 5 7 4． 1 5 4． 61 5 反转 3 0 4 0 7 5 9 1 75． 7 l 2． 21 34 2 08 49 3 75． 7 7． 07 2 30 2 49 4 93 7 9． 7 7． 4 7 常规直叶片风机部分数据见表 3 。 表3 常规直叶片风机部分数据 风量 全压 转速 效率 功率 m ／ s P a r ／ m i n ％ k W 61 1 0 33 9 85 7 7． 5 5 6 6 3． 01 3 58 1l 2O 98 5 7 6． 2 58 6 4． 96 5 5 l 1 9 5 9 8 5 7 5 ． 1 1 2 6 5 ． 7 2 5 5 0 1 2 9 3 9 8 5 7 2 ． 2 1 2 6 4 ． 6 5 正转 4 5 1 3 5 9 9 8 5 6 8 ． 8 3 6 6 1 ． 1 5 5 4 0 1 3 9 4 9 8 5 6 4． 8 9 2 5 5． 76 3 8 1 3 9 7 9 8 5 6 1 ． 9 0 3 5 3 ． 0 8 6 3 4 1 3 8 6 9 8 5 5 2 ． 8 7 5 4 7 ． 1 2 4 61 981 9 8 5 75． 8 9 2 5 9． 8 41 反转 5 8 1 0 3 6 9 8 5 7 6 ． 8 5 6 6 0 ． 0 8 8 5 5 1 0 8 8 9 8 5 7 5 ． 8 9 1 5 9 ． 8 4 5样机试验结果 5 ． 1 弯掠 组合 叶 片地铁 轴 流风 机 正 向性 能测 试 结 果 弯掠组合叶片正向测试性能曲线如图 1 3所 示 。设计 点 实测 性 能 为 流 量 2 2 6 2 7 7 m。 ／ h ， 压 力 l O 0 3 P a ， 效率 8 1 ． 1 2 ％。 5 ． 2弯掠 组合 叶 片地 铁 轴 流 风机 反 向性 能 测 试 结 果 弯掠组合叶片反 向测试性能曲线如 图 l 4所 示。设计 点 实测 性 能 为 流 量 2 2 3 0 4 5 m ／ h ， 压 力 l O 1 8 P a ， 效率 8 1 ． 2 1 ％。 图 1 3 弯掠组合叶片正向测试性能曲线 图1 4 弯掠组合叶片反向测试性能曲线 5 ． 3 直叶 片地铁 轴流 风机 正 向性 能测 试结 果 直叶片正向测试性能 曲线如图 1 5所示。设 计 点 实 测 性 能 为 流 量 2 1 6 9 2 7 m ／ h ， 压 力 1 0 2 8 P a ， 效率 7 8 ． 2 3 ％。 a m ／ s 图 l 5 直叶片正 向测试性 能曲线 5 ． 4 直 叶片地铁 轴 流风机 反 向性 能测试 结果 直叶片反向测试性能曲线如 图 1 6所示。设 计点 实 测 性 能 为 流 量 2 1 5 7 6 8 m。 ／ h ， 压 力 1 0 2 6 P a ， 效率 7 6 ． 0 5 ％。 3 2 FL UI D MACHI NERY Vo 1 ．4 0， No ． 1 0， 2 01 2 6结语 图 1 6 直叶片反 向测试性能 曲线 本次风机正 向运转性能模拟的数据表 明 弯 掠组合叶片在设计点的效率 比常规直叶片的效率 高。反向运转性能模拟的数据表 明 弯掠组合 叶 片在设计流量点对应的压力 比常规直叶片的压力 稍低。两种叶片风机正 向运转性能的测试值与模 拟计算 的结果趋势一致， 弯掠组合叶片的风机具 有较高的全压效率。两种 叶片风 机反 向运转性 能 ， 常规直叶片风机的测试值与模拟计算的结果 一 致 ， 弯掠组合叶片风机的测试值与模拟计算在 设计流量时对应压力 和效率 比直 叶片 的偏差稍 大。常规直叶片和弯掠组合叶片地铁轴流风机性 能满足地铁环控要求 ， 具有较高的全压效率。弯 掠组合叶片地铁轴流风机性能优 于常规直叶片的 性能。弯掠组合叶片的最大特点是噪声低 ， 在本 次模拟中没有体现 ， 需另立课题进行研究。 参考文献 商景泰． 通风机手册 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 4 ． 王建平． 计算流体动力学 C F D 及其在工程中的应 用[ J ] ． 机电设备， 1 9 9 4 ， 5 3 9 - 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2 1 ． [ 1 2 ] G u Y， D e n n i L O’ N e a 1 ．D e v e l o p me n t o f a n e q u i v a l e n t di a me t e r e x p r e s s i o n f o r v e r t i c a l U- t ub e s us e d i n g r o u n d -c o u p l e d h e a t p u m p s [ J ] ． A S HR A E T r a n s a c t i o n s ，1 9 9 8 ， 1 0 4 2 3 4 7 - 3 5 5 ． [ 1 3 ] A n d r e w D C h i a s s o n ．A d v a n c e s i n m o d e l i n g o f gro u n d - [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] s o u r c e h e a t p u mp s y s t e m s [ D] ．M a s t e r The s i s o f O k l a - ho ma S t a t e Un i v e r s i t y， 1 9 99． 杨卫波． 太 阳能 一地 源热 泵 系统 的理论 与实 验研 究[ D] ． 南京 东南大学能源与环境学院， 2 0 0 7 ． 杨卫波 ， 陈 振乾 ， 施 明恒． 跨季 节 蓄能型 地源 热泵 地下蓄能与释能特性[ J ] ． 东南大学学报 自然科学 版 ， 2 0 1 0 ， 4 0 5 9 7 3 9 7 8 ． 刚文杰， 王劲柏． 复合地源热泵系统土壤换热器预 测模型研究 [ J ] ． 流体机械 ， 2 0 1 2 ， 4 0 1 7 4 - 7 8 ． 蔡颖玲， 张华 ， 朱朔神， 等． 地源热泵 U型管换器夏 季工况试验分析[ J ] ． 流体机械， 2 0 1 2 ， 4 0 3 6 3 -66 ． 作者简 介 杨卫波 1 9 7 5一 ， 男 ， 工学博 士 后 ， 副教授 ， 硕 士 生导师， 主要从事地热能利用及建筑节能与新能源 开发利用方 面 的研究 ， 通讯地址 江苏扬 州市扬 州大学 能源与动 力工程 学院建 筑 环境与设备工程教研室。 1 j 1 j 1 J I二