关于动调轴流风机叶片弦长与数量对于气动性能影响的研究

关于动调轴流风机叶片弦长与数量对于气动性能影响的研究

赵旭1罗伟1

1中国电建集团透平科技有限公司，成都，武侯区，610041）

摘要：动调轴流风机被广泛应用在作为火力发电机组风烟系统中，而叶片作为其中最重要的部件之一备受关注，故以某动调轴流风机叶型为例进行叶片弦长和数量变化对气动性能影响的分析，结果表明在降低叶片数目同时适当增加叶片弦长能够增加单个叶片出力，并维持动调轴流风机气动性能基本不变，其中不同开度下最高效率最大相差约1%，最大出力基本维持一致。

关键词：火电厂，动调轴流风机，叶片弦长，叶片数量

1 引言

动调轴流风机作为火电厂风烟系统的关键部件之一，因其流量范围广、效率高的特点，从而被广泛应用于火电机组中为锅炉提供充足的氧气[1]。然而，随着火电机组长期运行和负荷要求的不断变化，部分火电机组最新常态运行工况已经偏离最初设计工况，导致所采用的动调轴流风机的运行工况也相应偏离[2]。因此愈来愈多的火力发电公司对轴流风机提出了更换叶片的改造要求。因此，风机叶片的重新设计和改造已经成为了实现新需求的必经之路。

目前，部分学者对现有叶片进行切割来改变风机叶片弦长，从而影响风机气动性能[3]。此外，随着时代的发展，已设计的动调轴流风机中部分机型由于当时加工技术的限制，选择更多的叶片数量来达到更高的气动性能，但是过多的叶片数量也会使得制造成本过高，有时也会导致部分风机出现噪音过大等问题[4]。

综上所述，本文旨在确保风机整机气动性能不降低的基础上，研究叶片数目和叶片弦长对动调轴流风机气动性能的影响。进行了风机叶型结构设计和气动仿真计算，并通过试验加以验证。

2 研究方案

本文以某型号动调轴流风机叶型为基础，其中风机为单级动叶可调轴流风机，基准叶片数为20片，后导叶数为31片。以基准叶片弦长和20叶片数作为原方案，仅更改叶片弦长与叶片数量，方案一取基准叶片，18叶片数；方案二取基准叶片，16叶片数；方案三取基准叶片弦长增加11%，18叶片数；方案四取基准叶片弦长增加11%，16叶片数；方案五取基准叶片弦长增加25%，16叶片数。

3 数值模拟

3.1 网格划分及边界条件

转子与静子利用单流道模拟全流道，且均采用TurboGrid划分网格，其余区域采用Ansys Mesh进行网格划分。总网格数为1734946，采用Ansys CFX中雷诺时均N-S方程做定常计算，湍流模型为k-w SST两方程模型，壁面函数为标准壁面模型。进口边界条件为总压总温边界条件，出口条件为质量流量边界，转速为1450r/min。

3.2 不同方案压力系数及效率对比

由于动调轴流风机的叶片开度为可调式，故在数值计算时需要计算多个叶片开度来对比气动性能。原方案中，开度65°为高效点，因此，在不同方案下，取49°、57°、65°和73°四种不同开度进行气动性能对比。利用计算流体力学软件得到六种方案压力系数和效率的数值仿真结果。其结果如下图所示：

图 1不同方案压力系数对比

图 2不同方案的效率对比

图3结果表明方案3和方案5的压力系数相比于原方案有所增加；方案1和方案3的压力系数有所降低；方案4的压力系数曲线则是与原方案基本保持一致，但在小开度有所降低，最多减少为0.02，而大开度略微增加，最大增加为0.02。图4结果表明方案1、方案3和方案5的效率降低较少。而方案2和方案4效率降低较多。

4试验对比

此次风管试验台采用风管式出气试验装置。根据数值仿真结果，此次试验选取方案3和原方案进行对比，其性能曲线对比结果如下图所示。

图 3方案3和原方案的试验对比结果

试验结果表明，相同开度情况下，两种方案在小流量范围内的出力基本维持一致。此外，两种方案的开度最高效率也基本一致，最高效率之间的最小差异为0.1%，最大差异为0.7%。然而，在相同开度下，方案3在大流量范围内的出力略低于原方案，在相同流量系数下压力系数最大相差约0.05。

综上所述，试验结果气动性能变化趋势与数值模拟结果基本保持一致，证明了降低叶片数量并适当增加叶片弦长可以增加单个叶片出力，并且保持动调轴流风机的气动性能基本不变。

5 结论

通过对新设计的风机叶片进行整机的气动性能试验，并将试验结果与数值仿真结果进行对比分析，结果表明，在降低叶片数目同时适当增加叶片弦长能够增加单个叶片出力，并维持动调轴流风机气动性能基本不变，其中不同开度下最高效率最大相差约1%，最大出力基本维持一致。

参考文献

[1]. 魏昭峰.《中国电力年鉴(2012)》[Z],中国电力年鉴; 2012年

[2]. 刘家钰,王宏,马凤.电站锅炉风烟系统节能技术研究[J].风机技术,2013,05:61-68.

[3]叶增明,朱婷婷.轴流风机叶片切割性能的计算方法[J].流体机械, 2009(010):037.

[4]郑高元,张哲东.轴流风机叶片的设计方法及实例[J].职业教育(中旬刊), 2008(16):20-21+28.