叶轮出口安装角的分析

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1、叶轮出口安装角的分析特灵空调系统（中国）有限公司廖红桃王忠良摘要本文以某一吸尘器用低比转速离心风机为原型，为了提高的风机效率和流动状况，针对该离心风机的出口安装角进行研究。对叶轮各参数的优化研究中，针对冲角和进口安装角进行研究的文章较多，对叶轮叶片出口角的关注，在泵的研究上有一些，而在风机上较少。而叶片的出口角对叶栅的通流能力、损失大小和做功多少都有较大影响。文献[1]认为在叶片的几个参数中，出口安装角对叶片全压的影响最大。本章对该离心风机不同出口安装角的叶轮进行数值模拟，预测了叶轮的性能曲线，并对叶轮内部和无叶扩压器内的流动进行了分析。关键词离

2、心叶轮出口安装角§1基本理论§1.1叶型参数叶型是指叶片的横截面形状，它的周线称为型线，叶片的叶型由如图1中所示的几个几何性质和参数描述。图1进出口速度三角形b——弦长，叶型中线两端点连线方向上叶型的最大长度。t——栅距，即叶栅中两相邻叶型之间的距离。τ——叶栅稠度，τ=bt，其倒数称为相对栅距。β——叶型安装角，即叶型弦线与圆周方向（即额线方向）之间夹角。Aβ——进口安装角，即叶型前缘中线切线与额线的夹角。1Aβ——出口安装角，即叶型后缘中线切线与额线的夹角。2Aβ——进口相对速度气流角，即进口相对速度w与额线的夹角。11β——出口相对速度气流

3、角，即出口相对速度w与额线的夹角。22α——进口绝对速度气流角，即进口绝对速度c与额线的夹角。11α——出口绝对速度气流角，即出口相对速度c与额线的夹角。22σ——气流出口落后角，叶型中线在后缘点的切线与出口处气流相对速度w2的夹角。σ=β−β2A2θ——叶型弯折角。θ=β-β2A1Aββ其中2A就是本章要关注的重点，出口安装角2A（下文简称出口角）的大小与叶轮的做功能ββ力直接相关，而对双圆弧叶片而言，若入口角1A不变，2A改变了，叶栅的叶型转折角θ就相应跟着变化了。§1.2速度三角形离心叶轮叶片的进出口速度三角形见图1，叶轮工作时，设气流在风

4、机入口截面处沿周向均匀进气，则叶片进口速度：φv（1）c=1π22D(1−d)43式中：φ——通风机流量，单位m/s；vD——叶轮外径，单位m；在入口截面，气流的绝对速度为c，相对速度w，牵连速度为圆周速度u，且111c=w+u。当气流流过叶轮叶片间的弯曲流道时，气流改变了流动方向。在叶片出口处，气流111的绝对速度为c，相对速度w，牵连速度为圆周速度u，且有c=w+u。其中：222222u=Rω,u=Rω（2）1122式中：ω——叶轮旋转角速度，单位：rad/s。§2物理模型本文采用的叶轮叶片为等厚度双圆弧型叶片。机翼型叶片的气动性能较好，但是

5、这种叶片的制造工艺相对复杂，比单圆弧叶片笨重、转动惯量大、不易加工，所以虽然效率稍高，但在离心风机中并不常用。为了加工工艺简单，目前离心风机很多采用的还是圆弧型叶片。对于单圆弧叶片而言，一旦形状确定，叶轮的进口安装角和出口安装角是相互关联的，无法随意改变，也因此单圆弧叶片的可变参数少，其对应的叶轮参数的优化就十分有限。试验表明，在强后弯型叶轮上采用的三[4]圆弧叶片性能，不如单圆弧叶片好。而双圆弧叶片则有厚度一致、绘图简单、制造方便，不仅可以满足强度要求，而且能够保证叶轮的压头、流量、效率等的优点。[3][3]图2单圆弧叶片示意图图3双圆弧叶片示

6、意图决定单圆弧叶片叶型的有6个参数：叶轮内径R、外径R、圆弧半径R、圆心角α、进12K口安装角β和出口安装角β，见图2所示。其中R可由（8）式计算得到，再由（9）式计算1A2AK出R，相应的圆弧曲线就可以画出来了。op22R-R21R=（3）K（2Rcosβ-Rcosβ)22A11A22R=R+R-2RRcosβ)OPK2K22A（4）22=R+R-2RRcosβ)K1K11A222222R+R-RR+R-RKOP2KOP1α=arccos-arccos（5）2RR2RRKOPKOP双圆弧叶片两段圆弧光滑连接组成，如图3所示的圆弧。决定双圆弧叶片

7、叶型的参数有：叶轮内径R、外径R、第一段圆弧半径R、第二段圆弧半径R、第一段圆弧圆心角α、第二段12K1K21圆弧圆心角α、进口安装角β和出口安装角β。21A2A为达到来流条件和进口条件不变，单纯考察叶片出口安装角带来的影响的目的，本文采用的对出口角的调整方法是保持第一段圆弧不变，改变第二段圆弧的半径来调整达到。故叶轮内径R、1外径R给定，参数R、α、β保持不变。由文献[2]：对于一般固定式离心压缩机而言，叶2K111A片出口角在20°~50°之间应用得最为广泛，该叶轮的原有叶片的出口角为27°，在保证光滑过度的情况下，改变第二段圆弧的半径，又得

8、到出口安装角为31°、41°、48°三种情况，各具体参数见表1。表1：叶轮叶片的几何参数RRααββK1K2121A2A27°34.73