轴流通风机叶轮叶片的优化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103321957A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103321957103321957A(43)申请公布日2013.09.25(21)申请号201310242375.4(22)申请日2013.06.19(71)申请人江阴市精亚风机有限公司地址214426江苏省无锡市江阴市新桥镇工业集中区新华路40号(72)发明人昌泽舟刘梁张余洁李智勇刘宏伟赵晓春(74)专利代理机构江阴市同盛专利事务所(普通合伙)32210代理人唐纫兰曾丹(51)Int.Cl.F04D29/38(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图1页附图1页(54)发明名称轴流通风机叶轮叶片的优化设计方法(57)摘要本发明涉及一种轴流通风机叶轮叶片的优化设计方法。该方法采用最优化原理和数值计算方法，在满足轴流通风机设计参数及各种工程约束条件下，合理选择计算通风机的叶轮叶片流型和结构参数，从而使通风机的效率提高、尺寸小及重量轻。也可采用电子表格EXCEL来完成整个轴流通风机优化设计过程，可依据风机设计参数，调整叶轮的流型及各种结构参数，诸如叶轮直径、轮毂比、叶片数目等等，快速对多种设计方案进行快速比较，从中选取最优方案。本发明解决了目前轴流通风机气动设计中存在的计算精度低、计算耗时费力、设计周期长等问题，提高了轴流通风机的效率，而且方法简单直接，大大缩短了设计时间和设计精度，成本低，便于广大风机企业使用。CN103321957ACN1032957ACN103321957A权利要求书1/1页1.一种轴流通风机叶轮叶片的优化设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：第一步，设计前，首先建立空气物性计算模块、电动机功率计算模块、叶轮叶片孤立翼型变环量气动计算模块、叶轮叶片平面叶栅变环量气动计算模块、叶片几何尺寸计算模块、轴流风机级效率计算模块、叶轮气动约束条件计算模块、后导流器叶片计算模块、最优化计算模块、叶轮直径标准数据库、轴流风机R级与R+S级两种不同级型式下风机比转速与风机全压系数、全压效率及叶轮轮毂比关系数据库、各种翼型气动性能数据库；第二步，输入风机设计参数（设计流量、全压、转速、风机使用地点大气状态），根据风机设计参数，调用空气物性计算模块和叶轮直径标准数据库、风机比转速与风机全压系数、全压效率关系数据库，计算出几种风机级型式、叶轮直径和叶轮外径圆周速度，并调用最优化计算模块确定最佳的风机级型式、叶轮直径和叶轮外径圆周速度；再由风机比转速与叶轮轮毂比关系数据库确定叶轮轮毂比；由电动机功率计算模块确定电动机功率；第三步，划分叶片计算截面后，给出不同的环量指数，由叶轮叶片孤立翼型气动计算模块计算各叶片计算截面的气流参数和空气动力负荷系数，当某计算截面空气动力负荷系数超过1.0时，由叶轮叶片平面叶栅气动计算模块重新计算该截面的气流参数和空气动力负荷系数；第四步，由轴流风机级效率计算模块计算风机级效率，由叶轮气动约束条件计算模块计算叶片叶顶及叶根处的扩压因子、叶根处的空气动力负荷系数及叶顶处的圆周速度，最后调用最优化计算模块确定满足以上叶轮气动约束条件下的最高风机级效率；第五步，选取风机叶轮叶片翼型后，即可由各种翼型气动性能数据库和叶片几何尺寸计算模块进行叶轮叶片几何尺寸的计算，如果采用R+S级轴流通风机，可由后导流器叶片计算模块计算后导流器叶片几何尺寸。2.根据权利要求1所述的一种轴流通风机叶轮叶片的优化设计方法，其特征在于：上述计算过程既可以通过计算机编程实现，也可以采用电子表格EXCEL来完成。2CN103321957A说明书1/4页轴流通风机叶轮叶片的优化设计方法技术领域[0001]本发明涉及一种轴流通风机的设计方法，特别是一种采用最优化理论和技术的轴流通风机的设计方法，属于流体机械技术与计算机软件开发技术的交叉领域。背景技术[0002]轴流通风机叶轮传统的气动设计方法采用的是基于翼型在孤立状态或者平面叶栅状态下的吹风试验数据的设计方法，在设计中对于风机叶轮流型和叶轮结构参数的选择上往往采用几种设计方案的对比，其设计时间长，而设计效果往往取决于设计者的经验。目前国内使用的相当大部分轴流通风机叶轮是按传统的气动设计方法设计的叶片制作，叶面较窄，不同型号的风机叶型基本相似，只能靠提高转速、改变叶片安装角来达到所需风量、风压的目的，风机的效率较低。这种传统的设计方法多年来未有大的变动，一直沿用至今。近年来随着我国工业的飞速发展，更突显了轴流风机设计水平的滞后。[0003]近年来，国内外出现了许多应用准三元流动理论和应用计算流体力学数值模拟CFD技术对轴流压缩机内部流场的全三元分析及进行轴流通风机准三元设计的尝试，使所设计的风机效率不同程度地提高了3%～5%。但对于量大面