离心通风机的个性化设计与制造

　　什么叫个性化设计?就是针对一个特定用户提出的气动性能参数及使用条件,设计者应设计出一种专用的离心通风机,除了满足用户的使用条件外,还应保证用户需求的性能参数处于风机气动性能曲线的最高效率点,至少应处于高效区域内,以达到最佳节能目的。
　　 目前风机制造行业,绝大部分制造厂都处于选型销售。各种用途的离心通风机系列,一般都选用一种经过试验的模型级。其比转数、全压系数、流量系数、内效率都满足预期目标后,然后按照模型级的几何尺寸、无因次性能参数,根据电机的极数定出不同的转速,再按优化系数将叶轮外径划分为不同的规格。这样就可以派生该系列不同型号规格的产品,绘制出一个系列的气动略图,编制出一个系列各种型号规格的性能参数表,供销售人员和用户选用。图1示出了G4-73模型级的无因次性能曲线。从图上可见效率曲线是一条高次函数曲线,最高效率点只有一点,距离最高效率点越远效率越低。图2示出了G4-73模型级的调节无因次性能曲线,其效率曲线用等高线画出,如果把比最高效率点的效率低5个百分点的区域定为高效率区,并用斜线覆盖该区域,从图上可看出高效率区仅占风机使用范围的一小部分。如果用户需求的性能参数在选型时正好处于某一型号规格的高效率区,那么可以说选上了节能风机,反之就不属于选上了节能风机。

　　个别大型风机制造厂有专门搞设计的技术人员,针对一些用户需求的大型离心通风机通过模型级的变型选型设计方法设计出用户需求的专用风机,但是变型选型设计方法过于简化,忽略的因素太多,不能保证用户需求的性能参数处于风机气动性能曲线的最高效率点,甚至处于高效率区域都难保证。所以说变型选型设计方法不等于个性化设计方法。
　　 图3示出了G4-73系列中№ 16、18、20、22 ,转速分别为 960r/min和730r/min,并绘在同一坐标系统上的有因次的带调节的全压和流量的性能曲线。同时绘出了每个型号两种转速下的等高效率曲线和高效率区。从图上可看出相邻两型号之间有相当一部分区域不在高效率区域内。如果用户所需求的性能参数正好不在高效率区域内,那么在运行参数下的效率则会更低,对于某些大功率风机会大大增加耗电成本。

　　随着现代技术的发展,市场竞争更加激烈,用户对节能的要求也越来越高,这些客观要求,促使大型号离心通风机的个性化设计与制造成为一种离心通风机的个性化设计与制造技术发展方向。目前无论是国外还是国内,大型号离心通风机都有按个性化设计来投标的,这样投标书中的能耗会低很多,可以大大提高厂家在市场竞争中的能力。但是目前国内绝大部分风机制造厂家还没有掌握个性化设计技术,还有待今后尽快地发展,赶上世界风机技术发展的潮流。
　　实现离心通风机的个性化设计和制造,必须具备一定的条件。条件一,必须有一定数量的,高效率的模型级,而且这些模型级的全压系数和流量系数(或比转数)都应该符合市场的需求,符合系列化的规划要求,并且已经过试验验证 , 性能是好的、可靠的。条件二 , 必须有个性化设计方法的计算软件。在国外已将个性化设计方法计算软件应用于各种风机工程设计中,而国内还处于开发、推广使用中。这些个性化设计软件的共同特点是要求必须具有按用户需求的性能参数,以对模型级的叶片宽度进行无级或有级切割;或者对叶轮外径在一定范围内进行无级或有级切割。为了保证设计计算效率的可靠性,应该让切割后的叶轮流场与切割前的模型级叶轮流场保持近似相似。最后计算出的流道尺寸和气动性能曲线必须保证用户的使用工况点在最高效率区域内。如果以图3为例,在相邻规格的非高效率区域内,应用个性化设计软件采用有级切割派生出许多个规格的风机,填满这个区域;当用户需求的性能参数在该区域时,也就能选上高效率的风机了。

　　举例说明:某用户要为锅炉选配一台离心通风机,其进口状态:大气压力р=96000Pa,温度 t=50℃,流量qv0=194400m3/h,全压ptf0=2900Pa 。
　　 首先换算为标准状态下的参数 :
　　 标准状态下进口流量 :
　　 qv0=194400/3600=54m3/s
　　 对应的全压值 :
　　 ptf0 = 2900×101325×323/96000/293=3374Pa

　　从图3可看出满足上述qv0 ptf0性能参数的风机有两种,第一种是G4-73№18,转速为960r/min, 配套电机功率为310kW;第二种是G473№22,转速为730r/min,配套电机功率为355kW。显然选第二种是很不合理的,选第一种也是很不理想的,因为用户运行工况点参数对应的效率很低,查效率曲线可看出运行效率仅达0.68,对应的内功率为 230kW 。如果用个性化设计方法来设计,选用G4-73为模型级,转速选用730r/min,用个性化设计软件计算后可得出设计方案,D2 = 2100mm,其型号为G4-65№21, 相当于用G4-73№21型非标准规格派生型号,即是G4-73№21的叶轮进出口宽度B1,B2按计算值进行无级切割,静止元件也需作适当地修改,就可以达到个性化的设计目标,内效率ηin = 0.87,内功率Pin = 176kW,驱动电机功率P = 220kW,如果每年运行时间按8000小时计算,仅比较内功率的功耗,那么一年内节省的电量为43.2万kW·h 。由此可见个性化设计的经济效益是十分可观的。

　　离心通风机的个性化设计与制造,必然给设计和制造增加很多工作量,如果有了个性化设计软件,有了掌握该项技术的人才,工装上采用积木式工装,又有一定的数控设备,有了这些条件应该说实现个性化设计和制造并不困难。
　　 新设备可以用新技术来装备, 那么老设备怎么办? 尤其一些运行效率很低的老设备,由于各种因素,造成了大马拉小车。当今技术发展很快,应该说这些问题都能解决。但是都有相当大的难度,必须先诊断出存在的问题,然后才能提出解决问题的方案;可以保证,用个性化设计方法来改造老设备肯定能获得很大的经济效益。
　　 上文都是针对用户需求一个工况点而言,如果用户的运行工况点有两个、甚至3个,工况点之间相距还大, 对于这种通风机是否还存在个性化设计呢?应该说仍然存在。不仅存在,节能的潜力还是很大的。不过这种通风机的个性化设计比单一工况点的设计要复杂许多,由于涉及的内容太多,不在本文中讨论。