广东省韶关市曲江区韶钢松山股份有限公司能源环保部 广东韶关 512000
摘要：在风机实际使用中，风机进出口与管道的连接方式往往异于风机标准性能试验时的状况，导致其自身性能的下降。为此，本文以9-26No4A型前向离心通风机为研究对象，采用气体动力性能试验和流体动力学数值模拟相结合的方法，研究了在不同进口位置连接90°弯管后对风机性能的影响，最终得出结果并分析出结论，旨在为风机性能的提高提供参考。
关键词：进口弯管；风机；性能；影响
引言
离心通风机一般装设在管道系统中，其工作性能与管道的连接特性息息相关。据统计，目前通风系统中有60%的风机工作性能不能满足其设计选型时所需的性能，究其原因是因为实际风机进出口与管道的连接方式往往与风机进行标准性能试验时的管道连接方式不同，从而导致风机自身性能的下降。因此，有必要分析研究进口弯管对离心通风机性能的影响，促进风机进口管道的优化，提升其性能。鉴于此，本文以一前向离心通风机为研究对象，通过试验对比了进口90°弯管在不同连接方式下该风机的流量- 全压性能曲线，并通过数值模拟从内部流场特征来分析产生这种差异的原因。
1.试验装置
针对带有进口弯管的前向离心通风机的性能测试，参照GB/T1236-2000 及ANSI/AMCA210-07，设计组建了试验装置，如图1 所示。试验装置中的风机为9-26No4A 型前向离心通风机。设计流量Qv=3000 m3/h，全压Pt=3500 Pa，转速N=2900 r/min。试验装置各测量仪表的误差均不超过GB/T1236-2000中所规定的最大容许误差。
图1 带有进口弯管的风机性能试验装置示意
本研究针对9-26No4A 型前向离心通风机分别在6 种不同管道进口连接方式下的流量- 压力曲线进行测量。具体分别为：方案A 为不带弯管的标准进气管道；方案B 为90°弯管直接接风机进口；方案C~F 为弯管与风机进口之间连接直管段长度L=0.25D、D、2D、4D长度的附加直管段。其中D 为风机进口接管的通流直径，本文试验中D=224 mm。试验中通过出口调节锥来调节被测试风机的流量，从而获得得该风机的全流量压力特性曲线。
数据处理时先把弯管、附加直管段与风机看成一个整体（即“系统风机”），参照GB/T1236-2000计算出该系统风机的全压Psys。然后将弯管与附加直管段引起的全压降折算到试验风机的全压上，则该风机的全压PF 即为：
（c）
图4 示出了方案A 时设计转速下该离心风机性能的试验值与计算值的对比。可以看出在大流量附近，计算值与试验值吻合良好。在其他工况点下，计算值均略低于试验值，最大误差约为3.8%（3600 m3/h 时）。可见计算值具有一定的可信度，能够用作风机内部流场的分析。考虑到大流量时各方案A~F 下风机的性能差异明显（见图4），下文仅以4000 m3/h 的工况点作为该风机内部流场分析的基础。
图4 方案A 下计算值与试验值的对比
图5 示出了该风机在方案A 下的三维总压分布。在叶轮进口处，气流的总压最小。气流进入叶轮后，受叶轮做功影响总压不断增加，在叶轮出口处达到最大值。在进入扩压器后气流发生掺混，逐渐达到均匀，气流的总压由于掺混损失逐渐下降。
图5 离心通风机的总压分布
按GB/T1236-2000的相关规定，采用管道进行风机性能试验时，通常要求在风机入口处连接一定长度的带有整流栅的直管段以保证来流的均匀性[3]。而当风机入口采用弯管连接后，来流均匀性变差。图6给出了5 种连接方式下（方案A，B，D，E，F）风机入口处的速度分布。其中圆形顶部与底部分别对应弯管的内侧与外侧。从图7 中可以看出：方案A，B 下气流在风机入口处速度分布较为均匀，成中心对称分布。方案D，E，F 下气流在弯管外侧的速度要明显大于内侧，其中方案D，E 下弯管内侧出现较大的低速区，气流不均匀性变差；而方案F下气流的不均匀性呈现一定程度的改善。
图6 不同附加直管段下风机入口处的速度分布
图7 是5 种方案下风机进口段的流线分布。从图中可以清楚地看到在方案D，E，F 下，气流在弯管内侧发生分离，形成回流区，引起流道的堵塞。从而导致风机入口处弯管内侧速度要明显低于弯管外侧（见图7）以及风机性能的下降（见图4）。方案F 下直管段的长度比方案D，E 下的长，来流在到达风机入口处时不均匀性得到改善，因而风机性能开始回升。方案B 时未出现回流是由于叶轮的抽吸作用阻碍了回流区的产生，因而直接接弯管对风机性能的影响微弱。
（a）方案A
（b）方案B
（c）方案D
（d）方案E
（e）方案F
图7 不同附加直管段下风机入口段的流线分布
4.结论
综上，研究表明，风机进口直接接弯管或在弯管和风机入口之间连接长度为0.25D 的附加直管段基本不会对风机性能造成影响；附加D和2D 长度直管段对风机性能的影响较大，且大流量段性能恶化明显；附加4D 长度直管段时风机性能有所改善。此研究成果可对实际生产中正确预测进口弯管对前向离心通风机性能的影响以及合理的管道布置方式提供一定的参考依据。
参考文献
[1] 张俊林. 进口弯管对离心通风机性能影响的研究[D]. 华东理工大学, 2014.
[2] 聂波, 满建楠, 张俊林. 出口弯管对前向离心通风机性能影响的研究[J]. 流体机械, 2017, 45(4):10-14.
[3] 满建楠. 出口弯管对离心通风机性能影响的研究[D]. 华东理工大学, 2014.
论文作者:谢福成,赵薇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第19期
论文发表时间:2018/11/6
标签：风机论文; 性能论文; 弯管论文; 方案论文; 气流论文; 管道论文; 离心通风机论文; 《建筑学研究前沿》2018年第19期论文;