離心通風機的案例
基于CFD的離心通風機結構優化方法與試驗對比
基于CFD的離心通風機結構優化方法與試驗對比
一、離心通風機數值計算模型及分析
1.1 網格劃分及計算方法的確定
現以我院設計的A型離心通風機為研究對象，該風機由于其自身小流量、高壓力、低噪聲的特性，廣泛應用于特殊用途，受到客戶的一致好評。然而，在實際應用中，客戶反映該型號風機的噪聲特性不是很穩定，某單臺風機的噪聲值甚至超過限定值，靜壓也稍偏高。圖1、圖2分別為該型號風機改進前的結構簡圖及葉輪示意圖，風機采用非常規蝸舌、長短葉片，其基本設計參數：葉輪直徑D=560mm，設計流量Qv=1000m3/h，設計靜壓psF=4500Pa ，噪聲限定值≤75dB（A）。
由于風機的結構較復雜且屬于不規則形狀，網格劃分采用三維非結構化網格。相對于結構化網格，非結構化網格計算過程比較復雜，但局部加密比較容易，對不規則空間適應能力較強，易于顯示流場的細微結構。本文選用四面體非結構化網格對計算模型進行網格劃分，共生成了615455個網格。整個流場按主要部件劃分為3個計算區域，即：1——進口模擬管段；2——風機機殼內靜止段加出口模擬管段；3——風機葉輪旋轉區域段，各區域單獨生成合適的網格，相鄰的區域共用同一個面，享用相同的網格節點。其中區域3為運動域。
由于風機模型含旋轉的動邊界和靜止不動的靜邊界，因此，旋轉葉輪和靜止機殼之間的耦合采用了多參考坐標性模型（MRF）。計算采用三維雷諾平均守恒型定常Navier-Stokes方程和k-ε標準兩方程湍流模型；壁面附近應用標準壁面函數。
展開 離心式通風機CAESES建模經驗介紹
離心式通風機CAESES建模經驗介紹
作者 徐潤澤
離心式通風機的使用介紹已經有同事分享過了，我這里就雜談一下建模經驗吧，CAESES建模的好處就是可以全參數化建模，并且可以將需要參數提取出來，這樣下次只要輸入參數就能得到不同的模型，非常方便。
在離心式通風機的CAESES建模過程中，有兩個參數轉速n和流量Q，用戶輸入這兩個參數時因為這兩個數值的變化會引起整個模型的縮放，然而我們又應該保持蝸殼和葉片的厚度不能隨著模型放大縮小而變化，這個可以用厚度除以放大倍數來實現，可以看出，CAESES建出的模型，參數縮放可以是整個模型，也可以是某幾個參數保持不變，自由度很高。
又比如在如何添加葉片厚度的時候，問題是一條三維曲線的法向偏移，這里是用的generic curve的命令，如下圖的這條線用左邊的公式寫出
其中projection是中間的線LE_act向底面的投影線，thickness_blade是葉片厚度，思路是用投影線得出LE線的X和Y方向的法向偏移，高度還是LE線的高度。又因projection的t并不等于LE_act的t，于是用LE_act.getPos(LE_act.ft(0,projection.getPos(t):x)):z轉化為x值來得出，之后就可以切除得到最后的模型了。這里建模用的是法向的偏移，如果有需要，generic curve可以繪制出其他角度的偏移曲線。
這里的風機建模用的是風葉的葉片厚度，底座厚度，外罩厚度，蝸殼厚度，葉片數，轉速和流量這7個參數，如果用戶有需要，可以定制需要變量的參數提取出來，然后輸入想要的數值進行建模。所有參數可調，并且可根據需求來添加刪減可調參數，形成針對于這一特定工業產品的智能設計系統。
展開 應用CFD數值模擬對離心通風機葉輪進行設計分析
4、
結論
應用計算流體動力學的方法對離心通風機葉輪進行三維的內部流場數值模擬，從流場圖來看，葉輪內部流動非常復雜。試驗結果與數值模擬結果的對比分析，驗證了數值模擬具有較好的準確性和可信度，從而在實際工程中，可用數值模擬來代替部分試驗，以達到縮短周期、節約開發成本的目的。
文章來源：聚英風機
極坐標離心式通風機通用介紹
極坐標離心式通風機通用介紹
作者：林建文
離心式風機是一種常見的通風機類型，葉片旋轉對氣體做功，氣體壓力和速度得以提高，并在離心力作用下沿著葉道甩向蝸形機殼。因氣體在葉輪內的流動主要是在徑向平面內，故又稱徑流通風機。
風機葉片是風機的重要部件，它的幾何形狀，安裝角度，葉片數目對性能有很大的影響。每次都重新設計一款風機相當耗時。極坐標網提供多種性能優良的風機模型。用戶只需要輸入相關的參數值，網站便可生成相應的模型。
下面進行詳細介紹：
(1) 計算比轉速
用戶確定設計轉速n（RPM）和設計流量Q（m^3/h）和全壓差（Pa），根據風機比轉速公式算出比轉速:
(2)算出比轉速之后，在網站選擇相等或相似比轉速的離心風機；
(3)進入風機頁面后，輸入一些基本參數，網站便會生成模型。需要注意的是：
1、輸入設計流量和設計轉速，模型尺寸按照尺寸系數公式進行縮放:
式中nd，Qd分別表示風機的額定轉速、額定流量。
但是模型的厚度并不會縮放，因此，用戶需要根據縮放的情況，相應調整各個部分的厚度值來滿足工程上的需要。
2、改變葉片數對風機的性能有較大的改變，一般建議不改動。
下面介紹一個實例；
設計一個離心風葉，轉速2000RPM,流量300 m^3/h，全壓400Pa。
（1）計算得到比轉速為ns=35.7。T6-31型離心風機的比轉速為33.31。
展開 
『轉貼』熱設計：通風機的分類、應用及性能參數
熱設計：通風機的分類、應用及性能參數
通風機是用于輸送氣體的機械，從能量觀點看，它是把原動機的機械能轉變為氣體能量的一種機械。
為學習、了解通風機，本文先介紹一些最基本的知識。
1.1.通風機的分類
按結構和工作原理，把通風機作以下分類：
QUOTE:
1)、離心式通風機
1.前向葉片通風機（包括多翼通風機，一般前向通風機）
2.徑向葉片通風機
3.后向葉片通風機
4.機翼型葉片通風機
2)、混流式通風機
3)、軸流通風機
4)、橫流式通風機（貫流通風機）
1.2.通風機的應用
通風機廣泛地應用于各個工業部門，一般講，離心式通風機適用于小流量、高壓力的場所，而軸流式通風機則常用于大流量、低壓力的情況。
一、鍋爐用通風機
鍋爐用通風機根據鍋爐的規格可選用離心式或軸流式。又按它的作用分為鍋爐通風機—向鍋爐內輸送空氣；鍋爐引風機—把鍋爐內的煙氣抽走。
二、通風換氣用通風機
這類通風機一般是供工廠及各種建筑物通風換氣及采暖通風用，要求壓力不高，但噪聲要求要低，可采用離心式或軸流式通風機。
三、工業爐（化鐵爐、鍛工爐、冶金爐等）用通風機
此種通風機要求壓力較高，一般為２９４０～１４７００Ｎ／ｍ２，即高壓離心通風機的范圍。因壓力高、葉輪圓周速度大，故設計時葉輪要有足夠的強度。
四、礦井用通風機
它有兩種：一種是主通風機（又稱主扇），用來向井下輸送新鮮空氣，其流量較大，采用軸流式較合適，也有用離心式的；另一種是局部通風機（又稱局扇），用于礦井工作面的通風，其流量、壓力均小，多采用防爆軸流式通風機。
五、煤粉通風機
輸送熱電站鍋爐燃燒系統的煤粉，多采用離心式風機。
展開 關于風機的計算和保養，這篇文章講清楚了！
按氣流運動方向分類：
離心式風機—氣流軸向駛入風機葉輪后，在離心力作用下被壓縮，主要沿徑向流動。
軸流式風機—氣流軸向駛入旋轉葉片通道，由于葉片與氣體相互作用，氣體被壓縮后近似在圓柱型表面上沿軸線方向流動。
混流式風機—氣體與主軸成某一角度的方向進入旋轉葉道，近似沿錐面流動。
橫流式風機—氣體橫貫旋轉葉道，而受到葉片作用升高壓力。
按生產壓力的高低分類(以絕對壓力計算)：
通風機—排氣壓力低于112700Pa；
鼓風機—排氣壓力在112700Pa~343000Pa之間；
壓縮機—排氣壓力高于343000Pa以上；
通風機高低壓相應分類如下(在標準狀態下)
低壓離心通風機：全壓P≤1000Pa
中壓離心通風機：全壓P=1000~5000Pa
高壓離心通風機：全壓P=5000~30000Pa
低壓軸流通風機：全壓P≤500Pa
高壓軸流通風機：全壓P=500~5000Pa
2、一般通風機全稱表示方法
型式和品種組成表示方法：
壓力：
離心通風機的壓力指升壓（相對于大氣的壓力）,即氣體在風機內壓力的升高值或者該風機進出口處氣體壓力之差。它有靜壓、動壓、全壓之分。性能參數指全壓（等于風機出口與進口總壓之差）,其單位常用Pa、KPa、mH2O、mmH2O等。
流量：
單位時間內流過風機的氣體容積,又稱風量。常用Q來表示,常用單位是：m3/s、m3/min、m3/h（秒、分、小時）。(有時候也用到“質量流量”即單位時間內流過風機的氣體質量,這個時候需要考慮風機進口的氣體密度,與氣體成份,當地大氣壓,氣體溫度,進口壓力有密切影響,需經換算才能得到習慣的“氣體流量”。
轉速：
風機轉子旋轉速度。
展開 焦化設備：離心風機
根據作用原理，一般可分為離心式、軸流式、往復式、回轉式等。目前我國電廠中用的最多的是離心式，因為它具有效率高、流量大、輸出流量均勻、結構簡單、操作方便，噪音小等優點。
風機分類方法不一，習慣上有下面幾種分類方法。
1.按介質在風機內部流動方向分類
分為離心、軸流及混流通風機。
1.1離心通風機的特征是：介質沿著軸向進入，而在葉輪內沿著徑向流動，如圖2所示。
圖2離心通風機示意圖
1-集流器；2-葉輪；3-機殼
軸流式風機—氣流軸向駛入旋轉葉片通道，由于葉片與氣體相互作用，氣體被壓縮后近似在園柱型表面上沿軸線方向流動，如圖3所示。
圖3軸流通風機示意圖
1-集流器；2-整流罩；3-葉輪；4-機殼；5-后整流罩
混流式風機—氣體與主軸成某一角度的方向進入旋轉葉道，近似沿錐面流動，如圖4所示。
圖4混流通風機示意圖
1-集流器；2-葉輪；3-機殼
橫流式風機—氣體橫貫旋轉葉道，而受到葉片作用升高壓力。
2.按生產壓力的高低分類(以絕對壓力計算)
通風機—排氣壓力低于112700Pa。
鼓風機—排氣壓力在112700Pa-343000Pa之間。
壓縮機—排氣壓力高于343000Pa以上
3.通風機高低壓相應分類如下(在標準狀態下)
低壓離心通風機：全壓P≤1000Pa。
中壓離心通風機：全壓P=1000-8000Pa。
高壓離心通風機：全壓P=8000-30000Pa。
低壓軸流通風機：全壓P≤500Pa。
高壓軸流通風機：全壓P=500-3000Pa
4.按葉片出口角分類
可分為后彎（向后）式、徑向式和前彎（前向）式風機，如圖5所示。
后彎式風機 葉片出口角β2＜90°。
徑向式風機 葉片出口角β2＝90°。
展開 離心風機內部培訓資料
根據作用原理，一般可分為離心式、軸流式、往復式、回轉式等。目前我國電廠中用的最多的是離心式，因為它具有效率高、流量大、輸出流量均勻、結構簡單、操作方便，噪音小等優點。
風機分類方法不一，習慣上有下面幾種分類方法。
1.按介質在風機內部流動方向分類
分為離心、軸流及混流通風機。
1.1離心通風機的特征是：介質沿著軸向進入，而在葉輪內沿著徑向流動，如圖2所示。
圖2離心通風機示意圖
1-集流器；2-葉輪；3-機殼
軸流式風機—氣流軸向駛入旋轉葉片通道，由于葉片與氣體相互作用，氣體被壓縮后近似在園柱型表面上沿軸線方向流動，如圖3所示。
圖3軸流通風機示意圖
1-集流器；2-整流罩；3-葉輪；4-機殼；5-后整流罩
混流式風機—氣體與主軸成某一角度的方向進入旋轉葉道，近似沿錐面流動，如圖4所示。
圖4混流通風機示意圖
1-集流器；2-葉輪；3-機殼
橫流式風機—氣體橫貫旋轉葉道，而受到葉片作用升高壓力。
2.按生產壓力的高低分類(以絕對壓力計算)
通風機—排氣壓力低于112700Pa。
鼓風機—排氣壓力在112700Pa-343000Pa之間。
壓縮機—排氣壓力高于343000Pa以上
3.通風機高低壓相應分類如下(在標準狀態下)
低壓離心通風機：全壓P≤1000Pa。
中壓離心通風機：全壓P=1000-8000Pa。
高壓離心通風機：全壓P=8000-30000Pa。
低壓軸流通風機：全壓P≤500Pa。
高壓軸流通風機：全壓P=500-3000Pa
4.按葉片出口角分類
可分為后彎（向后）式、徑向式和前彎（前向）式風機，如圖5所示。
后彎式風機 葉片出口角β2＜90°。
徑向式風機 葉片出口角β2＝90°。
展開 CFdesign軟件在“風扇/壓縮機/通風機”產品的設計應用培訓/研討
上海盛元公司將與2007年8月在上海舉辦CFdesign軟件在“風扇/壓縮機/通風機”等產品的設計應用培訓/研討會。
本次培訓研討會將邀請BRNI公司的技術專家何安定博士做詳細的專題報告。
具體時間與詳細地點請登錄ww.sheenray.com查看。歡迎大家報名。
上海盛元信息科技有限公司
CFD應用解決大型汽輪發電機的通風問題
發電機結構
定子部分：定子機座、鐵心、定子線圈及裝配、軸承、端蓋、油、密封等、出線盒、冷卻器
轉子部分：轉軸、轉子線圈、槽楔、護環、中心環、風扇、聯軸器等
雙水內冷發電機結構
2
汽輪發電機的通風及CFD應用
按冷卻介質分類：
：空冷(QF)、全氫冷(QFN)、水氫氫(QFSN)、雙水內冷(QFS)、蒸發冷卻（QFSF）
按轉子冷卻方式分類：副槽通風(如：QF及QFSN-300)、氣隙取氣(如：QFSN-600)、軸向-徑向(如：QFSN-1000)
1000MW水氫冷發電機通風圖
600MW水氫冷發電機通風圖
660MW雙水內冷發電機通風圖
CFD模擬后處理
3
CFD應用實例
某電廠兩臺QFS型300MW雙水內冷發電機，增容改造后在電廠運行測試中，都發現鐵心端部出現過熱現象。在汽、勵兩端靠近邊段鐵心處，分別裝有高度為10mm的徑向擋風板。
兩臺發電機不同段鐵心軛部溫升分布
建立數值模型進行CFD分析，由于汽端和勵端關于鐵心中心線對稱，因此，計算取一半鐵心。
徑向擋風板高度分別為0、10、15、20、25及30mm時，靠近擋風板處的速度等值線分布，依次如下。
展開 壓縮機仿真學習：離心壓縮機參數辨識
過程數據的預處理主要分為三個步驟：第一步是將排除壓縮機啟動和停機等非正常數據；第二步是將DCS系統讀數的數據轉換成能夠讀取利用的數據；第三步是選取穩定的工況數據。在這些數據中，有很多信息重復的地方，需要進一步的選取。流量要覆蓋所有工況的測點，尤其極端工況，要特別注意流量選擇時，要取相同數目的流量值，保證流量范圍的平均性，避免參數辨識時產生的數據偏重。
3.參數分析
（1）葉輪葉片安裝角
離心壓縮機的葉輪是離心壓縮機中唯一對氣流做功的元件。氣體在葉輪葉片的作用下，做高速旋轉，受旋轉離心力的作用以及在葉輪里的擴壓流動，使它通過葉輪后的壓力得到提高，對葉輪的要求之一是當氣體流過葉輪時，氣體在葉輪上的沖擊損失要小，而葉輪葉片安裝角的大小對沖擊損失影響較大，會影響到壓縮機的模型。
（2）擴壓器葉片安裝角
擴壓器在壓縮機中是一個與葉輪幾乎同等重要的部件，其葉片安裝角對于提高壓縮機級效率和級壓比、改變最佳工況點位置以及擴大穩定工作范圍起著十分重要的作用。
（3）沖擊損失系數
當流量大于設計流量時，一般邊界層不易分離，沖擊損失小，當流量小于設計流量時，邊界層易分離，沖擊損失大，所以，沖擊損失的大小與沖角的正負關系很大。
（4）葉輪面積調節系數
高壓比、高轉速離心葉輪是離心壓縮機的關鍵部位，具有單級壓比高、體積小的特點。離心葉輪是環列葉柵，黏性、擴壓引起的分離和二次流使葉輪內氣體的流動變得復雜，由于葉輪是一個整體，各幾何參數的變化均反映在面積的變化上。
（5）壓比調節系數
由于現場的工況隨時改變，僅僅通過機理推導并不能準確得出實際壓比與入口質量流量的關系，因此，需要根據獲得的大量實測數據辨識壓比系數的大小，以獲得準確的模型和性能曲線。
展開 
國產通風機開發流程及技術痛點
1 風機產品開發流程
正向設計的一般完整開發流程下圖所示：
2 開發現狀分析及面臨問題
（1）初始設計是根據壓力、流量等約束條件，從二維葉型到三維葉片的過程，理論設計書籍中，推薦參數及形式較為寬泛，造成初始設計需要多次嘗試，改變一次參數，利用通用的三維造型軟件建模往往需要花費大量精力。所以，初始設計中，實現葉片快速造型能夠大大提高初始設計的效率。
（2）從原始的葉型選擇到三維葉片的彎、掠、扭設計，要求從業者理論功底扎實，開發周期長，并且設計出的模型一般需要再次改型設計才能完全符合選型要求。
目前國內風機廠家設計能力較差，直接仿造及相似設計較多。但是當應用場合變化或者性能要求嚴格時，往往不能達到理想效果。
一種較為便捷的方法，既能規避國外專利的技術壁壘，又能在較高性能水平的基礎上提升性能，這種方法是：改型設計。
3 解決方案
（1）葉片快速造型
葉片快速造型的一般流程是：
（2）快速改型設計
改型設計的一般流程是：
4 造型、仿真、優化算法的耦合方案
無論是初始設計還是改型設計，得到幾何模型后，可用于直接加工制造然后實驗驗證。但是這樣往往造成加工樣件數過多，增加時間和物料成本。
CFD仿真有以下優勢：
a. 虛擬實驗，減少物料成本
b. 快速得到結果，減少時間成本
c. 結果可視化，深入研究內部流場
可先采用CFD手段對初始的若干種方案進行對比研究，遴選出性能較優的幾種方案，最后做實驗對比。
更為便捷的做法是通過優化算法可自動得到較優的葉片三維造型，流程為：
1. 利用造型模塊，隨機輸出不同葉片參數（葉型參數、彎、掠等）的幾何模型；
2. 對輸出的幾何模型進行仿真，進行設計變量的敏感度分析；
3. 選出需要優化的設計變量，對設計變量變化范圍進行限制
展開 軸流通風機葉片模態仿真及其對氣動噪聲的影響
軸流通風機當其葉片較薄以及過度前掠，重心偏離葉根截面中心時，較高轉 速造成的離心力和不穩定進氣流造成的葉片升力的變化，很容易激發葉片振動。
同時由于流固耦合，還可能造成葉片的馳振，使葉片提前疲勞損壞，降低風機效率, 并產生較大的氣動噪聲。
在葉輪設計時有必要對其振動模態進行計算，但葉片葉身曲面復雜，用經典 理論無法求解，因此必須借用有限元模型來計算。ANSYS是當今比較有名的有限 元分析軟件之一，具有多種物理場的求解功能，可以很方便地進行模態分析；大型 CAD系統軟件UniGraphics具有豐富的曲面造型功能，非常適合于葉輪等具有復 雜曲面實體的造型，建好的實體模型導入ANSYS即可進行模態分析。
1. 葉輪CAD模型建立和接口導入
1.1 葉輪基本參數
軸流通風機為整體注塑 ABS塑料葉輪，葉片數為4,葉片較寬，葉片呈前掠狀。
工作轉速為860r/min,輪轂直徑為0.147m,葉輪外徑為0.42m。
1.2 幾何建模建立
通過三坐標測量儀測量得到葉片表面型值點，將點陣連接成曲面，并利用軟件 UG的曲面剪裁和縫合功能，將葉片的曲面連接起來。一旦所有曲面被縫合就自動 生成以各曲面為邊界的實體。
葉輪為循環對稱結構，為加快有限元分析過程，利用ANSYS的循環對稱分析 功能,對一個90°基本扇區進行求解。建模時使全局坐標系的Z軸與葉輪旋轉軸線 對應，建立完整葉輪模型，然后用過輪轂軸線兩個相互夾角為 90°的兩個平面切出 1/4的葉輪模型。
展開 工業通風機研制參考學習標準
GB/T·1236-2017·工業通風機·用標準化風道性能試驗 GB/T2888-2008風機和羅茨鼓風機噪聲測量方法 GB/T3235-2008通風機基本型式、尺寸參數及性能曲線 GB/T10178-2006工業通風機現場性能試驗 GB/T19075-2003工業通風機詞匯及種類定義 GB/T13274-91-般用途軸流通風機技術條件 GB/T13275-91-般用途軸流通風機技術條件 JB/T9101-2014通風機轉子平衡 JB/T8690-2014通風機噪聲限值 JB/T10562-2006-般用途軸流通風機·技術條件 JB/T10563-2006-般用途軸流通風機·技術條件 JB/T2977-2005工業通風機、透平鼓風機和壓縮機名詞術語 JB/T-6445-2005·工業通風機葉輪超速試驗
展開 ANSYS Fluent 壓縮機仿真｜離心壓縮機計算
本案例演示利用Fluent計算離心式壓縮機內部流程并實現參數化的一般流程。
1 問題描述
要計算的壓縮機如下圖所示。
其包含6個主葉片及6個分流葉片，只計算單流道模型，如下圖所示。
流體介質為空氣，葉輪轉速155733 rpm，沿z軸旋轉。
2 計算流程
啟動Workbench，讀取文件
TurbochargerCompressorFluentStartingPoint.wbpz
添加Fluent模塊，計算模塊如下圖所示
雙擊
D2單元格進入Fluent
3 Fluent計算
3.1 General設置
進入
General設置面板，保持默認設置
設置
angular-velocity的單位為
rev/min
3.2 Models設置
開啟能量方程
選擇使用
SST k-omega湍流模型
3.3 Materials設置
指定密度為
ideal-gas，指定粘度為
sutherland
Sutherland對話框采用默認設置。
展開 