在兩級(jí)的軸流通風(fēng)機(jī)中，有一種很好的設(shè)計(jì)方案，即將一個(gè)葉輪裝在另一個(gè)葉輪的后面，而葉輪的轉(zhuǎn)向彼此相反，稱(chēng)為對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)。由于這種結(jié)構(gòu)可省去中間及后置固定導(dǎo)葉，且渦流損失較小，具有傳動(dòng)損耗小、壓力高、高效范圍較寬 、 效率較高的特點(diǎn)，所以成為我國(guó)煤礦井下、鐵路和公路隧道工程中廣泛使用的通風(fēng)設(shè)備。在設(shè)計(jì)中，許多用戶(hù)要求所設(shè)計(jì)通風(fēng)機(jī)不但要滿(mǎn)足長(zhǎng)期運(yùn)行的工況，還要同時(shí)滿(mǎn)足其他轉(zhuǎn)速的其他工況的要求，而這些工況之間流量和壓力差別極大，完全不能采用?；O(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就要求在設(shè)計(jì)階段必須知道通風(fēng)機(jī)的性能曲線(xiàn)，從而通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)兼顧多個(gè)工況需要。通風(fēng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能預(yù)測(cè)，其數(shù)學(xué)模型的建立對(duì)結(jié)果的優(yōu)劣有著至關(guān)重要的影響。目前，有關(guān)通風(fēng)機(jī)整機(jī)損失數(shù)學(xué)模型的描述多基于逐一分析流道中可能出現(xiàn)的損失，用簡(jiǎn)單的公式來(lái)表達(dá)流場(chǎng)與損失的關(guān)系，然后把各項(xiàng)損失進(jìn)行疊加，以此進(jìn)行性能的計(jì)算。這種方法過(guò)于依賴(lài)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，而且這些系數(shù)的取值范圍較寬，無(wú)法根據(jù)具體的流道形式進(jìn)行合理的選取，同時(shí)忽略了各項(xiàng)損失間的相互影響和相互作用，因而與實(shí)際情況差異較大。本文從工程實(shí)際出發(fā)，考慮流場(chǎng)內(nèi)部的實(shí)際流動(dòng)狀況，建立起一個(gè)適合工程實(shí)際需要的通風(fēng)機(jī)整機(jī)損失模型，以達(dá)到較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)通風(fēng)機(jī)整體性能并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

1　 對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)特性計(jì)算

采用一維特性計(jì)算方法計(jì)算所給樣機(jī)的性能特性，將計(jì)算站取在葉片進(jìn)出口截面的平均半徑處，根據(jù)給定樣機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計(jì)點(diǎn)損失，計(jì)算樣機(jī)在設(shè)計(jì)狀態(tài)下各級(jí)進(jìn)出口截面平均半徑上的速度三角形，對(duì)于非設(shè)計(jì)工況，結(jié)合針對(duì)非設(shè)計(jì)點(diǎn)的損失模型，在不同的流量下，沿各葉片排求解連續(xù)方程和歐拉功方程，得到各級(jí)進(jìn)出口截面平均半徑上速度三角形(圖1和圖2為對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī) 前、后葉輪速度三角形示意圖)。

2 　損失模型

利用收集的有關(guān)損失模型的文獻(xiàn)，充分考慮對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)，建立了如下的一套計(jì)算設(shè)計(jì)點(diǎn)及非設(shè)計(jì)點(diǎn)的損失模型的組合。

2.1　 設(shè)計(jì)點(diǎn)損失模型

在基準(zhǔn)最小流入角的狀態(tài)下，設(shè)計(jì)點(diǎn)損失關(guān)聯(lián)式的具體表達(dá)形式如下：

3　 算例及分析

3.1　 計(jì)算樣機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)

試驗(yàn)所測(cè)樣機(jī)為采用彎掠組合正交型三維扭葉片設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)的對(duì)旋軸流局部通風(fēng)機(jī)。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)：

3.2　 計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3.2.1 　試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

3.2.3 　效率預(yù)測(cè)

通風(fēng)機(jī)的全壓效率是反映通風(fēng)機(jī)性能的重要指標(biāo)。圖 5為葉輪設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下加入損失模型計(jì)算得到的和試驗(yàn)測(cè)試計(jì)算得到的各個(gè)工況點(diǎn)的效率的比較。

3.2.4　 結(jié)果分析

從圖 4看出，在設(shè)計(jì)點(diǎn)附近計(jì)算全壓和試驗(yàn)全壓差別比較小，當(dāng)流量偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)越多，差距越大，但總的趨勢(shì)較為一致;從圖5看出，計(jì)算得到的全效率和試驗(yàn)測(cè)試得到的效率整體趨勢(shì)接近，在設(shè)計(jì)點(diǎn)附近偏差很小，且都接近最大值，偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)較遠(yuǎn)的工況點(diǎn)，偏差較大。這說(shuō)明計(jì)

算可以較好地反映葉輪的能量性能，對(duì)所計(jì)算樣機(jī)的特性預(yù)估在一定范圍內(nèi)有一定的準(zhǔn)確性，對(duì)風(fēng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值，同時(shí)模型還有待進(jìn)一步改進(jìn)，以達(dá)到縮小誤差，擴(kuò)大工作范圍的目的。

4 　結(jié)論

針對(duì)常規(guī)損失模型沒(méi)有考慮各種損失之間的偶合性，與實(shí)際損失比較有較大差別，建立了設(shè)計(jì)工況、非設(shè)計(jì)工況下的損失模型，應(yīng)用于某型對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)樣機(jī)的特性計(jì)算中;同時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)通道中的壓力損失進(jìn)行估算，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析表明， 通風(fēng)機(jī)通道中壓力損失在總壓計(jì)算中不可忽視，在設(shè)計(jì)點(diǎn)超過(guò)整臺(tái)通風(fēng)機(jī)損失的百分之十。 計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證明該模型組合對(duì)對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)特性預(yù)測(cè)在一定范圍內(nèi)有一定的精度和工程實(shí)用性，對(duì)對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化可以提供一定參考，但是，對(duì)于超出有效范圍部分，計(jì)算誤差較大，說(shuō)明模型有待進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，且可以考慮應(yīng)用端彎的三維效應(yīng)的準(zhǔn)三維計(jì)算方法進(jìn)行預(yù)估計(jì)算。