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CN115342068B - 一种提升农用通风机性能的方法 - Google Patents

一种提升农用通风机性能的方法 Download PDF

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CN115342068B CN202210930567.3A CN202210930567A CN115342068B CN 115342068 B CN115342068 B CN 115342068B CN 202210930567 A CN202210930567 A CN 202210930567A CN 115342068 B CN115342068 B CN 115342068B
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Abstract

本发明属于机械应用装备领域，具体涉及一种提升农用通风机性能的方法。所述方法包括如下步骤：S1、对原型农用通风机进行性能测试，得到原型农用通风机的通风量、进口静压、功率参数；S2、对原型农用通风机的叶片4进行逆向建模，得到原型农用通风机的叶片4相对叶高处所对应的径向位置、弦长和进气几何角；S3、选取与原型农用通风机的叶片4适配的翼型作为前置导叶6的翼型；S4、以通风量作为优化目标，求解前置导叶安装组合的函数模型；S5、根据步骤S3得到的前置导叶6的翼型，制作出前置导叶6；再根据步骤S4得到的前置导叶安装组合的函数模型，将前置导叶6安装在原型农用通风机上。

Description

一种提升农用通风机性能的方法
技术领域
本发明属于机械应用装备领域，具体涉及一种提升农用通风机性能的方法。
背景技术
随着经济社会的发展，我国已经从追求经济的快速发展阶段转变为高质量发展阶段，社会经济转型对各行业生产规模和生产质量提出了新的要求，对流体机械的供应提出了更高的要求。轴流风机作为一种典型的流体机械，它的广泛应用也相应对轴流风机提出了更高的要求，其中，解决轴流风机的高耗能和低利用率的问题最为迫切。因此，提高轴流风机效率和降低轴流风机耗能成为了限制轴流风机行业快速发展的瓶颈。
随着我国现代化养殖业的高质量发展，对农用轴流风机的低能耗、大通风量提出了更高的要求。在中国农业大学通风设备性能检测实验室进行性能检测的农用轴流风机，其通风能效分布在20％～40％的范围，与世界范围内的高效风机相比，农用轴流风机的效率普遍偏低，且用电量占比较高，因此，提高农用轴流风机的能源转换效率是节能减排的关键所在。通过增设前置导叶改变气流进气角优化农用轴流风机，提高其通风量和降低能耗是可行的且对节能环保有重要意义。目前，前置导叶还未应用于农用轴流风机领域，并未有现成的成果可供本领域普通技术人员使用，基于上述背景提出本发明。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种提升农用通风机性能的方法，选取与原型农用通风机的叶片适配的翼型作为前置导叶的翼型，通过一种通风量与通风机前置导叶的安装结构参数及函数模型，得到前置导叶的安装角α1、导叶动静安装距离L、导叶个数n的最佳取值，从而显著提高农用通风机的通风量及通风能效比，改善农用通风机内部流态，提升农用通风机的做功能力。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种提升农用通风机性能的方法，所述农用通风机包括电机1、转轴2、轮毂3、叶片4和集流器5；其中，集流器5的进口和出口为等直径圆环，电机1通过电机支架固定在集流器5的壁面上；电机1的转轴2向前端延伸到轮毂3的前端；叶片4的根部放置在轮毂3预留的凹槽中，固定在轮毂3之上；
其中，所述方法包括如下步骤：
S1、对原型农用通风机进行性能测试，得到原型农用通风机的通风量、进口静压、功率参数；
S2、对原型农用通风机的叶片4进行逆向建模，得到原型农用通风机的叶片4相对叶高处所对应的径向位置、弦长和进气几何角；
S3、选取与原型农用通风机的叶片4适配的翼型作为前置导叶6的翼型；其中，
选取叶片4相对叶高0.5处对应的弦长作为前置导叶6的弦长，选择升力系数为0.9～1.1、翼型相对厚度
Figure BDA0003781194680000021
为0.05～0.1的翼型作为前置导叶6的翼型；
S4、以通风量作为优化目标，求解前置导叶安装组合的函数模型：
通风量与导叶安装角α1、导叶动静安装距离L、导叶个数n的函数模型，即前置导叶安装组合的函数模型为：
Figure BDA0003781194680000032
其中，x1为前置导叶安装角ɑ1，单位为°；x2为导叶动静安装距离L，单位为mm；x3为导叶个数n；
S5、根据步骤S3得到的前置导叶6的翼型，制作出前置导叶6；再根据步骤S4得到的前置导叶安装组合的函数模型，将前置导叶6安装在原型农用通风机上。
其中，步骤S3中，前置导叶6的弦长为103mm，前置导叶6的翼型的升力系数为0.96，前置导叶6的翼型的相对厚度
Figure BDA0003781194680000031
为0.09。
其中，所述轮毂3分为前后两部分，通过螺母环扣在转轴2上。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明的提升农用通风机性能方法，选取与原型农用通风机的叶片适配的翼型作为前置导叶的翼型，通过通风量与前置导叶安装结构参数的函数模型，显著提高风机通风量和能效比。
2)本发明的提升农用通风机性能方法，能够将农用通风机的通风能效比提高5.7％～10.39％，通风量提高6.62％～10.89％。
3)本发明的提升农用通风机性能方法，能够有效增强风机叶片的做功能力。
附图说明
图1a为农用通风机的左视结构图；
图1b为农用通风机的前视结构图；
图1c为农用通风机的后视结构图；
图2a为本发明的前置导叶选取的前置导叶翼型的第一示意图；
图2b为本发明的前置导叶选取的前置导叶翼型的第二示意图；
图3a为本发明的农用通风机的前置导叶安装实施例的正等测结构图；
图3b为本发明的农用通风机的前置导叶安装实施例的后视结构图；
图4a为本发明前置导叶安装角α1、导叶动静安装距离L参数第一示意图；
图4b为本发明前置导叶安装角α1、导叶动静安装距离L参数第二示意图；
图5a为本发明与原型农用通风机通风量对比曲线图；
图5b为本发明与原型农用通风机能效比对比曲线图；
图6a为span＝0.15时(低跨度)的压力线图；
图6b为span＝0.50时(中跨度)的压力线图；
图6c为span＝0.85时(高跨度)的压力线图。
其中的附图标记为：
1电机 2转轴
3轮毂 4叶片
5集风器 6前置导叶
7转轴方向 8导叶尾缘
9轮毂前缘
α1导叶安装角 L导叶动静安装距离
具体实施方式
为使本发明的技术特点更加清晰，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1a、图1b和图1c所示，一种农用通风机，包括电机1、转轴2、轮毂3、叶片4和集流器5。其中，
集流器5的进口和出口为等直径圆环，电机1通过电机支架固定在集流器5的壁面上。电机1的转轴2向前端延伸到轮毂3的前端。轮毂3分为前后两部分，通过螺母环扣在转轴2上。叶片4的根部放置在轮毂3预留的凹槽中，固定在轮毂3之上。
一种提升农用通风机性能的方法，包括如下步骤：
S1、对原型农用通风机进行性能测试，得到性能参数；
对原型农用通风机进行性能测试，得到原型农用通风机的通风量、进口静压、功率参数。
S2、对原型农用通风机的叶片4进行逆向建模，得到原型农用通风机的叶片4相对叶高处所对应的径向位置、弦长和进气几何角；
将原型农用通风机的叶片4在3D建模软件中进行逆向建模，得到原型农用通风机的叶片4相对叶高处所对应的径向位置、弦长和进气几何角。
S3、选取与原型农用通风机的叶片4适配的翼型作为前置导叶6的翼型；
不同翼型的最佳升力系数Cyopt、升阻比1/μ(1/μ＝Cy/Cx)、翼型相对厚度
Figure BDA0003781194680000051
失速性能及翼型形状等都有些差别。选择升力系数为0.9～1.1、翼型相对厚度
Figure BDA0003781194680000052
为0.05～0.1的翼型作为前置导叶6的翼型。
S4、以通风量作为优化目标，求解前置导叶安装组合的函数模型：
由于函数模型属于曲面方程，采用Design-Expert软件辅助求解。
对导叶安装角α1、导叶动静安装距离L、导叶个数n分别进行单因素分析，外特性以风机通风量和能效比为评价指标，内特性以风机内部流场特征为评价指标，得到各因素的较优值区间。
其中，导叶安装角α1在0.3～0.7倍的叶高所对应的进气几何角范围内风机性能较优；导叶个数与叶片数相同的风机性能较优；导叶动静安装距离L在0.85bh～1.2bh(bh为叶片根部弦长)范围内的风机性能较优。
依据Box-Behnken试验组合设计原理，以导叶安装角α1、导叶动静安装距离L、导叶个数n为试验因素，通风量作为响应值开展响应面模拟试验研究，得到通风量与导叶安装角α1、导叶动静安装距离L、导叶个数n的函数模型，即前置导叶安装组合的函数模型为：
Figure BDA0003781194680000061
其中，x1为前置导叶安装角ɑ1，单位为°；x2为导叶动静安装距离L，单位为mm；x3为导叶个数n。
S5、根据步骤S3得到的前置导叶6的翼型，制作出前置导叶6；再根据步骤S4得到的前置导叶安装组合的函数模型，将前置导叶6安装在原型农用通风机上。
根据步骤S3得到的前置导叶6的翼型，通过3D打印制出前置导叶6，根据步骤S4得到的导叶安装角ɑ1、导叶动静安装距离L、导叶个数n，将前置导叶6安装在原型农用通风机的电机1相对应的位置上，凹槽一一对应，并用液体胶固定。其中，前置导叶安装角ɑ1为导叶根部弦线与转轴方向的夹角；导叶动静安装距离L为导叶尾部与轮毂前缘的距离。
实施例
S1、对原型农用通风机进行性能测试，得到性能参数
一种550农用通风机(该550农用通风机以下称为原型农用通风机)的结构如图1a、图1b、图1c所示。该农用通风机的转速为1440r/min，风机进口、出口的直径均为550mm，叶片径向长度为221mm，风机轮毂直径为98mm，电机直径为125mm、长为148mm，进出口轴向距离为380mm。
原型农用通风机在工作工况(49.02Pa)下，通风量为6343m3/h、能效比为14.2m3/(h·W)。
S2、对原型农用通风机叶片进行逆向建模，进一步分析得到叶片相关参数
将原型农用通风机叶片在3D建模软件中进行逆向建模，进一步分析，得到叶片相对叶高处所对应的径向位置、弦长和进气几何角：
Figure BDA0003781194680000071
S3、选取翼型作为前置导叶的翼型
根据原型农用通风机叶片特征选取与其适配，选取NACA 0015作为前置导叶6的翼型，前置导叶6的弦长为103mm，前置导叶6的翼型的升力系数为0.96，前置导叶6的翼型的相对厚度
Figure BDA0003781194680000072
为0.09。如图2a和2b所示。
S4、以通风量作为优化目标，求解前置导叶安装组合的函数模型
Figure BDA0003781194680000081
其中，x1为前置导叶安装角ɑ1，单位为°；x2为导叶动静安装距离L，单位为mm；x3为导叶个数n。
如图3a、3b、4a和4b所示，该实施例的农用通风机前置导叶参数设定为前置导叶安装角ɑ1＝21°、导叶动静安装距离L＝57mm、导叶个数n＝4。
S5、根据步骤S3得到的前置导叶6的翼型，制作出前置导叶6；根据步骤S4得到的前置导叶安装组合的函数模型，将前置导叶6安装在原型农用通风机上。
根据步骤S3得到的前置导叶6的翼型，通过3D打印制出前置导叶6，根据步骤S4得到的导叶安装角ɑ1＝21°、导叶动静安装距离L＝57mm、导叶个数n＝4，将前置导叶6安装在原型农用通风机的电机1相对应的位置上，凹槽一一对应，并用液体胶固定。
本发明的提升农用通风机性能方法，能够提升农用通风机的通风量和通风能效比。和原型农用通风机对比，在工作工况(49.02Pa)下，通风量为6772m3/h，提升了6.76％；能效比为15.3m3/(h·W)，提升了7.75％。
为详细说明本发明的在全工况下的性能情况，现以通风量、能效比和叶片表面压力线为例进行分析。
图5a为本发明与原型农用通风机通风量对比曲线图，可见通风量随着进口静压的增大呈逐渐减小趋势，本发明在全工况下均优于原型农用通风机。
图5b为本发明与原型农用通风机能效比对比曲线图，可见能效比随着进口静压的增大呈逐渐减小趋势，本发明在全工况下均优于原型农用通风机。
图6a为span＝0.15时(低跨度)的压力线图，从图可以看出原型农用通风机叶片表面压差较小最大压差大约为300Pa；可以明显的看出根据本发明处理后的风机压力线包裹原型农用通风机压力线，叶片压差明显增大，叶片做功能力增强。
图6b为span＝0.50时(中跨度)压力线图，原型农用通风机叶片表面压差增大，最大压差约为520Pa；根据本发明处理后的风机压力线差值也进一步增大。
图6c为span＝0.85时(高跨度)压力线图，原型农用通风机叶片表面压差继续增大，最大值约为600Pa；根据本发明处理后的风机压力线差值也进一步增大。
结合图6a、图6b和图6c可以直观地看出，在低跨度时，叶片前缘是存在逆压力梯度，这是由于叶片进气角为负攻角，来流与叶片吸力面首先接触，叶片前缘处吸力面的压力明显高于压力面，造成叶片根部处的损失较大。叶片中、上部压力面吸力面压差较大，为叶片主要做功区域。

Claims (3)

1.一种提升农用通风机性能的方法，所述农用通风机包括电机(1)、转轴(2)、轮毂(3)、叶片(4)和集流器(5)；其中，集流器(5)的进口和出口为等直径圆环，电机(1)通过电机支架固定在集流器(5)的壁面上；电机(1)的转轴(2)向前端延伸到轮毂(3)的前端；叶片(4)的根部放置在轮毂(3)预留的凹槽中，固定在轮毂(3)之上；
其特征在于：所述方法包括如下步骤：
S1、对原型农用通风机进行性能测试，得到原型农用通风机的通风量、进口静压、功率参数；
S2、对原型农用通风机的叶片(4)进行逆向建模，得到原型农用通风机的叶片(4)相对叶高处所对应的径向位置、弦长和进气几何角；
S3、选取与原型农用通风机的叶片(4)适配的翼型作为前置导叶(6)的翼型；其中，
选取叶片(4)相对叶高0.5处对应的弦长作为前置导叶(6)的弦长，选择升力系数为0.9～1.1、翼型相对厚度
Figure FDA0004229511890000011
为0.05～0.1的翼型作为前置导叶(6)的翼型；
S4、以通风量作为优化目标，求解前置导叶安装组合的函数模型：
通风量与导叶安装角α1、导叶动、静安装距离L、导叶个数n的函数模型，即前置导叶安装组合的函数模型为：
Figure FDA0004229511890000012
其中，x1为前置导叶安装角ɑ1，单位为°；x2为导叶动、静安装距离L，单位为mm；x3为导叶个数n；
S5、根据步骤S3得到的前置导叶(6)的翼型，制作出前置导叶(6)；再根据步骤S4得到的前置导叶安装组合的函数模型，将前置导叶(6)安装在原型农用通风机上。
2.如权利要求1所述的提升农用通风机性能的方法，其特征在于：步骤S3中，前置导叶(6)的弦长为103mm，前置导叶(6)的翼型的升力系数为0.96，前置导叶(6)的翼型的相对厚度
Figure FDA0004229511890000021
为0.09。
3.如权利要求1所述的提升农用通风机性能的方法，其特征在于：所述轮毂(3)分为前后两部分，通过螺母环扣在转轴(2)上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2338517Y (zh) * 1998-06-30 1999-09-15 华耀南 一种隔爆型轴流式局部通风机
US20080219836A1 (en) * 2007-03-05 2008-09-11 Xcelaero Corporation Fan with heat dissipating outlet guide vanes
CN205639016U (zh) * 2016-05-25 2016-10-12 株洲联诚集团有限责任公司 一种高寒抗风沙动车组用变压器风机
CN107131153B (zh) * 2017-07-12 2023-11-07 成都华川电装有限责任公司 轴流风扇
CN110159564B (zh) * 2019-04-23 2020-06-19 贵州永红航空机械有限责任公司 一种低比转速的轴流风机
CN110805568B (zh) * 2019-10-18 2020-09-18 华中科技大学 一种斜流风机板形后置导叶及其设计方法
CN112528397A (zh) * 2020-11-23 2021-03-19 江苏大学 一种射流风机后导流器的优化设计方法
CN114607641B (zh) * 2022-03-23 2023-05-05 珠海格力电器股份有限公司 一种轴流风机的导叶结构和轴流风机

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