[發明專利]軸流風機

有效

• 申請號: 201810622515.3
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108757520B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 竇華書;毛涵韜;丁煒;魏義坤;張煒;楊徽;程德磊
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學上虞工業技術研究院有限公司;浙江理工大學
• 主分類號: F04D25/08
• 分類號: F04D25/08;F04D29/32;F04D29/66;G06F17/50
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

1.軸流風機，包括葉輪、導葉、外筒、內筒、電機、軸套和網罩；所述的外筒、導葉和內筒通過焊接固連在一起；電機的底座固定在內筒上，葉輪通過軸套固定在電機的輸出軸上；網罩固定在外筒上；其特征在于：葉輪結構為將SDF-11.2型號風機葉輪的葉片上六個截面的截面安裝角分別設計成β_A-A、β_A-B、β_A-C、β_A-D、β_A-E、β_A-F后的結構，其中，β_A-A、β_A-B、β_A-C、β_A-D、β_A-E、β_A-F分別代表截面A、B、C、D、E、F的截面安裝角，β_A-A＝49.37°，β_A-B＝47.05°，β_A-C＝41.15°，β_A-D＝38.57°，β_A-E＝44.66°，β_A-F＝42.65°；六個截面中，截面A為葉片與輪轂的相交面，截面F為葉頂截面，截面B、C、D、E分別為與截面A距離20％、40％、60％、80％的葉片位置處；

其中，葉輪葉片的優化設計過程具體如下：

步驟一、引入六個影響因素，即六個截面，六個截面均勻分布在原始葉片上，其中，截面A為原始葉片與輪轂的相交面，截面F為葉頂截面，截面B、C、D、E分別為與截面A距離20％、40％、60％、80％的葉片位置處；截面A、B、C、D、E、F的截面安裝角分別定義為β_A-A、β_A-B、β_A-C、β_A-D、β_A-E、β_A-F；每個因素取五個水平，分別在原始葉片的基礎上變化-10％、-5％、0％、+5％、+10％，表1為具體的因素水平表，水平1表示葉片截面安裝角在原始葉片的基礎上減小10％，水平2表示截面安裝角減小5％，水平3表示截面安裝角與原始葉片一致，水平4表示截面安裝角增大5％，水平5表示截面安裝角增大10％；由于是6因素5水平的正交試驗，所以選取L₂₅(5⁶)的正交表進行正交優化，做25組試驗，優化目標是全壓和效率；具體試驗組合見表2中試驗方案及數值模擬結果；

表1 因素水平

表2 試驗方案及數值模擬結果

步驟二、進行全壓極差分析，具體如下：如表3所示，設定均值1、2、3、4和5分別表示每個因素包含水平1、水平2、水平3、水平4和水平5的五組試驗全壓之和的平均值，某因素下某水平全壓之和的均值越大表示越利于提高全壓；極差表示每個因素在各水平均值中最大值減去最小值的差值；從極差中看出R_E>R_F>R_B>R_A>R_D>R_C，R_E、R_F、R_B、R_A、R_D、R_C分別代表β_A-E、β_A-F、β_A-B、β_A-A、β_A-D、β_A-C對應的極差，R_max代表R_E、R_F、R_B、R_A、R_D、R_C中的最大值，將葉片各截面安裝角按照對全壓影響的主次順序進行排列得：β_A-E、β_A-F、β_A-B、β_A-A、β_A-D、β_A-C，從而得出最能提高全壓的組合是A₁、B₂、C₃、D₅、E₅、F₅；A₁代表截面A在水平1的截面安裝角，B₂代表截面B在水平2的截面安裝角、C₃代表截面C在水平3的截面安裝角、D₅代表截面D在水平5的截面安裝角、E₅代表截面E在水平5的截面安裝角、F₅代表截面F在水平5的截面安裝角；

表3 全壓極差分析

步驟三、進行效率極差分析，具體如下：如表4所示，設定均值1’、2’、3’、4’和5’分別表示每個因素包含水平1、水平2、水平3、水平4和水平5的五組試驗效率之和的平均值，從極差中看出R_B>R_A>R_C>R_D>R_F>R_E，將葉片各截面安裝角按照對效率影響的主次順序進行排列得：β_A-B、β_A-A、β_A-C、β_A-D、β_A-F、β_A-E，從而得出最能提高效率的組合是A₁、B₂、C₁、D₁、E₂、F₂；C₁代表截面C在水平1的截面安裝角、D₁代表截面D在水平1的截面安裝角、E₂代表截面E在水平2的截面安裝角、F₂代表截面F在水平2的截面安裝角；

表4 效率極差分析

步驟四、由步驟三得，最能提高全壓的組合為A₁、B₂、C₃、D₅、E₅、F₅，最能提高效率的組合為A₁、B₂、C₁、D₁、E₂、F₂，對兩個組合進行綜合分析得出同時提高全壓和效率的最優組合，綜合分析過程具體如下：

引入相對量R/R_max，該相對量的含義是某因素的極差值與最大極差值之比；由于兩個組合均選擇A₁、B₂，則最優選擇就是A₁、B₂；對于截面C，C截面安裝角對全壓的影響排在第6位，而且R/R_max只有0.1，但是C截面的安裝角對效率的影響排在第3位，而且R/R_max有0.78，所以C截面的最優選擇是C₁；對于D截面，D截面安裝角對全壓的影響排在第5位，R/R_max只有0.27，D截面對效率的影響排在第4位，但是R/R_max達到0.66，D截面安裝角對效率影響更大，而對全壓的影響不大，所以最優選擇為D₁；對于E截面，E截面安裝角對全壓的影響排在第1位，R/R_max為1，而E截面對效率的影響排在第6位，R/R_max只有0.25，E截面安裝角對全壓的影響更大，而對風機效率的影響小，所以E截面的最優選擇是E₅；對于F截面，F截面安裝角對全壓的影響排在第2位，R/R_max為0.5，F截面安裝角對效率的影響排在第5位，R/R_max為0.31，所以F截面安裝角對全壓影響大，對效率影響小，所以F截面的最優選擇是F₅；因此，提高全壓和效率的最優組合為A₁、B₂、C₁、D₁、E₅、F₅；

步驟五、對最優組合A₁、B₂、C₁、D₁、E₅、F₅進行數值模擬，并在SDF-11.2型號風機葉輪的額定工況下與SDF-11.2型號風機葉輪進行靜壓、全壓以及效率的對比，驗證該最優組合對風機全壓和效率的提升效果。