摘要：針對(duì)國(guó)內(nèi)各大主流空調(diào)企業(yè)室外用開(kāi)式軸流風(fēng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合Z401系列不同結(jié)構(gòu)葉輪，工程地進(jìn)行性能試驗(yàn)，詳細(xì)給出了性能試驗(yàn)的原理，并給出測(cè)試得到的外部性能。試驗(yàn)結(jié)果顯示開(kāi)式葉輪在根部結(jié)構(gòu)與后緣結(jié)構(gòu)的變化，對(duì)整機(jī)的性能影響很大。為后期風(fēng)機(jī)葉片優(yōu)化方向提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ：軸流式通風(fēng)機(jī)；試驗(yàn)研究；優(yōu)化

中圖分類號(hào)： TH432.1 　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

The Test Research on Performance of Opened Axial-flow Fans for Air-conditioner

Abstract: According to the opened axial-flow fan’s developing trend in the field of air-conditioning, a performance test based on the impellers in Z401 series had been carried out. The principle of the performance test and the external performance are presented in detail in this paper. The test result shows that the variations of the foot edges and the leading edges structure of the opened impeller affect the blade performance apparently. This test also provides a new proof for fan’s further optimization research.

Key words axial-flow fan; test research; optimization

0　 引言

　　空調(diào)用軸流風(fēng)機(jī)是室外機(jī)換熱的關(guān)鍵部件，其葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得好壞直接影響整機(jī)的性能與節(jié)能降噪效果。近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)各大空調(diào)企業(yè)技術(shù)研發(fā)人員十分重視室外軸流風(fēng)機(jī)的開(kāi)發(fā)研究，在風(fēng)機(jī)的內(nèi)流與外部性能方面取得了較多的成果。但由于室外風(fēng)機(jī)半開(kāi)式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得葉片的扭曲與彎掠規(guī)律存在差異，至今沒(méi)形成完整的設(shè)計(jì)工程。傳統(tǒng)的軸流設(shè)計(jì)一般借助工程軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的方法可以完成[1-3]，但對(duì)于開(kāi)式風(fēng)扇設(shè)計(jì)，性能并不很理想，CFD優(yōu)化方法的發(fā)展[4]，為開(kāi)式風(fēng)扇結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了條件。因此，結(jié)合Z401近年來(lái)在結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)展形成的特點(diǎn)，開(kāi)展外部性能試驗(yàn)的研究對(duì)比分析，對(duì)葉片后緣不同結(jié)構(gòu)上進(jìn)行性能試驗(yàn)對(duì)比，旨在為降噪尋求后期結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向與趨勢(shì)，并積累性能試驗(yàn)依據(jù)。

1　 試驗(yàn)研究模型 　　

空調(diào)風(fēng)機(jī)的性能取決于風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)，氣流繞軸流風(fēng)機(jī)葉片的流動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的空間三維流動(dòng)。通過(guò)對(duì)已有基本葉片進(jìn)行局部?jī)?yōu)化并進(jìn)行試驗(yàn)研究，以改善風(fēng)機(jī)性能。由歐拉方程得到葉輪葉柵傳給單位質(zhì)量氣體的功與通風(fēng)機(jī)全壓升成正比。從理論上改善風(fēng)機(jī)做功能力的途徑有4條：（1）增加圓周速度u；（2）選擇合適的氣流轉(zhuǎn)折角（氣流轉(zhuǎn)折角過(guò)大，會(huì)引起效率下降）；（3）增加軸向速度CZ，但是應(yīng)限制在CZ≤40m/s；（4）改變?nèi)~片表面結(jié)構(gòu)。

　　本測(cè)試用目前采用最多的Z400左右的3種結(jié)構(gòu)的葉輪，主要針對(duì)原彎掠Z401圖1a，發(fā)展成在葉輪后緣開(kāi)缺口或開(kāi)鋸齒口（圖1b、c）。圖1a、b、c其結(jié)構(gòu)上的主要差異在葉片數(shù)目、直徑、輪轂比不變時(shí)，其后緣結(jié)構(gòu)型式不同。

　　優(yōu)化方案的出發(fā)點(diǎn)是通過(guò)改善葉輪前沿部分來(lái)改善氣流入流狀態(tài)，改變?nèi)~片表面邊界層分布，從而改善葉輪整體性能。

2　 試驗(yàn)裝置及性能數(shù)據(jù)采集

　　試驗(yàn)裝置根據(jù)GB/T1236-2000[5]A型試驗(yàn)裝置（出口側(cè)試驗(yàn)風(fēng)室）進(jìn)行建設(shè)，風(fēng)室中采用多噴嘴測(cè)定流量，通過(guò)在性能試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行風(fēng)機(jī)試驗(yàn)。制作試驗(yàn)方案風(fēng)機(jī)，在試驗(yàn)臺(tái)上通過(guò)試驗(yàn)工程自動(dòng)采集流量、進(jìn)出口壓力等相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)[2]。

3　 性能試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

3.1　 試驗(yàn)曲線處理方法

　　對(duì)每一測(cè)試方案，在轉(zhuǎn)速不變時(shí)，采集6個(gè)不同工況點(diǎn)的參數(shù)，形成Q-p試驗(yàn)數(shù)據(jù)表格，利用exelse形成試驗(yàn)數(shù)據(jù)表格，并為對(duì)比方便，將3種方案同一轉(zhuǎn)速下的不同工況參數(shù)整理在同一的表格文件中。直接導(dǎo)入試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件，形成特性曲線結(jié)果。

3.2 　不同轉(zhuǎn)速下性能結(jié)果

　　試驗(yàn)采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)綜合性能試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)原始葉輪、缺口葉輪及鋸齒邊葉輪3種葉輪模型進(jìn)行性能檢測(cè)。通過(guò)對(duì)不同葉輪在轉(zhuǎn)速700r/min、800r/min、900r/min下的性能進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)流量來(lái)改變工況，以此對(duì)比不同葉輪的性能指標(biāo)。圖2為對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，用ORIGIN數(shù)據(jù)處理軟件得到3種方案在不同轉(zhuǎn)速下的特性性能曲線。其中圖2a、b、c分別為3種不同葉輪在轉(zhuǎn)速700r/min、800r/min、900r/min下的壓力流量特性曲線。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

　　由圖 2 試驗(yàn)性能對(duì)比曲線可看出：

　�。�1）改進(jìn)的葉輪在小流量工況下性能稍差于原始葉輪，而在額定工況以上表現(xiàn)出了很好的適應(yīng)性，擴(kuò)大了穩(wěn)定工作區(qū)域；

　�。�2）針對(duì)風(fēng)機(jī)一般工作流量大的特點(diǎn)，兩種改進(jìn)有效地優(yōu)化了風(fēng)機(jī)做功能力。

4 　結(jié)論

　�。�1）開(kāi)式結(jié)構(gòu)軸流風(fēng)機(jī)的葉片結(jié)構(gòu)改進(jìn)對(duì)性能影響較大，后緣結(jié)構(gòu)上的不同，能夠帶來(lái)一定的降噪效果。

　�。�2）3種結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)結(jié)果顯示，空調(diào)風(fēng)機(jī)的葉片改型能夠改善工作區(qū)間，在大流量范圍內(nèi)緩解了因流量增大而引起壓力快速下降所造成的有效功率下降的問(wèn)題，擴(kuò)大了風(fēng)機(jī)穩(wěn)定工作范圍。在小流量下優(yōu)化的成果不明顯，有待進(jìn)一步改善風(fēng)扇在小流量下的工作狀態(tài)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 吳玉林，等.通風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[2] 吳秉禮，高延福.電站空冷風(fēng)機(jī)技術(shù)評(píng)述[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2006（1）：12-14，28.

[3] 李慶宜.通風(fēng)機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

[4] 王福軍.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[5] GB/T1236-2000工業(yè)通風(fēng)機(jī) 用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)[S].

> 近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，IGBTE及GTO的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了元件的自關(guān)斷功能，降低了開(kāi)關(guān)損耗，提高了效率，同時(shí)由于開(kāi)關(guān)頻率的提高，變換器采取了PWM控制，大大降低了電動(dòng)機(jī)的諧波損耗，減少了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，加快了調(diào)節(jié)速度。
　　 隨著電氣技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速作為一種先進(jìn)的電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式，其優(yōu)異的性能以及帶來(lái)的可觀的經(jīng)濟(jì)效益早已為人們所熟知。而國(guó)內(nèi)變頻調(diào)速至今還主要應(yīng)用在中小容量的低壓電動(dòng)機(jī)上，經(jīng)過(guò)考察研究，江蘇巨龍水泥集團(tuán)決定對(duì)窯頭通風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，采用高壓變頻技術(shù)，在節(jié)能方面做出大膽嘗試。
　　
　　變頻器選型
　　 目前，變頻技術(shù)飛速發(fā)展，供選擇的范圍比較寬，因此只有全面分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況選用，才能達(dá)至最優(yōu)效率。初步確定以下3個(gè)方案。
　　 方案1：用輸入變壓器將6kV的高壓降為660V或更低用低壓變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速，再用輸出變壓器升到6kV。此方案的缺點(diǎn)是效率低，技術(shù)性能一般，維護(hù)工作量大。
　　 方案2：用額定電壓6kV的高壓變頻器直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。此方案整體效率高，技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，缺點(diǎn)是投資大。
　　 方案3：選用新的低壓電動(dòng)機(jī)，取代原有的電動(dòng)機(jī)。經(jīng)輸入變壓器降壓后，用低壓變頻器調(diào)速。
　　改造步驟及措施
　　 方案確定后，我們又對(duì)變頻器的調(diào)速原理進(jìn)行了全面的分析和理解之后，選用了希望一森蘭公司生產(chǎn)的SLANERT06—40高壓變頻器。希望一森蘭公司生產(chǎn)的完美無(wú)諧波高壓變頻器是一種新型的直接輸出高壓的變頻器，它采用若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出，諧波分量小，功率因數(shù)高，輸出波形近乎正弦波，不存在諧波引起的電動(dòng)機(jī)附加發(fā)熱。電動(dòng)機(jī)軸電流以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。
　　 （1）工程的電氣原理
　　 1）2002年我公司對(duì)窯頭通風(fēng)機(jī)電氣工程進(jìn)行了改造，改造后工程的整體電氣原理如附圖所示。
　　 其中，KM1～KM4為高壓真空接觸器，KM1和KM2為進(jìn)線開(kāi)關(guān)，KM3為變頻輸出開(kāi)關(guān)，KM4為工頻旁路開(kāi)關(guān)：R為緩沖電阻，由3個(gè)管電阻串聯(lián)使用。
　　 2）考慮到工程出現(xiàn)塌料等不正常情況，有時(shí)會(huì)造成工程風(fēng)壓不穩(wěn)，為提高整個(gè)工程的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，我們將風(fēng)壓信號(hào)取出，作為變頻器調(diào)速的反饋信號(hào)，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能。
　　 （2）變頻器的特性測(cè)試
　　 變頻器投入后，為檢查其性能，我們對(duì)多種工況下變頻器工作狀況進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試，結(jié)果均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
　　

　　

　　 1）工頻運(yùn)行模式 工頻旁路運(yùn)行適用于變頻器主控制部分發(fā)生故障，無(wú)法對(duì)變頻器進(jìn)行控制或因變頻器檢修而不希望影響生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)起動(dòng)旁路按鈕控制附圖中的KM4閉合，KM3分?jǐn)�，直接進(jìn)入工頻運(yùn)行，工頻起動(dòng)時(shí)，電流倍數(shù)在8倍以上，電壓降低6.5％，起動(dòng)時(shí)間15s。
　　 2）變頻起動(dòng)諧波分析 閉合附圖中的KM1、KM2、KM3、KM4，變頻器輸出電壓信號(hào)在變頻器輸出頻率10Hz、20Hz、30Hz、40Hz時(shí)，分別進(jìn)行測(cè)試分析，均未引起工程諧波含量增大，6kV母線電壓各次諧波含量和總畸變率基本沒(méi)有變化，波形幾乎為正弦波。
　　效果驗(yàn)證
　　 （1）通過(guò)對(duì)變頻器特性測(cè)試及兩年來(lái)的運(yùn)行情況了解，變頻調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)如下：
　　 1）電動(dòng)機(jī)可以平緩地起動(dòng)，減少了起動(dòng)沖擊，且不需再配備起動(dòng)裝置。
　　 2）具有可靠的保護(hù)性能，變頻器具有過(guò)壓、欠壓、缺相、輸出接地、短路、過(guò)流及過(guò)載保護(hù)，并具有柜門打開(kāi)后及控制電源失電后跳高壓開(kāi)關(guān)，功率單元故障診斷功能。
　　 3）控制單元與功率單元采用高精度、高速度的光纖數(shù)字通信，保證了控制信號(hào)傳輸?shù)木�度和速度，同時(shí)也保證了低壓控制電源部分與高壓電源部分很好的隔離。
　　 4）具有高功率因數(shù)，高效率，高質(zhì)量輸出，功率因數(shù)可超過(guò)0.95。
　　 5）變頻器調(diào)速范圍為0～100％連續(xù)可調(diào)，頻率精度可達(dá)±0.5％。
　　 6）在液晶人機(jī)界面，可通過(guò)鍵盤直接進(jìn)行設(shè)定，控制器有各種故障診斷、調(diào)節(jié)及邏輯功能、組態(tài)及顯示等功能。
　　 （2）節(jié)能分析
　　 檢修費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)分析電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)速降低，機(jī)械磨損及風(fēng)機(jī)振動(dòng)減少，軸承溫度降低，可以延長(zhǎng)通風(fēng)機(jī)軸承、風(fēng)葉等機(jī)械部件的使用壽命，檢修周期可以大大延長(zhǎng)。同時(shí)減少了風(fēng)機(jī)的噪聲，改善了工作環(huán)境。

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