高性能风机现代设计方法及其应用
高性能风机现代设计方法及其应用
随着现代生活对节能、环保要求日益提高，对开发高效、低噪风机的呼声也日益强烈，低噪风机设计和风机噪声控制工作具有重要意义。上世纪90年代初期之前，工程上一直采用传统设计方法，即用一维或二维理想流处理加上一些设计参数的经验选择，而不考虑风机各个部件之间及间隙影响的设计方法。虽然用这种方法也有不少产品具有接近当时国际水平的综合性能（即兼顾效率、噪声、工艺、尺寸、寿命、高效工作区），至今仍占领着我国的风机市场，但这些产品的开发不仅费时费钱，且进一步提高性能的潜力已很小，因此必须充分利用现代科技手段，全面考虑风机内部三维、粘性流动，考虑部件耦合影响的整机优化设计，发展一种新的现代设计方法。
清华大学从事高效低噪风机研发已有近三十年，在丰富工程设计经验的基础上提出了高效低噪风机现代设计方法，其基本内容为：
（1）改进的工程设计方法，给出综合性能较好的风机通道型线；
（2）风机整机三维粘性流动数值模拟（包括各旋转及静止部件，且考虑间隙影响），分析比较其内部流场，为改进设计提供依据，同时进行优化计算，好中选优。优化
目标是在满足风量和风压的前提下，效率越高越好；计算软件采用目前计算流体力
学使用最多、计算可靠的商用软件FLUENT；
（3）制作样机并进行样机性能试验来检验及修正设计、改进数值模拟方法，使性能预估和实测结果吻合。
经过多次循环，最后获得高性能的风机产品。一般来说，从提出设计参数，到研制成高效低噪风机样机的总周期为3~6月。目前我们不仅能对风机设计工况点的性能进行优化设计并预估风机气动性能，还建立了风机非设计工况气动性能预测方法，可准确预测离心风机在高效性能区内的气动性能，预测误差一般可控制在5~8％以内。在此基础上提出了新的变工况设计方法，可以保证设计工况点气动性能的同时兼顾非设计工况点，从而提高风机的变工况性能。
同时我们阐明了风机变形设计的理论基础，提出了新的变形设计方法，离心风机集流器（进风口）的设计准则，并在实际产品中得到应用，显示出新方法的巨大优势。
在此基础上建立了风机离散噪声的数值预估方法，理论预估和实测误差在4dB以内，为今后在设计阶段进行风机噪声预测奠定了雄厚基础。
我们用此方法已为国内外众多企业开发了多个系列高性能的离心和轴流风机，也为国外一些企业预估离心和轴流风机气动和噪声性能，整机性能预估均和实验结果符合很好，设计工况的全压或静压误差小于3~5％，效率误差小于2~3％。
（1）与北京西山圣通风机公司（原北京西山风机厂）合作研制的各种风机
包括7-35系列风机、消排风机、对旋轴流风机和特殊用途风机等多品种多个系列的风
机，突出特点是效率高、噪声低，综合性能先进。例如，7-35系列风机是6-41系列离心风机的换代产品，全压效率达到85.6%，比A声压级为6.4dBA，90％最高效率对应的最大和最小风量比（反映风机变工况性能，该值愈大愈好）达到2.6，达到或超过国际同类风机水平。采用我们最新的变形设计方法利用现有风机的系列模具成功研制了三个系列的新型玻璃钢专用风机，大大降低了成本。
（2）为美国GE公司开发二台离心风机
●家用空调风机
与美国通用电气公司研究发展中心（CRD GE）科研合作，开发目的是用于替代现有风机，在外形尺寸不变的前提下，合同指标要求在完全相同条件下进行新老风机对比试验，效率应提高15~30%，噪声下降2~4dB。研究结果是开发的新风机比原来的风机效率提高28%，噪声降低5dBA。
●高效离心鼓风机
与CRD GE和合作建立一套高效中央空调示范系统，要求我方提供高效离心鼓风机的气动力设计和原始样机，利用上述现代设计方法，使它的静压效率达到55％，后来样机又在美国斯坦福大学与其他产品作现场对比试验，受到一致好评。
（3）与鞍山风机集团公司合作研制大型流化床锅炉风机
从2002年开始与鞍山风机集团公司合作，已有6个系列的高性能风机进入市场并得到用户的广泛欢迎和好评。鞍山风机集团公司在与几年内销售额大幅增长、公司规模迅速扩大。我们研制的风机中最具代表性的是QAL Y系列循环流化床锅炉专用风机及烧结风机等系列，其中7-27、7-22和6-44系列风机的效率分别高达87.6%、86.7%、85.6％，居我国同类风机领先水平，优于国外同类风机，除高效率外其高效区宽广，具有很好的变工况性能。QAL Y 系列循环流化床锅炉专用风机还在2008第四届中国国际流体机械展览会上获得展览会金奖，受到同行及专家的广泛好评。
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