对旋轴流风机与单级轴流风机性能对比

本文依据FBD-NO7.5-2×55KW型对旋轴流风机的设计参数，分别设计出单级轴流风机与对旋轴流风机。对两种风机分别进行数值模拟，得到两种风机的正风以及反风流动性能。两种风机在相同流量工况下正风运行时，对旋轴流风机的全压总是高于单级轴流风机，并且对旋轴流风机高效率运行的流量区间也更广。两种风机反风运行时全压和效率均会严重下降，单级轴流风机的反风全压和效率优于对旋轴流风机。通过对两种风机正风运行时的噪声特性进行分析，对旋轴流风机的平均声压级要高于单级轴流风机，且对旋轴流风机具有明显的离散噪声特性。

对旋轴流风机在矿山局扇等场合得到广泛应用，相关的研究成果较多。文献[1] [2]对如何设计对旋轴流风机进行了研究，结论指出采用等环量的设计方法较为合理，两级叶轮叶片间的轴向间隙取为0.5倍的一级叶片弦长可以使进入第二级的气流更加平稳，第一级叶片安装角可以稍大，第二级叶片安装角不可过大，防止气流分离严重。文献[3]设计了一种对旋轴流风机，并改变其轴向间距，得出轴向间距对对旋风机的性能影响有限。文献[4]设计了一种对旋轴流风扇并计算其正风流动性能，并选择一种有同样外形尺寸叶片的带后导叶的单动叶轮轴流风机进行对比，结果表明无论是总压还是静压都显示对旋轴流风机要比后者高几乎两倍。

盛建红等提出了对轴流式风机反风的数值仿真模拟， 选用K40-4-15型轴流风机作为研究对象，重点研究了轴流式风机的反风性能以及叶片安装角、叶型拱度和转速对其反风量的影响。结论中指出随着转速增加正转和反转时风机风压和风量都逐渐增大，但是反风率并不是一直随转速增大而提高，当超过某个转速值后反风率下降[5]。文献[6]利用理论公式推导的方法提出矿井轴流通风机反风时，在相同流量下，反转压力损失之所以比正转时大得多，主要是反转时的入口冲角比正转时大，导致分离严重，反风量降低。文献[7]采用数值计算方法指出FBDCZ-NO.16 型对旋轴流风机，直接将叶片反转来反风运行时，相较于正风运行，全压效率会严重下降，但是反风运行工况点的反风量均在65%以上。

若需提高对旋轴流风机反风时的全压效率可以选择用其它方式实现反风， 或采用可逆式方法设计叶片。文献[8]采用数值计算方法指出轴流通风机正转时，随叶型拱度的增大， 风量明显增大；通风机反转时，实际反风量随叶型拱度增大而减小，导致反风率急速下降。叶型拱度对轴流式通风机的反风率影响非常显著。文献[9]通过Fluent 软件研究矿用对旋风机在不同工况和不同穿孔孔径下的流场特性，同时分析了各噪声观测点的频域以及声压级分布情况，寻求风机降噪方法。

文献[10]计算研究3 种叶形对旋风机正反风性能， 设计工况噪声声压及其频谱特征， 发现双钝头叶型比原始C-4 叶型平均总声压值有所减小。

上述研究局限于仅对单级轴流风机与对旋轴流风机的一种进行性能研究，或者只研究两者在正风流动方面的差异，并未进行两种风机的反风与噪声特性比较。本文设计了参数相同的单级轴流风机与对旋轴流风机，采用数值计算方法，对比研究二者之间的流动与噪声特性。