回转无叶扩压器提升通风机性能的研究

某些通风机叶轮出口，气流速度相当大，尤其是前向叶片。高速气流从叶轮出口流入机壳时，由于流道截面积的突然扩大，将产生较大的突然扩大损失。同时，在蜗壳中又不能充分地把动能转变为静压能，致使通风机的动压比较大。为了减少突然扩大损失和提高通风机的静压及其效率，在某些通风机叶片出口设有无叶扩压器。

在通风机中，所应用的无叶扩压器有静止无叶扩压器（简称静止扩压器）和回转无叶扩压器（简称回转扩压器）两种。

静止扩压器是安装在叶轮外面，固定于机壳上，环状流道彼此平行（见图3-96）。从叶轮出来的高速气流，经过静止的截面逐渐扩大的扩压器，把部分动能转变为静压能，从而提高了通风机的静压及静压效率。

如图3-97所示为静止扩压器对于屋顶通风机性能的影响。

如图3-98所示为通风机蜗壳内（β_2A=40°）有无静止扩压器时的性能比较。从图中可以看到，有静止扩压器时，全压效率曲线比较平坦，工作区域可以大些。但是，最大效率有些降低。原则上讲，无叶扩压器可用于不同叶片出口角的叶轮。对于前向及径向叶轮更为有效。由于采用无叶扩压器，增加了机器的径向尺寸，全效率略有降低，因此，它在通风机中的应用不广泛。

图3-96 带有静止扩压器的离心通风机

图3-97 静止扩压器对屋顶通风机性能的影响

a）有静止无叶扩压器（性能曲线中——） b）无静止无叶扩压器（性能曲线中）

图3-98 静止扩压器对风机（β_2A=40°）性能的影响

1—蜗壳 2—蜗壳+无叶扩压器

理想流体在无叶扩压器中的流动，从动量矩不变原理可得

mc_3uR₃=mc′_2uR₂=mc_4uR₄=mc_uR=常数 （3-199）

式中 m——单位时间流过的质量；

R₃、R₄及R——无叶扩压器的入口、出口及任意半径；

c_3u、c_4u及c_u——R₃、R₄及任意半径处流体质点的切向分速度。

从公式（3-199）可得

可见，流体质点在无叶扩压器中的切向分速度与半径成反比。假设流体充满整个流道，且b₃=b₄=b时，从连续性方程可得

q=2πR₃bc_3m=2πR₄bc_4m=2πRbc_m （3-201）

式中 b——等宽的无叶扩压器宽度；

c_3m、c_4m及c_m——R₃、R₄及任意半径处的子午速度。

从公式（3-200）可得

可见，流体质点在无叶扩压器中，径向速度也与半径成反比。

从公式（3-200）及公式（3-202）可得

式中 α——气流绝对速度与圆周分速度间的夹角。

从公式（3-203）可见，任意截面的气流角α都保持不变。(www.xing528.com)

假设在无叶扩压器中的流动为稳定流动。流体质点的运动轨迹如图3-99所示：

或

对公式（3-204）积分：

于是

可见，流体质点轨迹为一对数螺旋线。

静止扩压器的宽度b、内径D₃及外径D₄等尺寸对性能有影响，可按下列原则确定：

1）在制造工艺许可的条件下，叶轮出口边缘与无叶扩压器间的径向间隙尽可能小些。一般D₃=1.005D₂。

图3-99 气流经过静止无叶扩压器的流动

2）在无叶扩压器入口，有气流的分离。为了使气流能充满整个无叶扩压器宽度，D₄/D₃≥1.5。

3）无叶扩压器宽度b=（1.02～1.05）b₂。

对于某些通风机，在蜗壳上加静止扩压器，以便把部分动压转变为静压。但是，效果不是很好。为了达到与静止扩压器相同的目的，有时在离心通风机中，应用了回转无叶扩压器（见图3-100）。这种无叶扩压器在我国和国外的一些通风机中，都得到了应用。由于这种扩压器随同叶轮一起回转，通常称之为回转扩压器。

图3-101a、b分别为前苏联ВЦО型（β_2A=90°）及51-18型（微后向）具有D₄=1.5D₂的静止和回转扩压器通风机的特性曲线。分析结果如下：

1）在经济工作区域（η≥0.6）范围内，该两通风机采用回转扩压器时所产生的压力要比采用静止扩压器时高8%～20%。同时特性曲线比较光滑，而且它的驼峰减小了。

2）该两通风机采用回转扩压器，所消耗的功率比静止的大。ВЦО型通风机全压的增加超过了功率的增加。因此，在工作区域中通风机的效率增加约2%～10%。

图3-100 具有回转无叶扩压器的离心通风机

图3-101 通风机具有静止与回转扩压器时的特性曲线

a）ВЦО型通风机 b）51-18型通风机 回转扩压器 静止扩压器

图3-102为不同直径的回转扩压器对于51-18型通风机特性曲线的影响。分析结果为：

1）增加回转扩压器直径时，通风机的全压系数ψ与功率系数λ都随着增加。但ψ增加得慢，而λ增加得快。回转无叶扩压器的直径为D₄=1.3D₂时效率最高。

2）采用回转扩压器时，通风机的性能得到很大改善。最大效率增加了7.5%，经济工作区域的流量变化范围及压力均有增加，稳定工作区域也有增加。

图3-102 不同直径的回转扩压器对于51-18型通风机性能的影响

D₄=1.5D₂D₄=1.4D₂D₄=1.3D₂D₄=1.2D₂D₄=D₂

根据前向通风机（β_2A=126°）试验研究结果，采用回转无叶扩压器时，通风机的压力及效率也有明显的增加。但是对于强后向通风机（4-70型β_2A=44°40′）的试验研究表明，采用回转扩压器时，其效率增加得很有限。