为提升斜流风机的气动性能,对斜流风机采用了倾斜导叶设计,并利用流体径向压力梯度对其壁面流体堆积的改善作用进行理论分析。对5种不同倾斜角度的斜流风机导叶进行了数值模拟研究,获得了斜流风机内部流场和气动性能曲线。并依据径向速度和轴向速度分布特征,从流体流通性和能量损失的角度分析了流场结构随导叶倾斜角度的变化规律,验证了理论分析结果。研究结果表明导叶倾斜引起的径向速度值越接近于0、分布越均匀,且端壁区轴向速度越高、低速区覆盖面积越小,越有利于提升斜流风机气动性能;导叶前倾可提升斜流风机全流量区间(0~1400 m3/h)的全压,其中,前倾20°时在设计工况(1200 m3/s)下提升全压效率约2%;后倾导叶作用相反。研究结果对于风机叶片改型设计的气动性能改善方法具有较好的指导意义。

本文的研究对象为一款工业用后置导叶式斜流风机,基于改善斜流风机尾部流动状况,设计了三种不同结构的导风锥。采用数值模拟方法对原风机和三款加装不同导风锥后的风机的整机模型进行了稳态三维流场计算,对比分析了四种风机模型的气动性能和内流状况,计算证明在设计的三组导风锥中,平顶型导风锥效果最优,并对平顶型导风锥进行了试验验证。模拟和试验的结果表明:合理的导风锥结构能有效地改善斜流风机尾部流场的涡结构,减少尾部回流,降低流动损失,风机的全压和全压效率都有明显提高。

斜流风机采用轴向入口方式的蜗壳设计使机构更紧凑。考虑蜗壳与斜流叶轮整体匹配设计中内流增效减损机制，按照气体自由流动轨迹设计蜗壳型线；通过内流匹配分析，比较了流叶轮对称和不对称两种轴向蜗壳入口方式，不对称蜗壳静压分布较好；单向涡流束取代了对称蜗壳中的双向涡流，从而避免了由于双向涡流引起的中间层的分离，减少了耗散损失，提高了外特性性能。在此基础上设计了几种轴向非对称蜗壳，比较了小直径轴向内蜗壳斜流风机采用无叶扩压器和有叶扩压器两种配置方案的内流场。指出了斜流叶轮设置导向叶片扩压器有利于提高风机性能，因此在斜流风机中推荐使用叶片扩压器。