离心风机梯形截面蜗壳内旋涡流动的数值分析王企逅戴韧陈康民上海理工大学动力工程学院，上海捅要本文求解时均NS方程和BaldwinLcmax湍流模式，使用基于时间推进法的JameScn格式计算方法，对离心风机的梯形截面蜗壳内部流场进行了数值模拟。计算结果明，在蜗壳各径向截面上都存在着个旋转方向相反强度交替变化的涡对。该涡对会随着径向截面位置与蜗壳运行工的变化发生复杂的变化。对该涡对演化细节的研究有助于探讨蜗壳内流动损失的些机理，风机蜗壳内的流动是高雷诺数剧烈分离的旋涡流动。对蜗壳内旋涡生成演化细节的探讨，有助于认识蜗壳内旋涡流动的本质优化蜗壳的设计。 　　由于蜗壳内部是复杂的旋涡流，其本身具有强烈的非线性性，对其内部次流及旋涡流动细节至今还不够明了。本文旨在运用数值计算的手段，对离心风机梯形截面蜗壳内的旋涡流动进行计算与研究，着重把握在设计工况与变工况下蜗壳内旋涡流动的生成演化细节，从而为深入对蜗壳内流动本质的认识及改善其设计提供依据。 　　 　　1是计算所用风机外型意。其中给出了蜗壳六个径向截面，随后将在这六个截面上考察旋涡的运动与发展规律。 　　财从=1.5其中，财计算流量点，Mdcs2.2计算方法合81揣流模型。方程组采用基于时间推进法的18，1格式，有限体积法离散。为提计算的速度与收敛性，本文采用了重网格，循环的，厘3技术隐式残差光顺当地时间步长等加速收敛技术。有关计算方法细节可参文献4. 　　2.3计算网格与边界条件网格生成采用分区分块技术，将叶轮与蜗壳内各布置约30万个网格，并对壁面附近网格进行局部加密。2给出了整个蜗壳的维网格分布。 　　计算时进口给定流量与流动方向；出口给定背压；壁面给定无滑移条件。计算残差下降个量级即认为计算收敛。 　　3计算结果与分析纵观各工况下径向截面上流谱35，可以发现，在绝大部分的截面上都存在着个涡对，其中涡位于径向截面的梯形区内，另涡位于该截面的矩形区内为了简便起，以下称在梯形区的涡为旋涡，在矩形区的涡称旋涡。 　　旋涡从第个截面开始形成，并沿各截面呈现种初生发展耗散及溃灭的演变过程。而旋涡个截面上，并且它的形成过程要比旋涡清晰地多先从壁面有部分流体被卷起，并逐步形成涡核；位于壁面的初生了涡逐步发展并离开壁面向梯形区中心运动；丁涡在运动过程+，由于粘性耗散作用，强度逐步减弱，最终被耗散掉。这过程恰能够说明流体的粘性和外壁的影响是形成旋涡的物理机制。 　　这些流谱从个侧面也说明了，组成这涡对的两个涡中，涡是个稳定涡，它几乎存在于从蜗舌至360的通流区域，而旋涡是个不稳定的旋涡，它的产生发展与耗散主要在集中在120至240的通流区域。 　　这个涡对的强度也是交替发展的，开始时旋涡较强而初生丁涡较弱；随着旋涡的发展，其强度大，此时尺涡的强度逐步变弱；随着丁涡运动时的粘性耗散，强度又减弱时，只涡的强度又逐步回升。 　　同时还可以看到，这对旋涡的旋转方向恰好相反，只涡是右旋涡而旋涡为左旋涡。上述这些现象是与旋涡守恒定理相致的。尽管旋涡守恒定理是描述理想流体的性质，但在只数的粘性流体中，也往往能在定性上现出旋涡守恒的些规律。 　　比较各个工况下径向截面上这对旋涡的产生发展过程及其强度的变化可以发现，在设计工况下这就说明，蜗壳的运作工况从小流量点到大流量点的变化过程中，就其粘性耗散而导致的能量损失而言，有个最佳工况点，这即是设计工况点。只有在设计工况点上，涡对的强度与作用范围最小，这就预着蜗壳内部流动的粘性损失小，流动的效率高；而在变工况点，涡对的强度很大，从而导致了流动的粘性损失增大，流动效率降低。在蜗壳的设计中，根据径向截面上所通过的流量随包角的增大成正比的增加这原则得出了蜗壳型线的等环量设计原则，并形成了对数螺旋线式的蜗壳型线，参照本文的计算结果明，这种等环量设计原则能在设计工况点较好的抑制旋涡的形成，从而降低损失，提了流动效率。而在小流量点，由于蜗壳内部所通过的流量过小，通流速度过低，使梯形区的壁面上由于壁面的摩擦导致流动附面层分离从而形成旋涡；在大流量点，由于蜗壳内的流量超过设计流量，过大的通流速度使大量流体挤入蜗壳内，使蜗壳内流动的不稳定性增加，从而导致旋涡的形成。 　　值得注意的是，随着蜗壳工况流量的变化，旋涡与涡流的相对强度也在发生变化。在小流量与设计流量下，旋涡的发展大小始终小于旋涡，而随着流量的大，旋涡的强度有明显的增加。旋涡与旋涡的相对强度的变化就反映出了蜗壳内粘性损失大小的位置变化在小流量与设计流量工况点，旋涡的粘性损失主要存在于蜗壳径向截面的矩形区，而随着工况点的流量大，粘性损失的强度逐步向径向截面的梯形区转移。 　　因此，在梯形截面的蜗壳中，特别是在变工况时，旋涡所造成的总压损失是制约蜗壳内流动效率提的个不可忽视的重要因素。 　　4结论加格式并配合，湍流模型的计算方法，对离心风机的梯形蜗壳进行了在设计工况与变工况下的数值模拟，着重研究蜗壳内部各个径向截面上旋涡的生成演化细节，计算结果明在梯形蜗壳的径向截面上存在着旋转方向相反强度交替变化的个涡对。其中个旋涡位于径向截面的梯形区内，是左旋不稳定旋涡，它主要存在于120至240的通流区域中，并有明显的产生发展与耗散过程；另个旋涡位于径向截面的矩形区内，它是个右旋较为稳定的旋涡，它几乎充满于从蜗舌至360的通流区域内。 　　这对旋涡的强度与蜗壳运行的工况有关在设计工况下，涡对的强度很弱，但在变工况时，涡对的强度，大。 　　随着工况点流量的增加，位于径向截面梯形区的旋涡发展强度也会增大，甚至会充满整个梯形区，这就造成了梯形区内由于旋涡的粘性耗散所造成的总压损失增加。因此，梯形截面蜗壳内梯形区中由于旋涡的粘性耗散所造成的粘性损失是影响蜗壳内部流动效率的个重要因素。 　

机械与设备离心风机噪声的产生与控制蔡祖光湖南省湘潭市新世纪陶瓷机械有限公司湖南4102制噪声应采取的措施。通过对离心风机的噪声进行检测分析和研宄，确定了其噪声的主要来源及其传播途径，并采取有效的噪声治理措施，达到减弱或切断噪声的传播途径或消除噪声源的目的。 　　1前言陶瓷工业常用的离心风机是通风与除尘装置的关键设备，如陶瓷原料的干法粉磨工序雷蒙磨机锻锤式磨粉机及鼠笼式打粉机等磨粉设备利用离心风机将达到规定粒度要求的陶瓷粉料排出机外；喷雾干燥器隧道式干燥器室式干燥器链式干燥器及窑炉等设备利用离心风机进行热交换，以便提高制品的加热速度及加热质量等；旋风除尘器及布袋除尘器等利用离心风机对生产车间进行除尘处理，确保生产车间清洁明亮及文明生产等，利用离心风机还可以完成陶瓷粉料的输送等噪声是陶瓷工业常用离心风机的致命缺陷。事实上，噪声是多种不同频率声音的无规律的杂乱组合，严重损害人们的身心健康及降低工作效率。所以积极研究和探讨陶瓷工业常用离心风机噪声的产生原因危害性及其控制途径，对保护操作工人的身体健康及提高企业的经济效益等具有深远而重要的意义。 　　2噪声产生原因离心风机所产生的噪声通常可分为机械噪声电机噪声及空气动力噪声。 　　2.1机械噪声陶瓷工业常用离心风机的叶轮通常是直接安装在电机轴上或通过联轴器风机轴或通过皮带轮风机轴及传动带与电机轴联接起来，并随电机轴起高速旋转。虽然陶瓷工业常用离心风机的设计制造满足了强度和刚度的要求，风机出厂时，风机轴风机叶轮联轴器及皮带轮等旋转零部件都己经过严格的静平衡和动平衡校正合格后才组装成台。但因离心风机的转速高，生产环境恶劣，空气潮湿及粉尘飞扬等，而陶瓷粉料及尘埃等固体颗粒的主要成分仍是石英和或方石英，其硬度特别高，所以陶瓷工业常用离心风机工作时，风机叶轮等旋转零部件极易磨损而产生机械噪声，并现在以下几方面风机叶轮的不均匀磨损，在风机风压的作用下，导致风机叶轮产生变形，风机工作时，因风机叶轮的不平衡而产生机械噪声。 　　因风机轴承的磨损，造成轴承滚动体与其接触工作面形成较大的间隙而产生机械噪声，严重时，轴承的内外圈与风机轴轴承座也会形成较大的间隙而产生机械噪声。 　　有些风机通常采用多根传动带同时工作，若传动带的长度尺寸相差较大，风机工作时，有些传动带张紧，另些传动带还没有张紧，由此产生了机械噪声。 　　因风机的安装不规范或工作零部件的联接螺栓等松动造成机械噪声。 　　因风机的高速旋转，导致风机的某零部件产生共振而造成机械噪声。 　　2.2电机噪声电机是离心风机的重要组成部分，通常风机生产厂家采用的电机都是由电机专业生产厂家提供的，风机生产厂家通常对电机内部不再进行处理，而是直接使用。事实上，电机的噪声种类繁多，通常主要现在以下几方面因电机轴承的精度较差而产生的机械噪声。 　　因电机内部径向交变的电磁力的激发而产生的电磁噪声。 　　因换向器整流子碳刷摩檫导电环和整流子本身产生的机械噪声。 　　因某些零部件的振动使其固有频率与激振力频率相近而产生共振，形成噪声。 　　因电机转子的不平衡或和电磁力的轴向分量产生的轴向窜动造成的噪声。 　　因电机冷却风扇的形状尺寸等参数不太合理而产生的空气动力噪声2.3空气动力噪声离心风机所产生的空气动力噪声通常可分为旋转噪声涡流噪声和撞击噪声。 　　2.3.1旋转噪声旋转噪声又叫叶片噪声，它是由高速旋转的风机叶轮叶片对气体产生周期性的压力而造成气体压力和速度的脉动变化所产生的噪声。此外，风机叶轮叶片在自由空间旋转时，与其邻近的某固定位置的气体将受到风机叶轮叶片及其压力场的激振力作用，造成气体压力的起伏变化；由于风机高速旋转时，风机叶轮叶片频繁地逐个通过该位置，相应地产生气体压力脉动，并向周围辐射而形成噪声。 　　2.3.2涡流噪声涡流噪声又称涡旋噪声。方面，气流由进风口轴盘及前盘进入离心风机内部时，由于气体流道的急剧变化，气体将产生剧烈压缩或膨胀而形成涡流噪声；另方面，气流在通过风机叶轮叶片通道时，由于气体边界层的脱流也会形成涡流噪声。 　　2.3.3撞击噪声离心风机所产生的撞击噪声是由气流进入和离开离心风机叶轮叶片时产生的冲击噪声，以及气流流经蜗壳蜗舌时所产生的哨声噪声等组成的。 　　3噪声的危害性3.1噪声影响心理并诱发多种疾病噪声干扰人们日常谈话学习工作休息等，并严重损害人们的身体健康。若长年累月地生活在噪声的环境中，人们极易厌烦脾气暴躁等，天长日久还会损伤人耳聋。临床经验也明，心脏病高血压肠胃病及癌症等疾病的发展与恶化，都与噪声的强度有着密切的关系。 　　3.2噪声影响安全生产降低工作效率由于噪声的干扰，人们极易疲劳，注意力分散，精力下降等，影响工作质量，工作效率下降。由于噪声的掩蔽效应，人们不易觉察发生事故的预兆与各种警告信号的存在，极易造成设备的损害及人身伤事故的发生，严重危害安全生产。 　　4噪声的控制途径陶瓷工业常用离心风机所产生的噪声，通常通过进风管道进风口机壳排风管道排风口及风机基础等向空间进行传播，并严重危害人们的生存环境。为此我国政府颁发了工业企业噪声卫生标准试行草案，国际标准化组织150也规定，工矿企业的噪声不能超过85分贝。 　　根据人们对噪声的承受能力，距离陶瓷工业生产厂区最近要求噪声不能超过40，45分贝4.事实上，在距离陶瓷工业常用离心风机周围1.5范围内测得的噪声通常高达90，100分贝，有时甚至高达105分贝。因此，我们必须对离心风机的噪声进行有效地控制和治理，其控制途径介绍如下。 　　4.1控制机械噪声的途径风机叶轮风机轴皮带轮及联轴器等旋转零部件须进行严格的静平衡和动平衡校正，合格后才能组装成台，准予出厂。 　　定期检查风机各零部件的联接螺栓及地脚螺栓是否松动，轴承是否异常磨损或润滑不良，传动带是否张紧等。若发现情况异常时，应立即停车排除。 　　安装时，风机与钢筋混凝土基础之间应垫橡胶软木板或毛毡板等软质材料，使离心风机传递给钢筋混凝土基础的振动得到最大限度减弱或消除。 　　在风机的进风口和排风口处安装段橡胶软管，可将离心风机传递给风管的振动在橡胶软管处得到最大限度减弱或消除。 　　4.2控制电机嗓声的途径电机冷却风扇叶片须进行严格的静平衡和动平衡校正合格后，才能组装成台准予出厂。同时还应合理选用电机冷却风扇叶片与导风圈之间的间隙等，有效降低电机冷却风扇叶片的旋转噪声。 　　合理选用电机冷却风扇叶片的形状及直径等参数，有效降低电机冷却风扇的涡流噪声。 　　若电机产生低频电磁噪声，明电机定子有偏心，气隙不均匀，电机定子经修复或更换后就能消除电机产生的低频电磁噪声；若电机产生高频电磁噪声，明电机转子有缺陷，电机转子经修复或更换后也能消除电机产生的高频电磁噪声。 　　4.3控制空气动力噪声的途径4.3.1风机进风口及排风口处安装消声器消声器是利用多孔吸声材料来吸收声能的，当声波通过衬贴多孔吸声材料的进风口及排风口处时，声波将激发多孔吸声材料中的无数小孔中的空气分子产生剧烈地运动，其中大部分声能用于克服摩擦阻力和粘滞阻力并转变成热能而消耗掉，从而降低离心风机所产生的空气动力噪声。实践明，在离心风机的进风口及排风口处安装消声器，通常能降低进风口及排风口处产生的空气动力噪声约20，30分贝。4.3.2风机进风口处设置整流装置因离心风机的叶轮叶片排风口的尺寸通常大于前盘处进风口的尺寸，所以气流在风机中流动时，将在进风口圆弧段部位处形成许多涡流，涡流将与风机蜗壳及进风口零部件产生多次频繁地碰撞而形成空气动力噪声。若在风机进风口处位于风机蜗壳内部的外围处设计制作防止产生涡流的整流装置，即增设整流圈及挡板，就能有效地防止气流在风机进风口处形成涡流，从而降低离心风机所产生的空气动力噪声。 　　4.3.3改善风机蜗壳的结构形式离心风机蜗壳的作用是收集从风机叶轮流出的高速气流，并将此高速气流引导至排风口，在这过程中，高1进风口2蜗壳5后盘6风机轴3前盘4叶轮叶片7整流圈8挡板陶瓷工业常用离心风机的结构意速气流将撞击风机蜗壳并产生空气动力噪声。通过优化和改善蜗壳的生产工艺，并精密制作流线形的对数螺线蜗卷曲线的风机蜗壳，能有效地减少离心风机所产生的空气动力噪声。 　　4.4.4改善风机叶轮的气体流道控制离心风机叶轮进风口处的风速可有效地减少风机叶轮气体流道的流速，降低离心风机所产生的空气动力噪声。若风机叶轮叶片设计制作成后掠式扭曲叶片，即该风机叶轮叶片在排风口处适度向前倾斜，而在进风口处又适度向后倾斜，就可以避免气体流道急剧变化，阻止气体产生涡流，从而减少离心风机所产生的空气动力噪声。 　　4.4控制噪声的其它途径通常声音在穿过均匀致密的墙体材料时，声能将被减弱或消除，声能减弱得越多，那么隔音效果就越好。若用吸声材料制作隔声罩或隔声间，将离心风机封闭在较小空间内，就能阻止其噪声向外界传播，减少离心风机所产生。 5结束语目前，陶瓷工业常用离心风机噪声的产生与控制是各国陶瓷科技工作者和生产企业共同关注的课。我们认为应在离心风机的设计和制造中，优化和完善离心风机结构，精心制作，尽量减少空气动力噪声的产生；对风机叶轮风机轴皮带轮及联轴器等旋转零部件应进行严格的静平衡和动平衡校正，以减少因风机振动而产生的机械噪声。然而由于离心风机的叶轮转速高，陶瓷生产环境，空气潮湿及粉尘飞扬等，造成离心风机工作时风机叶轮叶片极易产生磨损而形成噪声。我们应通过对离心风机的噪声进行检测分析和研究，确定其噪声的主要来源及其传播途径，采取有效的噪治理措施，减弱或切断噪声的传播途径或消除噪声源，确保最大限度减轻离心风机对周围环境的噪声污染，从而改进工作环境，提高生产效率。