CN100497950C - 轴流式冷却风机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有大直径8～10m、低压头70～130Pa、高风量440～550m³/s的轴流式冷却风机，由电机、风圈、导流片组件和桨叶组件组成，导流片组件的外圆环与风圈的一端连接，桨叶组件装配在风圈内，电机的输出轴穿过导流片组件的内圆环与桨叶组件的轮毂连接。本发明采用自由涡流叶栅理论，桨叶翼型采用低雷诺数、高升力翼型，并采用提高桨叶扭转角β以及增加桨尖弦长等措施制造出新型风机结构，同时在风机的出口安装导流片，用于回收风机出口的旋转动能，增加了风机的静压升，使空冷凝汽器出口的风速提高，强化了对空冷凝汽器的对流换热能力，从而提高了空冷凝汽器的散热效果。

Description

轴流式冷却风机

技术领域

本发明涉及一种轴流式冷却风机，该冷却风机具有大直径8～10m、低压头70～130Pa、高风量440～550m³/s。

背景技术

由于大型轴流风机在火电厂的直接空冷系统中的强迫对流换热具有的重要作用，因此风机性能的好坏直接决定着空冷凝汽器散热效果的高低的重要标志。由于空冷凝汽器在散热过程中需要大的风量，但压头却不大，所以空冷系统的风机常采用低压头、大风量、低噪声的轴流式风机。然而在夏季炎热的季节里，环境温度很高，特别是自然风从锅炉房侧吹过，在空冷塔下形成热回流时，现有风机鼓入的风量不能满足实际高温条件下的空冷凝汽器的散热要求，严重影响空冷凝汽器的散热效果，甚至造成系统的停机，给电厂的安全生产和运行带来了很大的影响，造成了巨大的经济损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有大直径8～10m、低压头70～130Pa、高风量440～550m³/s的轴流式冷却风机，该冷却风机的桨叶采用自由涡流叶栅理论、翼型采用了低雷诺数Re、高升力翼型C_L，对其结构优化从而获得较佳桨叶外形，实现了风机出口流量的增加；同时为了改善风机出口处的流场结构，进而提高空冷凝汽器的散热效果，在风机的出口安装导流片，用于回收风机出口的旋转动能，增加了风机的静压升，使空冷凝汽器出口的风速提高，从而强化了对空冷凝汽器的对流换热能力。

本发明是一种具有大直径8～10m、低压头70～130Pa、高风量440～550m³/s的轴流式冷却风机，由电机、风圈、导流片组件和桨叶组件组成，导流片组件的外圆环与风圈的平滑段连接，桨叶组件装配在风圈内，电机的输出轴穿过导流片组件的内圆环与桨叶组件的轮毂连接。

本发明桨叶组件中的桨叶翼型的升力系数 $C_l=\frac{L}{\frac{1}{2}{\mathrm{\ρV}}_{\∞}^{2}b},$ 桨叶翼型的阻力系数 $C_d=\frac{D}{\frac{1}{2}{\mathrm{\ρV}}_{\∞}^{2}b}.$

本发明轴流式冷却风机的优点在于：(1)桨叶翼型的低雷诺数Re＝1.5×10⁶～3.9×10⁶，高升力翼型C_L＝0.479+0.0895α，桨叶翼型的阻力系数C_d＝0.0286—0.0039α+0.0009α²；(2)采用高升力翼型后，风机出口的风流量明显增加，有利于改善空冷凝汽器的散热效果；(3)桨叶组件中的桨叶采用独立设计，有利于各桨叶之间安装时调节安装角保持一致；(4)桨叶翼型构形采用Fluent软件进行二维气动特性的优化设计，改善了风机出口的流场结构，回收风机出口的旋转动能，有利于提高空冷凝汽器出口的流速，增强冷空气与空冷凝汽器的对流换热能力，从而提高了空冷凝汽器的散热效果。

附图说明

图1是本发明轴流式冷却风机的外部结构图。

图1B是本发明轴流式冷却风机的另一视角的外部结构图。

图1C是本发明轴流式冷却风机的正视图。

图1D是本发明轴流式冷却风机的俯视图。

图2是本发明导流片组件的外部结构图。

图2A是A导流片的正视图。

图3是本发明桨叶组件的外部结构图。

图3A是桨叶外部结构图。

图3B是桨叶的侧面视图。

图3C是桨叶翼型的来流迎角、升力系数与阻力系数坐标关系图。

图中：          1.导流片组件      101.A导流片     102.B导流片    103.C导流片

104.D导流片     105.E导流片       106.F导流片     107.G导流片    108.H导流片

109.I导流片     110.外圆环        111.内圆环

2.桨叶组件      201.A桨叶         202.B桨叶       203.C桨叶      204.D桨叶

205.E桨叶       206.F桨叶         207.G桨叶       208.H桨叶      209.轮毂

221.上翼面      222.上端面        223.连接柱      224.前端面     225.下翼面

226.桨叶轴线    227.叶尖

3.风圈          301.扩张段        302.平滑段

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明是一种具有大直径8～10m、低压头70～130Pa、高风量440～550m³/s的轴流式冷却风机，由电机(图中未示出)、风圈3、导流片组件1和桨叶组件2组成(参见图1、图1A、图1B所示)，导流片组件1的外圆环110与风圈3的平滑段302连接，桨叶组件2装配在风圈3内，电机的输出轴穿过导流片组件1的内圆环111与桨叶组件2的轮毂209连接。(参见图1C所示)风圈3外形从上至下设有平滑段302、扩张段301，扩张段301端部的扩张度

为3～10度。在本发明中，当电机驱动桨叶组件2沿顺时针方向转动时，将空冷凝汽器下方的冷空气向上抽，当电机驱动桨叶组件2沿逆时针的方向转动时，将空冷凝汽器上方的热空气向下吸，从而使空冷凝汽器具有较佳的散热效果。电机的输出功率为120～160KW。

参见图2所示，在内圆环111与外圆环110之间顺次连接有A导流片101、B导流片102、C导流片103、D导流片104、E导流片105、F导流片106、G导流片107、H导流片108、I导流片109。在本发明中，九个导流片结构相同，为等宽圆弧翼型，翼型弦长b_s为500mm，翼型宽度b_w为2.5～5mm(参见图2A所示)。

在本发明中，轮毂209的外圆上均匀设有多个凸圆孔(凸圆孔长度10～50mm)，凸圆孔上对称开有A通孔、B通孔(用于销柱穿过)；每个桨叶的前端面上设有连接柱，连接柱上对称开有C通孔、D通孔(用于销柱穿过)；在装配时，连接柱安装在凸圆孔内，且用销柱穿过A通孔、C通孔、D通孔、B通孔后将两者固定，从而实现轮毂209与八个桨叶的柔性装配。参见图3所示，轮毂209的外圆上通过凸圆孔内安装连接柱且顺次装配有A桨叶201、B桨叶202、C桨叶203、D桨叶204、E桨叶205、F桨叶206、G桨叶207、H桨叶208。在本发明中，A桨叶201、B桨叶202、C桨叶203、D桨叶204、E桨叶205、F桨叶206、G桨叶207、H桨叶208结构相同，且相邻两个桨叶之间的安装角γ为15～30度。为了详细说明本发明桨叶的具体结构，参见图3A、图3B所示，A桨叶201的前端面224中心位置设有连接柱223，连接柱223的端部对称开有上C通孔、D通孔(图中未示出)，连接柱223的长度10～50mm。上翼面225的桨叶扭角β为10～15度。

参见图3C所示，对于桨叶翼型的优化采用了大型通用流体力学计算软件Fluent进行二维气动特性的计算分析，在坐标系XOY中，X轴表示翼型弦线方向，Y轴表示与桨叶轴线平行方向，来流迎角α＝—6～+16度为来流方向与X轴(翼型弦线方向)之间的夹角，以逆时针为正来流迎角α(顺时针为负来流迎角α)。翼型的升力与来流方向垂直，翼型的阻力与流方向平行，则有翼型的升力系数C_l和阻力系数C_d为：

$C_l=\frac{L}{\frac{1}{2}{\mathrm{\ρV}}_{\∞}^{2}b},$ 式中，L表示桨叶翼型的升力，ρ表示空气的密度，V_∞表示来流速度，b表示桨叶翼型的弦长，单位：mm。

$C_d=\frac{D}{\frac{1}{2}{\mathrm{\ρV}}_{\∞}^{2}b},$ 式中，D表示桨叶翼型的阻力，ρ表示空气的密度，V_∞表示空气来流速度，b表示桨叶翼型的弦长，单位：mm。

在具有翼型的升力系数C_l和阻力系数C_d关系中，设计一个具有八个桨叶、九个导流片、电机输出功率为132KW时、桨叶弦长3705mm、桨叶扭角β为14.7⁰、叶尖弦长1562mm、前端面弦长b为1910.35mm和安装角γ为28.5⁰，则有桨叶翼型的低雷诺数Re＝1.79×10⁶，高升力翼型C_L＝0.479+0.0895α，桨叶翼型的阻力系数C_d＝0.0286—0.0039α+0.0009α²；

通过对桨叶翼型构形进行优化设计，并采用低雷诺数、高升力翼型的桨叶计算分析比较，增加两个桨叶之间的安装角γ、增加桨叶扭角β(参见图3B所示)以及增加叶尖227弦长，能够提高风机的静压，增加风机出口的流量。实践表明，在炎热的夏季，当环境温度高于30℃时，采用高升力翼型的风机能够增加风机出口流量，提高空冷凝汽器散热效果，使得空冷系统安全度夏。

在本发明中，在桨叶组件2的上端设置导流片组件1，在风机额定转速67.6rpm条件下，使风机出口处的流态结构明显改善。同时风机出口处的旋转速度大大减小，风机的流量、总压、动压都减小，静压和轴功率增加，由此导致了空冷凝汽器出口的空气速度增大，增强了空气与空冷凝汽器的对流换热能力，提高空冷凝汽器的散热效果。

本发明设计的轴流式冷却风机，具有下列技术指标要求：

(1)在桨叶组件2的额定转速下，通过改变叶片安装角度β(桨距)，可使风机最大增加10％的风量或压力增量；

(2)风机为轴流式，为了控制风机的噪声，风机桨叶的叶尖速度不得超过60m/s；

(3)风机回转的最小面积应不小于空冷凝汽器出口迎风面积的40％。风机对空冷凝汽器出口的扩散角度不大于45⁰；

(4)桨叶的叶尖与风圈的内壁之间的径向间距9～19mm；

(5)桨叶采用独立设计，通过连接柱安装在轮毂上，桨叶具有可互换性；

(6)本发明设计的风机总声功率级噪声不超过110dB。

本发明的轴流式冷却风机可以适用于火力发电厂直接空冷系统及其他大直径的、低压头、高风量的轴流冷却风机的设计。

Claims (5)

1、一种轴流式冷却风机，其特征在于：由电机、风圈(3)、导流片组件(1)和桨叶组件(2)组成，导流片组件(1)的外圆环(110)与风圈(3)的平滑段(302)连接，桨叶组件(2)装配在风圈(3)内，电机的输出轴穿过导流片组件(1)的内圆环(111)与桨叶组件(2)的轮毂(209)连接；

所述导流片组件(1)的内圆环(111)与外圆环(110)之间顺次连接有A导流片(101)、B导流片(102)、C导流片(103)、D导流片(104)、E导流片(105)、F导流片(106)、G导流片(107)、H导流片(108)、I导流片(109)；A导流片(101)、B导流片(102)、C导流片(103)、D导流片(104)、E导流片(105)、F导流片(106)、G导流片(107)、H导流片(108)和I导流片(109)结构相同，且为等宽圆弧翼型，翼型弦长b_s为500mm，翼型宽度b_w为2.5～5mm；

所述桨叶组件(2)的轮毂(209)的外圆上均匀设有多个凸圆孔，每个桨叶的前端面上设有连接柱；轮毂(209)的外圆上通过连接柱安装在凸圆孔内，且顺次装配有A桨叶(201)、B桨叶(202)、C桨叶(203)、D桨叶(204)、E桨叶(205)、F桨叶(206)、G桨叶(207)、H桨叶(208)；A桨叶(201)、B桨叶(202)、C桨叶(203)、D桨叶(204)、E桨叶(205)、F桨叶(206)、G桨叶(207)和H桨叶(208)结构相同，且相邻两个桨叶之间的安装角γ为15～30度；

所述风圈(3)从上至下设有平滑段(302)、扩张段(301)，扩张段(301)端部的扩张度

为3～10度。

2、根据权利要求1所述的轴流式冷却风机，其特征在于：桨叶组件(2)上的桨叶翼型的升力系数 $C_l=\frac{L}{\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{V}_{\∞}^{2}b},$ 式中，L表示桨叶翼型的升力，ρ表示空气的密度，V_∞表示来流速度，b表示桨叶翼型的弦长，单位：mm；桨叶组件(2)上的桨叶翼型的阻力系数 $C_d=\frac{D}{\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{V}_{\∞}^{2}b},$ 式中，D表示桨叶翼型的阻力，ρ表示空气的密度，V_∞表示空气来流速度，b表示桨叶翼型的弦长，单位：mm。

3、根据权利要求1所述的轴流式冷却风机，其特征在于：桨叶组件(2)上的桨叶的上翼面的扭角β为10～15度。

4、根据权利要求1所述的轴流式冷却风机，其特征在于：桨叶组件(2)上的桨叶翼型的来流迎角α为-6～+16度。

5、根据权利要求1所述的轴流式冷却风机，其特征在于：桨叶组件(2)上的桨叶翼型的低雷诺数Re为1.5×10⁶～3.9×10⁶，高升力翼型C_L为0.479+0.0895α，桨叶翼型的阻力系数C_d为0.0286—0.0039α+0.0009α²，α表示来流迎角的角度。

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