CN109185190B - 一种对旋风机及对旋风机的轴功匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对旋风机及对旋风机的轴功匹配方法，首先，在设计阶段根据客户提供的设计工况的风压、流量、和轴功的性能指标等，选取满足轴功要求的电机，并设计确定前级叶轮的转速、直径和叶片角度，然后，根据前级叶轮和后级叶轮的转速之比S以及前级叶轮的出气角的正切值和后级叶轮的出气角的正切值之比K确定后级叶轮的转速和叶片角度，前级叶轮和后级叶轮的轮毂直径相等且外径相等，最后，将符合上述要求的前级叶轮和后级叶轮进行组装后制作的对旋风机，前级叶轮和后级叶轮在设计工况点将同时达到最大轴功输出，并且在非设计工况点，无论流量偏大或者偏小，后级叶轮的轴功始终与前级叶轮的轴功相同且小于最大轴功。

Description

一种对旋风机及对旋风机的轴功匹配方法
技术领域
本发明涉及引风设备技术领域，特别涉及一种对旋风机及对旋风机的轴功匹配方法。
背景技术
对旋风机广泛应用于隧道、矿井、航空等领域。在设计工况，对旋风机具有流量大、压升高、效率高等优点，且两级叶轮的功率、压升特性大致相等，效率也较高，但在偏离设计工况时，两级叶轮的压升、功率和效率特性差别较大，尤其后级叶轮的压升、功率、效率特性随流量变化剧烈，受流量变化的影响很大，小流量工况时，随流量减小后级叶轮的压升和功率上升过快，容易导致后级电机过载；大流量工况时，随流量增大后级叶轮的压升和效率下降过快，甚至出现压升为零。当流量变化时，需要根据工况实时对后级叶轮的转速做出动态调整，不能实现对旋风机的前级叶轮和后级叶轮的轴功的自动匹配。
因此，如何实现对旋风机的前级叶轮和后级叶轮的轴功的自动匹配，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种对旋风机，以实现对旋风机的前级叶轮和后级叶轮的轴功的自动匹配。本发明还提供了一种对旋风机的轴功匹配方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种对旋风机，包括：
前级叶轮；
前级电机，所述前级电机为所述前级叶轮提供转动动力；
后级叶轮，所述后级叶轮与变速装置连接，所述后级叶轮的轮毂直径与所述前级叶轮的轮毂直径相等，所述后级叶轮的外径与所述前级叶轮的外径相等；
后级电机，所述后级电机为所述后级叶轮提供转动动力；
所述前级叶轮的转速和所述后级叶轮的转速之比S为1.45～1.7，所述前级叶轮的出气角的正切值和所述后级叶轮的出气角的正切值之比K为0.55～0.68。
优选的，在上述对旋风机中，所述变速装置为变速箱，所述变速箱设置于所述后级电机与所述后级叶轮的主轴之间。
优选的，在上述对旋风机中，所述变速装置为变频器，所述变频器与所述后级电机的输入端连接，所述后级电机的输出端与所述后级叶轮的主轴连接。
优选的，在上述对旋风机中，所述前级叶轮的转速和所述后级叶轮的转速之比S为
Figure BDA0001809710040000021
所述前级叶轮的出气角的正切值和所述后级叶轮的出气角的正切值之比K为
Figure BDA0001809710040000022
一种对旋风机的轴功匹配方法，包括：
根据客户提供的设计工况点的风压、流量、和轴功的要求，确定前级叶轮的转速、直径和叶片角度；
初步确定所述前级叶轮的转速与所述后级叶轮的转速之比S以及所述前级叶轮的出气角的正切值和所述后级叶轮的出气角的正切值之比K，S＝1.45～1.7，K＝0.55～0.68；
根据所述S和所述K确定后级叶轮的转速和叶片角度；
根据计算流体动力学验证所述前级叶轮和所述后级叶轮的轴功匹配是否在误差允许的范围内，如果所述前级叶轮和所述后级叶轮的轴功匹配在误差允许的范围内，则通过变速装置调整所述后级叶轮的转速；如果所述前级叶轮和所述后级叶轮的轴功匹配不在误差允许的范围内，则重新确定所述前级叶轮的转速与所述后级叶轮的转速之比S以及所述前级叶轮的出气角的正切值和所述后级叶轮的出气角的正切值之比K，直至所述前级叶轮和所述后级叶轮的轴功匹配在误差允许的范围内；
组装对旋风机。
优选的，在上述对旋风机的轴功匹配方法中，所述变速装置为变速箱，所述变速箱设置于所述后级电机与所述后级叶轮的主轴之间。
优选的，在上述对旋风机的轴功匹配方法中，所述变速装置为变频器，所述变频器与所述后级电机的输入端连接，所述后级电机的输出端与所述后级叶轮的主轴连接。
优选的，在上述对旋风机的轴功匹配方法中，所述前级叶轮的转速和所述后级叶轮的转速之比S为
Figure BDA0001809710040000031
所述前级叶轮的出气角的正切值和所述后级叶轮的出气角的正切值之比K为
Figure BDA0001809710040000032
从上述技术方案可以看出，本发明提供的对旋风机，在设计阶段根据客户提供的设计工况的风压、流量和轴功等要求，选取符合轴功要求的前级电机和后级电机，并确定前级叶轮的转速、直径和叶片角度，再根据前级叶轮和后级叶轮的转速之比S以及前级叶轮的出气角的正切值和后级叶轮的出气角的正切值之比K确定后级叶轮的转速和叶片角度，前级叶轮和后级叶轮的轮毂直径相等且外径相等，将符合上述要求的前级叶轮和后级叶轮进行组装后制作的对旋风机，前级叶轮和后级叶轮在设计工况点将同时达到最大轴功输出，并且在非设计工况点，无论流量偏大或者偏小，后级叶轮的轴功始终与前级叶轮的轴功相同且小于最大轴功，从而不需要对后级叶轮的转速做任何动态的调整，实现对旋风机前后两级叶轮轴功的自动匹配。。
本方案还提供了一种对旋风机的轴功匹配方法，在设计阶段根据客户提供的设计工况的风压、流量和轴功等要求，选取符合轴功要求的前级电机和后级电机，并确定前级叶轮的转速、直径和叶片角度，再根据前级叶轮和后级叶轮的转速之比S以及前级叶轮1的出气角的正切值和后级叶轮2的出气角的正切值之比K确定后级叶轮的转速和叶片角度，前级叶轮和后级叶轮的轮毂直径相等且外径相等，将符合上述要求的前级叶轮和后级叶轮进行组装后制作的对旋风机，前级叶轮和后级叶轮在设计工况点将同时达到最大轴功输出，并且在非设计工况点，无论流量偏大或者偏小，后级叶轮的轴功始终与前级叶轮的轴功相同且小于最大轴功，从而不需要对后级叶轮的转速做任何动态的调整，实现对旋风机前后两级叶轮轴功的自动匹配。。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的对旋风机的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的速度三角形；
图3为本发明实施例提供的速度三角形；
图4为本发明实施例提供的对旋风机的轴功匹配方法的流程图。
1、前级叶轮，2、后级叶轮。
具体实施方式
本发明公开了一种对旋风机，以实现对旋风机的前级叶轮和后级叶轮的轴功的自动匹配。本发明还提供了一种对旋风机的轴功匹配方法。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4，图1为本发明实施例提供的对旋风机的结构示意图；图2为本发明实施例提供的速度三角形；图3为本发明实施例提供的速度三角形；图4为本发明实施例提供的对旋风机的轴功匹配方法的流程图。
本发明公开了一种对旋风机，包括：前级叶轮1、前级电机、后级叶轮2和后级电机。
前级电机为前级叶轮1提供转动动力。
后级叶轮2与变速装置连接，后级电机为后级叶轮2提供转动动力。
前级叶轮1的转速和后级叶轮2的转速之比S为1.45～1.7，前级叶轮1的出气角的正切值和后级叶轮2的出气角的正切值之比K为0.55～0.68。
根据透平机械欧拉方程，可以推出转速不同的前级叶轮1和后级叶轮2的总压升，并结合图2和图3所示的速度三角形，得：
Figure BDA0001809710040000051
Figure BDA0001809710040000052
其中，ρ是流体密度，PF是前级叶轮1的总压，PR是后级叶轮2的总压，cm是叶片通道内气流的平均轴向速度分量，cm可以由风机的流量和通道的横截面积计算得到：
Figure BDA0001809710040000053
前级叶轮1和后级叶轮2的输出功率通过总压与流量得到：
W＝PQ (4)
将公式(1)和公式(3)带入公式(4)，得：
Figure BDA0001809710040000054
将公式(2)和公式(3)带入公式(4)，得：
Figure BDA0001809710040000055
定义转速比为S，K为前级叶轮1的出气角和后级叶轮2的出气角的正切值之比为K:
Figure BDA0001809710040000056
Figure BDA0001809710040000057
其中，S是前级叶轮1和后级叶轮2的转速比，K是前级叶轮1的出气角的正切值和后级叶轮2的出气角的正切值之比，uF为前级叶轮1的圆周速度，uR为后级叶轮2的圆周速度，β2F为前级叶轮1的旋转反方向的夹角，β2R为后级叶轮2的旋转反方向的夹角，2代表叶片通道的出口，PR为后级叶轮2的总压，Q为流量，uF为前级叶轮1的圆周速度，uR为前级叶轮1的圆周速度，A为通道的横截面积。
对于后级叶轮2，由方程7和方程8，后级叶轮2的圆周速度uR和后级叶轮2的出气角的正切值满足：
Figure BDA0001809710040000061
Figure BDA0001809710040000062
将公式(9)和公式(10)带入公式(6)，得：
Figure BDA0001809710040000063
将S＝1.45～1.7和K＝0.55～0.68带入公式(11)，得：
Figure BDA0001809710040000064
从上述公式可以看出，当S＝1.45～1.7，且K＝0.55～0.68时，无论流量如何变化，后级叶轮2的输出功率始终与前级叶轮1的输出功率近似相等，从而降低了由于流量变化对前级叶轮1的输出功率和后级叶轮2的输出功率的影响，提高了对旋风机高效功效的流量范围，提高了对旋风机的工况适应能力。
本方案提提供的对旋风机不是动态调整前级叶轮和后级叶轮转速的做法，因为采用这种做法，在实际工作当中，需要不断的监控和调整对旋风机的前级叶轮和后级叶轮的转速，系统复杂。
现有技术中一般采用前级叶轮和后级叶轮转速相等的设计，所以后级叶轮的叶片出气角比前级叶轮的叶片出气角要小很多的，当流量变化时，如果前级叶轮和后级叶轮仍然保持同样的转速，那么后级叶轮的轴功是会剧烈增加(当流量变小时)或者剧烈降低(当流量增大时)，而为了保证前级叶轮和后级叶轮的轴功匹配，就不得不采用动态调整转速的方法，风的流量变大了，就把后级叶轮转速适当调大，流量变小了，就把后级叶轮转速适当调小，通过这样的方法来保证后级电机不过载。
本方案最大的特点是在设计阶段根据客户提供的设计工况的风压、流量、矿道深度和轴功等要求，选取符合轴功要求的前级电机和后级电机，并确定前级叶轮的转速、直径和叶片角度，再根据前级叶轮和后级叶轮的转速之比S以及前级叶轮1的出气角的正切值和后级叶轮2的出气角的正切值之比K确定后级叶轮的转速和叶片角度，前级叶轮和后级叶轮的轮毂直径相等且外径相等，将符合上述要求的前级叶轮和后级叶轮进行组装后制作的对旋风机，前级叶轮和后级叶轮的轴功匹配在误差允许的范围内，且在实际使用中，无论流量如何变化，后级叶轮的轴功均与前级叶轮的轴功匹配，不需要对后级叶轮的转速做任何动态的调整，从而简化了对旋风机的设计。
轴功确定后，前级电机和后级电机根据轴功选取，前级电机的转速就是固定，无论流量如何变化，前级电机的转速不会改变，由于前级叶轮的转速和后级叶轮的转速之比满足转速之比S，后级叶轮的转速与前级叶轮的转速满足上述转速比的要求，在工作过程中也不会改变，而后级叶轮的转速与前级叶轮的转速比要满足S的要求，则通过变速装置实现。
具体的，前级叶轮的转速和后级叶轮的转速之比满足1.45～1.7，前级叶轮1的出气角的正切值和后级叶轮2的出气角的正切值之比K满足0.55～0.68，且前级叶轮和后级叶轮的轮毂直径相等且外径相等。
具体匹配方法如下：
根据客户提供的设计工况的风压、流量和轴功等要求，选取符合轴功要求的电机，并确定前级叶轮的转速、直径和叶片角度，其中，由于前级叶轮的前级电机已经确定，前级叶轮的转速也就确定，前级叶轮的直径根据矿道的直径确定；
选取前级叶轮和后级叶轮的转速之比S以及前级叶轮1的出气角的正切值和后级叶轮2的出气角的正切值之比K，S满足1.45～1.7，K满足0.55～0.68，S和K为从上述范围内选取的一组数值；
根据S和K确定后级叶轮的转速和叶片角度，前级叶轮和后级叶轮的轮毂直径相等且外径相等；
根据计算流体动力学公式验证上述步骤的前级叶轮和后级叶轮的轴功是否匹配，如果前级叶轮1和后级叶轮2的轴功匹配度在误差允许的范围内，则通过变速装置调整后级叶轮2的转速；如果前级叶轮1和后级叶轮2的轴功匹配度不在误差允许的范围内，则重新确定前级叶轮1的转速与后级叶轮2的转速之比S以及前级叶轮1的出气角的正切值和后级叶轮2的出气角的正切值之比K，直至验证前级叶轮1和后级叶轮2的轴功匹配度在误差允许的范围内；
组装对旋风机。
前级电机和后级电机轴功匹配，前级叶轮和后级叶轮的轴功相等，均为设计工况轴功的一半；轴功匹配度的误差允许范围为10％。
当前级叶轮的直径、转速和叶片角度确定后，前级叶轮的轴功相对于流量的轴功抛物线也就确定了，把抛物线的最高点作为电机的额定功率来选定电机，于是，无论矿道流量如何变化，即在设计工况和非设计工况，电机工作的功率均不会超过额定功率，因此，也就不会电机过载。
一旦前级叶轮和后级叶轮的转速确定好后，无论实际流量变大或者变小，两级电机的轴功输出将同步增大或减小，始终保持相等。
此处需要说明的是，前级电机和后级电机一样，在根据轴功选取电机时是对前级电机和后级电机进行同时选取。
本方案中后级叶轮2的轮毂直径与前级叶轮1的轮毂直径相等，后级叶轮2的外径与前级叶轮1的外径相等，即前级叶轮1和后级叶轮2的结构尺寸相同。本方案的对旋风机为低压风机，流动马赫数远小于0.3，空气的压缩性可以忽略。前级叶轮1和后级叶轮2采用同样的结构尺寸，能够使从前级叶轮1到后级叶轮2的流道截面积保持不变，轴向分流分量恒定，径向流动分量为零，有利于减少流动损失，同时也简化了对前级叶片和后级叶片的设计工序。
在本方案的一个具体实施例中，变速装置为变速箱，变速箱设置于后级电机与后级叶轮2的主轴之间。该实施例中，通过变速箱调节后级叶轮2的转速，保证后级叶轮2与前级叶轮1的转速比始终在预设范围内，从而保证前级叶轮1的输出功率和后级叶轮2的输出功率始终近似相等甚至相等。
在本方案的另一个具体实施例中，变速装置为变频器，变频器与后级电机的输入端连接，后级电机的输出端与后级叶轮2的主轴连接。该实施例中，通过变频器调节后级叶轮2的转速，保证后级叶轮2与前级叶轮1的转速比始终在预设范围内，从而保证前级叶轮1的输出功率和后级叶轮2的输出功率始终近似相等甚至相等。
在本方案的一个具体实施例中，前级叶轮1的转速和后级叶轮2的转速比S为
Figure BDA0001809710040000091
前级叶轮1的出气角和后级叶轮2的出气角的正切值之比K为
Figure BDA0001809710040000092
将
Figure BDA0001809710040000093
和
Figure BDA0001809710040000094
带入公式(11)，得：
Figure BDA0001809710040000095
从上述公式可以看出，当
Figure BDA0001809710040000096
且
Figure BDA0001809710040000097
时，无论流量如何变化，后级叶轮2的输出功率始终与前级叶轮1的输出功率近似相等，从而降低了由于流量变化对前级叶轮1的输出功率和后级叶轮2的输出功率的影响，提高了对旋风机高效功效的流量范围，提高了对旋风机的工况适应能力。
本方案，当按照
Figure BDA0001809710040000098
设计前级叶轮1和后级叶轮2的叶片安装角度，且前级叶轮1和后级叶轮2的转速比确定为
Figure BDA0001809710040000099
无论流量是变大或者变小，理论上，前级电机的输出功率和后级电机的输出功率始终保持一致，工作中不需要对风机做出任何调整。
本方案设计所取的S和K值，是根据风机的气动力学方程严格数学推导出来的，并且从推导过程即知，它们的取值确定，它本身是一种新的风机气动设计理论，这个理论对所有具有对旋特性的旋转机械都是具有指导意义。
本方案还提供了一种对旋风机的轴功匹配方法，包括：
根据客户提供的设计工况点的风压、流量和轴功的要求，选取前级电机和后级电机，确定前级叶轮1的转速、直径和叶片角度，其中，由于前级叶轮的前级电机已经确定，前级叶轮的转速也就确定，前级叶轮的直径根据矿道的直径确定；
初步确定前级叶轮1的转速与后级叶轮2的转速之比S以及前级叶轮1的出气角的正切值和后级叶轮2的出气角的正切值之比K，S＝1.45～1.7，K＝0.55～0.68，S和K为从上述范围内选取的一组数值；
根据S和K确定后级叶轮2的转速和叶片角度，后级叶轮2的轮毂直径与前级叶轮1的轮毂直径相等，后级叶轮2的外径与前级叶轮1的外径相等；
根据计算流体动力学验证前级叶轮1和后级叶轮2的轴功匹配是否在误差允许的范围内，如果前级叶轮1和后级叶轮2的轴功匹配度在误差允许的范围内，则通过变速装置调整后级叶轮2的转速；如果前级叶轮1和后级叶轮2的轴功匹配度不在误差允许的范围内，则重新确定前级叶轮1的转速与后级叶轮2的转速之比S以及前级叶轮1的出气角的正切值和后级叶轮2的出气角的正切值之比K，直至前级叶轮1和后级叶轮2的轴功匹配度在误差允许的范围内；
组装对旋风机。
一旦前级叶轮和后级叶轮的转速确定好后，无论实际流量变大或者变小，两级电机的轴功输出将同步增大或减小，始终保持相等，且不需要在对后级叶轮的转速进行调整。
根据透平机械欧拉方程，可以推出转速不同的前级叶轮1和后级叶轮2的总压升，并结合图2和图3所示的速度三角形(旋转机械叶片流道内相对速度、绝对速度和牵连速度在叶片进出口截面的关系)，得：
Figure BDA0001809710040000101
Figure BDA0001809710040000102
其中，ρ是流体密度，PF是前级叶轮1的总压，PR是后级叶轮2的总压，cm是叶片通道内气流的平均轴向速度分量，cm可以由风机的流量和通道的横截面积计算得到：
Figure BDA0001809710040000103
前级叶轮1和后级叶轮2的输出功率通过总压与流量得到：
W＝PQ (4)
将公式(1)和公式(3)带入公式(4)，得：
Figure BDA0001809710040000111
将公式(2)和公式(3)带入公式(4)，得：
Figure BDA0001809710040000112
定义转速比为S，K为前级叶轮1的出气角和后级叶轮2的出气角的正切值之比为K:
Figure BDA0001809710040000113
Figure BDA0001809710040000114
其中，S是前级叶轮1和后级叶轮2的转速比，K是前级叶轮1的出气角的正切值和后级叶轮2的出气角的正切值之比，uF为前级叶轮1的圆周速度，uR为后级叶轮2的圆周速度，β2F为前级叶轮1的旋转反方向的夹角，β2R为后级叶轮2的旋转反方向的夹角，2代表叶片通道的出口，PR为后级叶轮2的总压，Q为流量，uF为前级叶轮1的圆周速度，uR为前级叶轮1的圆周速度，A为通道的横截面积。
对于后级叶轮2，由方程7和方程8，后级叶轮2的圆周速度uR和气流角满足：
Figure BDA0001809710040000115
Figure BDA0001809710040000116
将公式(9)和公式(10)带入公式(6)，得：
Figure BDA0001809710040000117
将S＝1.45～1.7和K＝0.55～0.68带入公式(26)，得：
Figure BDA0001809710040000118
从上述公式可以看出，当S＝1.45～1.7，且K＝0.55～0.68时，无论流量如何变化，即无论流量是在设计工况的范围内，还是在设计工况的范围外，后级叶轮2的输出功率始终与前级叶轮1的输出功率近似相等，不会出现后级叶轮2的功率或者压升急剧增大或者急剧减小的情况发生，从而降低了由于流量变化对前级叶轮1的输出功率和后级叶轮2的输出功率的影响，提高了对旋风机高效功效的流量范围，提高了对旋风机的工况适应能力。
本方案提提供的对旋风机不是动态调整前级叶轮和后级叶轮转速的做法，因为采用这种做法，在实际工作当中，需要不断的监控和调整对旋风机的前级叶轮和后级叶轮的转速，系统复杂。
现有技术中一般采用前级叶轮和后级叶轮转速相等的设计，所以后级叶轮的叶片出气角比前级叶轮的叶片出气角要小很多的，当流量变化时，如果前级叶轮和后级叶轮仍然保持同样的转速，那么后级叶轮的轴功是会剧烈增加(当流量变小时)或者剧烈降低(当流量增大时)，而为了保证前级叶轮和后级叶轮的轴功匹配，就不得不采用动态调整转速的方法，风的流量变大了，就把后级叶轮转速适当调大，流量变小了，就把后级叶轮转速适当调小，通过这样的方法来保证后级电机不过载。
本方案最大的特点是在设计阶段根据客户提供的设计工况的风压、流量、矿道深度和轴功等要求，选取符合轴功要求的前级电机和后级电机，并确定前级叶轮的转速、直径和叶片角度，再根据前级叶轮和后级叶轮的转速之比S以及前级叶轮1的出气角的正切值和后级叶轮2的出气角的正切值之比K确定后级叶轮的转速和叶片角度，前级叶轮和后级叶轮的轮毂直径相等且外径相等，将符合上述要求的前级叶轮和后级叶轮进行组装后制作的对旋风机，前级叶轮和后级叶轮的轴功匹配在误差允许的范围内，且在实际使用中，无论流量如何变化，后级叶轮的轴功均与前级叶轮的轴功匹配，不需要对后级叶轮的转速做任何动态的调整，从而简化了对旋风机的设计。
轴功确定后，前级电机和后级电机根据轴功选取，前级电机的转速就是固定，无论流量如何变化，前级电机的转速不会改变，由于前级叶轮的转速和后级叶轮的转速之比满足转速之比S，后级叶轮的转速与前级叶轮的转速满足上述转速比的要求，在工作过程中也不会改变，而后级叶轮的转速与前级叶轮的转速比要满足S的要求，则通过变速装置实现。
具体的，前级叶轮的转速和后级叶轮的转速之比满足1.45～1.7，前级叶轮1的出气角的正切值和后级叶轮2的出气角的正切值之比K满足0.55～0.68，且前级叶轮和后级叶轮的轮毂直径相等且外径相等。
本方案中后级叶轮2的轮毂直径与前级叶轮1的轮毂直径相等，后级叶轮2的外径与前级叶轮1的外径相等，即前级叶轮1和后级叶轮2的结构尺寸相同。本方案的对旋风机为低压风机，流动马赫数远小于0.3，空气的压缩性可以忽略。前级叶轮1和后级叶轮2采用同样的结构尺寸，能够使从前级叶轮1到后级叶轮2的流道截面积保持不变，轴向分流分量恒定，径向流动分量为零，有利于减少流动损失，同时也简化了对前级叶片和后级叶片的设计工序。
前级电机和后级电机轴功匹配，前级叶轮和后级叶轮的轴功相等，均为设计工况轴功的一半；轴功匹配度的误差允许范围为10％。一旦前级叶轮和后级叶轮的转速确定好后，无论实际流量变大或者变小，两级电机的轴功输出将同步增大或减小，始终保持相等，且不需要再对后级叶轮的转速进行调整。
当前级叶轮的直径、转速和叶片角度确定后，前级叶轮的轴功相对于流量的轴功抛物线也就确定了，把抛物线的最高点作为电机的额定功率来选定电机，于是，无论矿道流量如何变化，即在设计工况和非设计工况，电机工作的功率均不会超过额定功率，因此，也就不会电机过载。
在本方案的一个具体实施例中，变速装置为变速箱，变速箱设置于后级电机与后级叶轮2的主轴之间。该实施例中，通过变速箱调节后级叶轮2的转速，保证后级叶轮2与前级叶轮1的转速比始终在预设范围内，从而保证前级叶轮1的输出功率和后级叶轮2的输出功率始终近似相等甚至相等。
在本方案的另一个具体实施例中，变速装置为变频器，变频器与后级电机的输入端连接，后级电机的输出端与后级叶轮2的主轴连接。该实施例中，通过变频器调节后级叶轮2的转速，保证后级叶轮2与前级叶轮1的转速比始终在预设范围内，从而保证前级叶轮1的输出功率和后级叶轮2的输出功率始终近似相等甚至相等。
在本方案的一个具体实施例中，前级叶轮1的转速和后级叶轮2的转速比S为
Figure BDA0001809710040000141
前级叶轮1的出气角和后级叶轮2的出气角的正切值之比K为
Figure BDA0001809710040000142
将
Figure BDA0001809710040000143
和
Figure BDA0001809710040000144
带入公式(26)，得：
Figure BDA0001809710040000145
从上述公式可以看出，当
Figure BDA0001809710040000146
且
Figure BDA0001809710040000147
时，无论流量如何变化，后级叶轮2的输出功率始终与前级叶轮1的输出功率近似相等，从而降低了由于流量变化对前级叶轮1的输出功率和后级叶轮2的输出功率的影响，提高了对旋风机高效功效的流量范围，提高了对旋风机的工况适应能力。
本方案，当按照
Figure BDA0001809710040000148
设计前级叶轮1和后级叶轮2的叶片安装角度，且前级叶轮1和后级叶轮2的转速比确定为
Figure BDA0001809710040000149
无论流量是变大或者变小，理论上，前级电机的输出功率和后级电机的输出功率始终保持一致，即工作中不需要对风机做出任何调整。
本方案设计所取的S和K值，是根据风机的气动力学方程严格数学推导出来的，并且从推导过程即知，它们的取值确定，它本身是一种新的风机气动设计理论，这个理论对所有具有对旋特性的旋转机械都是具有指导意义。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种对旋风机，其特征在于，包括：
前级叶轮（1）；
前级电机，所述前级电机为所述前级叶轮（1）提供转动动力；
后级叶轮（2），所述后级叶轮（2）与变速装置连接，所述后级叶轮（2）的轮毂直径与所述前级叶轮（1）的轮毂直径相等，所述后级叶轮（2）的外径与所述前级叶轮（1）的外径相等；
后级电机，所述后级电机为所述后级叶轮（2）提供转动动力；
所述前级叶轮（1）的转速和所述后级叶轮（2）的转速之比S为1.45~1.7，所述前级叶轮（1）的出气角的正切值和所述后级叶轮（2）的出气角的正切值之比K为0.55~0.68；
一旦前级叶轮和后级叶轮的转速确定好后，无论实际流量变大或者变小，两级电机的轴功输出将同步增大或减小，始终保持相等，前级电机和后级电机轴功匹配，前级叶轮和后级叶轮的轴功相等，均为设计工况轴功的一半，在实际使用中，无论流量如何变化，后级叶轮的轴功均与前级叶轮的轴功匹配，不需要对后级叶轮的转速做任何动态的调整。
2.根据权利要求1所述的对旋风机，其特征在于，所述变速装置为变速箱，所述变速箱设置于所述后级电机与所述后级叶轮（2）的主轴之间。
3.根据权利要求1所述的对旋风机，其特征在于，所述变速装置为变频器，所述变频器与所述后级电机的输入端连接，所述后级电机的输出端与所述后级叶轮（2）的主轴连接。
4.根据权利要求1所述的对旋风机，其特征在于，所述前级叶轮（1）的转速和所述后级叶轮（2）的转速之比S为（
Figure DEST_PATH_IMAGE002
+1）/2，所述前级叶轮（1）的出气角的正切值和所述后级叶轮（2）的出气角的正切值之比K为（
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
-1）/2。
5.一种对旋风机的轴功匹配方法，其特征在于，包括：
根据客户提供的设计工况点的风压、流量、和轴功的要求，选取前级电机、后级电机、前级叶轮和后级叶轮，
所述前级电机为所述前级叶轮（1）提供转动动力，所述后级电机为所述后级叶轮（2）提供转动动力，所述后级叶轮（2）与变速装置连接，确定前级叶轮（1）的转速、直径和叶片角度；
初步确定所述前级叶轮（1）的转速与所述后级叶轮（2）的转速之比S以及所述前级叶轮（1）的出气角的正切值和所述后级叶轮（2）的出气角的正切值之比K，其中，S=1.45~1.7，K=0.55~0.68，一旦前级叶轮和后级叶轮的转速确定好后，无论实际流量变大或者变小，两级电机的轴功输出将同步增大或减小，始终保持相等，前级电机和后级电机轴功匹配，前级叶轮和后级叶轮的轴功相等，均为设计工况轴功的一半，在实际使用中，无论流量如何变化，后级叶轮的轴功均与前级叶轮的轴功匹配，不需要对后级叶轮的转速做任何动态的调整；
根据所述S和所述K确定后级叶轮（2）的转速和叶片角度，所述后级叶轮（2）的轮毂直径与所述前级叶轮（1）的轮毂直径相等，所述后级叶轮（2）的外径与所述前级叶轮（1）的外径相等；
根据计算流体动力学验证所述前级叶轮（1）和所述后级叶轮（2）的轴功匹配是否在误差允许的范围内，如果所述前级叶轮（1）和所述后级叶轮（2）的轴功匹配度在误差允许的范围内，则通过变速装置调整所述后级叶轮（2）的转速；如果所述前级叶轮（1）和所述后级叶轮（2）的轴功匹配度不在误差允许的范围内，则重新确定所述前级叶轮（1）的转速与所述后级叶轮（2）的转速之比S以及所述前级叶轮（1）的出气角的正切值和所述后级叶轮（2）的出气角的正切值之比K，直至所述前级叶轮（1）和所述后级叶轮（2）的轴功匹配度在误差允许的范围内；
组装对旋风机。
6.根据权利要求5所述的对旋风机的轴功匹配方法，其特征在于，所述变速装置为变速箱，所述变速箱设置于所述后级电机与所述后级叶轮（2）的主轴之间。
7.根据权利要求5所述的对旋风机的轴功匹配方法，其特征在于，所述变速装置为变频器，所述变频器与所述后级电机的输入端连接，所述后级电机的输出端与所述后级叶轮（2）的主轴连接。
8.根据权利要求5所述的对旋风机的轴功匹配方法，其特征在于，所述前级叶轮（1）的转速和所述后级叶轮（2）的转速之比S为（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
+1）/2，所述前级叶轮（1）的出气角的正切值和所述后级叶轮（2）的出气角的正切值之比K为（
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
-1）/2。
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