离心风机叶轮在气动设计时，叶轮前盘 形状的选择是很重要的。由于叶轮进口 气流是由轴向转为径向，又不断地进行 扩压，如果设计不当，很容易导致叶轮内 流动分离。长期以来，传统观点一直认为 弧前盘的风机性能比锥前盘好，因为弧 前盘的一段圆弧可使气体的流动缓慢、 光滑[1-3]，而且国内外很多高性能离心通 风机大都这样设计。但是，随着近年来风机的需求向大型化发展，弧前盘比锥前 盘加工难度更大、成本更高。近年来，笔 者发现有些锥前盘后向离心通风机能达 到 85%以上的整机全压效率，为此，我们 利用整机湍流流动数值模拟和性能优化 预估[4-6]的计算技术来重新研究锥前盘的 流动性能。文中对 3 个高性能后向离心 通风机，采用锥前盘和弧前盘分别进行 整机性能数值预估对比，期望能对锥前 盘有新的认识。
1 弧前盘改锥前盘的方法
将弧前盘改为锥前盘时，锥前盘下 方实际上还都保留一个小圆弧，对于 8 号叶轮约为 30～40mm，就是现在锥前盘 的 RC，它比原来弧前盘的圆弧半径 RC 小 很多，方便成型，相应地锥前盘的进风口 圆弧半径 RCO 也比弧前盘的 RCO 要小。在 保持叶轮进出口直径和宽度相同的条件 下，得到相应的锥前盘锥角 γ，这样相应 的锥前盘就得到了，见图 1。                         

由于前盘形状改变，相应的锥前盘叶轮的叶 片型线，也要按弧前盘叶轮生成等当量扩张角 的叶片型线。这样得到的锥前盘叶轮和原弧前 盘叶轮的其它叶轮参数，如进出口直径、进出口 宽度和进出口角均相同，具有可比性。

2 5-55- 8 风机性能数值预估对比

2.1 5- 55 基本设计参数

原 5- 55 设计参数：流量为 20000m3/h；全压 为 2500Pa；转速为 1450r/min；工作温度为 20℃； 弧前盘；叶片数为 16；等当量扩张角型线。 2.2 5- 55 弧前盘与锥前盘风机性能对比 对 5- 55 风机叶轮前盘按照弧前盘进行建模 计算，并且对其进行优化，在最优参数的基础 上，得到弧前盘在不同工况下的性能曲线。再按 照进风口准则，将风机前盘由弧前盘改为锥前 盘进行建模计算，得到同样参数下锥前盘的雏 形（此时锥前盘尚未优化）在不同工况下的性能 曲线，优化后的弧前盘与锥前盘雏形的性能曲 线见图 2。

                                      图 2 5- 55 最优弧前盘与锥盘雏形性能曲线

在图 2 中， parc 和 ηarc 分别表示最优弧前盘的 全压和效率， ptaper 和 ηtaper 分别表示锥前盘雏形的 全压和效率。由图 2 可知，在全压方面，两者的 最大全压值均出现在流量为 19000m3/h 时，此时 最优弧前盘全压为 2512.6Pa，锥前盘雏形为 2470.1Pa， 前 者 比 后 者 高 1.72% 。 小 流 量 18000m3/h 时，前者比后者低 0.66%，而大流量 20000m3/h 、21000m3/h 和 22000m3/h 时前者比后 者分别高 1.44%、1.71%和 2.02%；在效率方面，两 者的最大效率值均在流量为 19000m3/h 时，此时 最优弧前盘效率为 85.71%，锥前盘雏形为 85.55% ， 前 者 比 后 者 高 0.16% 。 当 流 量 为18000m3/h 时，前者比后者低 0.80%，其它流量处 两者效率差不多。 为了比较两种形状叶轮前盘均在最优情况 下的性能，所以对锥前盘雏形也进行了优化，见 图 3。

图 3 中， parc 和 ηarc 分别表示最优弧前盘的全 压和效率， pdesign 和 ηdesign 分别表示最优锥前盘的 全压和效率。由图 3 可以看出，优化后的锥前盘 在全压和效率方面均有所提升。在全压方面，两 者的最大全压值均出现在流量为 19000m3/h 时， 此时最优弧前盘全压为 2512.6Pa，最优锥前盘为 2537.7Pa，前者比后者低 0.99%。小流量时，前者 比后者高 2.26%，而大流量时前者均比后者低， 最小值为 1.69%，最大值为 2.25%；在效率方面， 前者的最大效率值出现在流量 19000m3/h 时，此 时效率为 85.71%。而后者的最大效率值出现在 设计流量 20000m3/h 处，此时效率为 87.01%，高 1.3%。小流量时，前者比后者高 1.15%，而在大流 量时，后者效率有明显的提高，其效率值均比前 者高，最小为 0.94%，最大为 2.24%。 对于 5- 55 风机，从整体看，两者全压和效率 性能比较接近，设计工况效率都很高，变工况性 能也好。在小流量时，弧前盘性能要好些，而锥 前盘则更适合于大流量时使用。

3 5-49- 8 风机性能数值预估对比
3.1 5- 49 基本设计参数

原 5- 49 的 设 计 参 数 ： 设 计 流 量 为 15800m3/h；全压为 2550Pa；转速为 1450r/min；工 作温度为 20℃；弧前盘；叶片数为 16；等当量扩 张角型线。

3.25-49 弧前盘与锥前盘风机性能对比 对风机 5- 49 按照同样的方法得到弧前盘与 锥前盘雏形在不同工况下的性能曲线，见图 4。

由图 4 可知，在全压方面，两者的最大全压 值均出现在流量为 15200m3/h 时，此时最优弧前 盘全压为 2659Pa，锥前盘雏形为 2619.2Pa，前者 比后者高 1.52%。随着流量增大，两者的全压均 逐渐下降，但弧前盘全压均比锥前盘雏形高，最 大为 2.22%，最小为 1.67%；在效率方面，两者的 最大效率值均出现在流量为 16400m3/h 时，此时 最优弧前盘效率为 87.56%，锥前盘雏形为 86.49%，前者比后者高 1.07%，从整体看，弧前盘 均比锥前盘效率高，最大为 1.10%，最小为 0.99%，两者全压和效率的变化趋势一致。 同样对锥前盘雏形也进行了优化，图 5 为两 者均在最优参数下的工况性能曲线比较。 由图 5 可知，优化后的锥前盘在大流量时， 全压和效率方面均有所提升，效率比较接近，但 全压还是不及弧前盘。锥前盘的最大全压在设 计流量 15800m3/h 时，此时全压为 2604Pa，比弧 前盘同流量时的全压 2634Pa 低 1.15%。小流量 时，其全压比弧前盘低 8.71%，而大流量时也均 比弧前盘低，最大为 1.06%，最小为 0.81%。在效 率方面，锥前盘的最大效率值出现在流量为 17000m3/h 时，此时效率为 87.42%，比同流量时 弧前盘的效率高 0.03%。小流量时，弧前盘效率 比锥前盘高 3.97%，但此时为小流量，计算不够 稳定，存在读数误差，而在大流量时，后者效率 有明显的提高，并且在流量为 18000m3/h 处，后 者比前者高 0.30%。 对于 5- 49 风机，从整体看两者效率性能比 较接近，设计效率都很高，变工况性能也好，但全压性能弧前盘比锥前盘普遍高 1%左右。

4 7-22- 8 风机性能数值预估对比
4.1 7- 22 基本设计参数

7- 22 的设计参数：设计流量为 4200m3/h，全 压为 3040Pa，转速为 1450r/min；工作温度为 20℃；弧前盘叶片数为 16；等当量扩张角型线。 4.2 7- 22 弧前盘与锥前盘风机性能对比 对风机 7- 22 弧前盘进行建模计算，得到最 优参数下不同工况的性能曲线。再将风机前盘改 为锥前盘进行建模计算，得到同样参数下锥前盘 雏形在不同工况下的性能曲线，见图 6。

由图 6 可知，在全压方面，两者的最大全压 值均出现在流量为 3500m3/h 时，此时最优弧前 盘全压为 3082.5Pa，锥前盘雏形为 3087.2Pa，前 者比后者低 0.15%，整体看，弧前盘全压均比锥 前盘雏形低，最大为 0.63%，最小为 0.03%；在效 率方面，弧前盘与锥前盘的最大效率值均出现在 4900m3/h 处，此时弧前盘的效率为 86.91%，锥前 盘效率为 86.69%，前者比后者高 0.22%，当流量 为 4200m3/h 时，前者比后者效率低 0.44%，其余流量条件下，前者效率都比后者高，最大为 0.77%，最小为 0.04%，从整体看，两者全压和效 率变化趋势一致，相差不大，性能很好。 同样对锥前盘雏形也进行了优化，图 7 为两 者均在最优参数下的工况性能曲线比较。从图 7 可知，在全压方面，在设计流量 4200m3/h 时，锥 前盘全压比弧前盘高 1.14%，小流量区均高 1% 左右，在大流量区弧前盘全压比锥前盘好，最大 也高 1%；在效率方面，锥前盘的最大效率 86.76%出现在流量 4200m3/h 时，比同流量时的 弧 前 盘 效 率 的 85.75% 高 1.01% ， 但 后 者 在 4900m3/h 时，也有 86.91%效率，大流量区的效率 性能弧前盘稍好，小流量区锥前盘稍好。

对于 7- 22 风机，从整体看两者效率和全压 性能均好，最高效率值均接近 87%，但对应的流 量点位置不同，小流量时锥前盘的全压和效率 均稍高于弧前盘，但大流量时，则刚好相反，两 者全压和效率的差别均在 1%左右。

5 结论
本文将 3 个弧前盘等当量扩张角流型叶片的 离心通风机，在保持其整机相同时，把弧前盘改为 锥前盘，叶片型线也采用等当量扩张角流型重新 设计成新的锥前盘雏形风机。通过对比修改前后 的风机性能，发现经过性能数值优化的锥前盘风 机，很可能具有同弧前盘相同的高性能，而且锥前 盘加工方便，成本低，建议在设计时尽量采用。

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