為了探索大負(fù)荷大流量風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)和內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理，本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家，其壓力比為1.20，負(fù)荷系數(shù)為0.83。詳細(xì)研究了流量系數(shù)、反力等設(shè)計(jì)參數(shù)的影響規(guī)律，給出了相應(yīng)的選擇原則。分析了葉片負(fù)荷調(diào)節(jié)、葉片彎曲和葉片端部彎曲對(duì)葉柵流動(dòng)、級(jí)匹配和級(jí)性能的影響，給出了高負(fù)荷軸流風(fēng)機(jī)三維葉片設(shè)計(jì)的基本原則。同時(shí)，開(kāi)發(fā)了S1流面協(xié)同優(yōu)化方法，取得了較好的效果。降低了定子損耗，增大了風(fēng)機(jī)裕度。在S2流面設(shè)計(jì)中，山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家采用流線曲率法對(duì)S2流面進(jìn)行了流量計(jì)算。高壓風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)通常采用離心風(fēng)機(jī)，但離心風(fēng)機(jī)存在迎風(fēng)面積大、流量小、效率低等缺點(diǎn)。針對(duì)大流量、高壓力比、率的設(shè)計(jì)要求，如何完成單級(jí)軸流設(shè)計(jì)成為研究的重點(diǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法得到了發(fā)展。從孤立葉型法、葉柵法、降功率法到目前廣泛采用的準(zhǔn)三維、全三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，甚至到S1流面葉型優(yōu)化[6]、三維葉型優(yōu)化、山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家三維葉型技術(shù)，已經(jīng)有了大量的研究工作。用于提高設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性和快速性。以率、高負(fù)荷為設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過(guò)合理選擇總體參數(shù)，優(yōu)化了山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家流面葉片的初步設(shè)計(jì)和三維疊加，實(shí)現(xiàn)了軸流風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)。

與均勻間隙相比，山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家在平均葉頂間隙不變的前提下，1~3級(jí)間隙方案下的風(fēng)機(jī)總壓力和效率均高于均勻間隙方案下的風(fēng)機(jī)總壓力和效率；前導(dǎo)間隙越大，尾隨間隙越小，性能越明顯。改進(jìn)是，但隨著山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家間隙的逐漸收縮，風(fēng)機(jī)的性能改善逐漸減?。辉谠O(shè)計(jì)流量下，方案2和方案3下的總壓力分別增加20。對(duì)于PA和22PA，山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家效率分別提高0.69%和0.70%，特別是在小流量情況下。方案2和方案3的效率分別提高1.16%和1.20%。同時(shí)，方案1-3對(duì)應(yīng)的區(qū)（>81%）變寬，根據(jù)總壓的趨勢(shì)，喘振裕度增大，穩(wěn)定工作范圍提高。三個(gè)截面共優(yōu)化了22個(gè)葉片型線參數(shù)，包括較大厚度位置、安裝角度、中弧控制點(diǎn)、吸入面控制點(diǎn)等。但4-6級(jí)進(jìn)風(fēng)機(jī)的總壓和效率均低于均勻間隙，隨著間隙的增大，風(fēng)機(jī)的性能下降更大。方案6的總壓力和效率分別降低了15pa和0.14%。模擬結(jié)果與參考文獻(xiàn)中給出的結(jié)果一致。以上分析表明，在相同流量范圍的前提下，錐形間隙的區(qū)變寬，相應(yīng)的流量范圍增大，山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家的穩(wěn)定工作區(qū)增大，設(shè)計(jì)流量和左效率明顯提高，措施簡(jiǎn)單，易于實(shí)施?？紤]到風(fēng)機(jī)選型中參數(shù)裕度過(guò)大，導(dǎo)致軸流風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)流量的左側(cè)運(yùn)行，可以將變細(xì)的間隙形狀作為提高風(fēng)機(jī)性能的手段。為了分析不同葉尖間隙形狀下風(fēng)機(jī)性能變化的內(nèi)在機(jī)理，進(jìn)行了內(nèi)部流動(dòng)特性和葉輪能力分析。

山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家葉尖渦度的增大可以有效地阻礙泄漏流的通過(guò)，使山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家泄漏流與主流混合造成的損失減小，葉片前緣泄漏量的增加小于中、后緣泄漏量的增加?？傮w上，漏風(fēng)量減少，提高了風(fēng)機(jī)的性能。這與參考文獻(xiàn)中得到的前、后緣對(duì)山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家總壓損失系數(shù)的影響是一致的。隨著間隙的逐漸增大，葉頂前部的渦度強(qiáng)度增大，后緣的渦度強(qiáng)度減小，總體變化較小，泄漏量略有增加。葉片吸力前緣中部渦度強(qiáng)度略有增加，沿弦長(zhǎng)方向吸力面中部和后部渦度強(qiáng)度基本不變。在套管處理方面，Yang等人[11]發(fā)現(xiàn)自循環(huán)殼體處理后壓縮機(jī)的穩(wěn)定流量范圍明顯增大，這是由于葉片負(fù)荷降低、低能流體吸附能力降低和周向流量畸變能力降低所致。山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家葉片前緣附近的渦度強(qiáng)度急劇增加。這是由于前緣點(diǎn)高度的變化導(dǎo)致的葉尖流動(dòng)角度的變化。前緣點(diǎn)渦度強(qiáng)度的增加阻礙了吸力面附近的流入，也降低了主流與泄漏流的混合程度。雖然方案6的進(jìn)風(fēng)速度有所降低，但由于葉頂和后緣附近的渦度強(qiáng)度降低，山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家效率總體降低，相應(yīng)的泄漏面積和泄漏流量增大。軸向速度分布可以反映轉(zhuǎn)子葉片流道內(nèi)的流動(dòng)能力和分離尾跡區(qū)的特征。因此，轉(zhuǎn)子葉片出口軸向速度分布的徑向分布如圖6所示，用于分析流量。由于葉根和葉頂端壁附件的附面層較厚，導(dǎo)致流體流過(guò)該區(qū)域后的軸向速度較小，而葉頂附件又因泄漏存在使軸向速度進(jìn)一步減小。

山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家在0.05<r<0.4的范圍內(nèi)，a的變化很小。當(dāng)0.4<r<0.85時(shí)，_a逐漸增大，在85%葉高時(shí)達(dá)到較大值，說(shuō)明該區(qū)域具有更大的機(jī)械能和更強(qiáng)的循環(huán)能力。與均勻間隙相比，方案2和方案6的葉尖間隙形狀在0<r<0.5時(shí)基本保持不變，說(shuō)明葉尖間隙形狀的變化對(duì)葉片底部到中部沒(méi)有影響，但在方案2下，山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家葉尖間隙高于均勻間隙，而葉片TiP間隙小于均勻間隙。這是由于葉尖渦度強(qiáng)度增大，泄漏流減弱，葉片前緣渦度明顯增大和減小。前緣點(diǎn)渦度強(qiáng)度的增加阻礙了吸力面附近的流入，也降低了主流與泄漏流的混合程度。減輕了主流與泄漏流的相互作用，削弱了泄漏渦的強(qiáng)度，增強(qiáng)了葉片中上部的流動(dòng)能力，增加了獲得的能量。在方案6中，在0.5<r<0.85的范圍內(nèi)，均勻間隙也略有增大，但接近較大的速度明顯減小。這是由于葉尖渦度強(qiáng)度隨間隙的均勻變化而略有變化，對(duì)泄漏流影響不大，而葉尖前緣渦度強(qiáng)度顯著增大，導(dǎo)致葉尖a減小，總流量減小，能量降低，從而提高了風(fēng)機(jī)效率。ENcy略有下降。也就是說(shuō)，為了更直觀地反映山東軸流風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家葉頂間隙形狀變化對(duì)葉頂附近速度場(chǎng)的影響，90%葉片高度截面的軸向速度分布如圖7所示。