風(fēng)力機(jī)集風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化

胡繼國

（連云港市贛榆區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，江蘇 連云港222100）

1 集風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 收縮型集風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從外形看來，收縮型的集風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)簡單，但應(yīng)用方便，適用范圍廣泛。其形狀以及尺寸可用Pro/E軟件設(shè)計(jì)。形狀如圖1所示，尺寸如圖2所示。

圖1 收縮型結(jié)構(gòu)

圖2 尺寸標(biāo)注

1.2 圓弧收縮型集風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圓弧收縮型集風(fēng)裝置是在收縮型集風(fēng)裝置的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來。具體是將收縮處由直線型改為圓弧型。其結(jié)構(gòu)如圖3所示，尺寸如圖4所示。

以上給出了兩種類型的集風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，本文主要討論這兩種類型的優(yōu)劣性。通過對(duì)比分析，確定比較優(yōu)越的集風(fēng)裝置，然后再改變裝置的相關(guān)尺寸，如改變收縮角度或者圓弧半徑來對(duì)比分析，并研究各種情況下集風(fēng)裝置的集風(fēng)效果，從而確定最優(yōu)方案。

圖3 圓弧收縮型結(jié)構(gòu)

圖4 尺寸要求

2 集風(fēng)裝置的分析計(jì)算

2.1 集風(fēng)裝置的有限元分析過程

2.1.1 收縮型集風(fēng)裝置的有限元分析

先建立收縮角集風(fēng)裝置模型，利用ANSYS程序分析可得運(yùn)行結(jié)果如圖5所示，繪制結(jié)果如圖6所示。

由繪制的結(jié)果可以看出，該裝置實(shí)現(xiàn)了加速，在出口的一定范圍內(nèi)風(fēng)速達(dá)到了最大值。

為了加以對(duì)比，通過改變收縮角度來進(jìn)一步分析。分別取63°和72°收縮角。

2.1.2 圓弧收縮型集風(fēng)裝置的有限元分析

將收縮型收縮邊改為半徑為12的圓弧。運(yùn)行結(jié)果如圖7，輸出結(jié)果如圖8。

圖5 運(yùn)行結(jié)果

圖6 繪制結(jié)果

圖7 運(yùn)行結(jié)果

圖8 繪制結(jié)果

為了加以對(duì)比，通過改變圓弧半徑來進(jìn)一步分析。取圓弧半徑R30和R60。

2.2 各種集風(fēng)裝置的對(duì)比分析

1）45°收縮型集風(fēng)裝置的出口風(fēng)速分布：在離收縮口邊緣0～2.5 cm距離內(nèi)速度呈直線上升，大約在2.5 cm處風(fēng)速達(dá)到最大值20.608 m/s。在2.5 cm以后到出口中心處，風(fēng)速曲線下降，在中心地帶達(dá)到最小值約10.4 m/s。

2）63°收縮型集風(fēng)裝置的出口風(fēng)速分布：在離收縮口邊緣0～2.5 cm距離內(nèi)速度呈直線上升，大約在2.5 cm處風(fēng)速達(dá)到最大值29.673 m/s。在2.5 cm以后到出口中心處，風(fēng)速曲線下降，在中心地帶達(dá)到最小值約16 m/s。

3）72°收縮型集風(fēng)裝置的出口風(fēng)速分布：在離收縮口邊緣0～1.5 cm距離內(nèi)速度呈直線上升，大約在1.5 cm處風(fēng)速達(dá)到50 m/s。在1.5 cm以后到3 cm處風(fēng)速直線下降到45 m/s，之后一直到出口中心處，風(fēng)速曲線上升，在中心地帶達(dá)到最大值約52.861 m/s。

4）半徑12圓弧收縮型集風(fēng)裝置的出口風(fēng)速分布：在離收縮口邊緣0～2.7 cm距離內(nèi)速度呈直線上升，大約在2.7 cm處風(fēng)速達(dá)到最大值17.443 m/s。在2.7 cm以后到出口中心處，風(fēng)速曲線下降，在中心地帶達(dá)到最小值約10.5m/s。

5）半徑30圓弧收縮型集風(fēng)裝置的出口風(fēng)速分布：在離收縮口邊緣0～2.7 cm距離內(nèi)速度呈直線上升，大約在2.7 cm處風(fēng)速達(dá)到最大值18.986 m/s。在2.7 cm以后到出口中心處，風(fēng)速曲線下降，在中心地帶達(dá)到最小值約10.7 m/s。

6）半徑60圓弧收縮型集風(fēng)裝置的出口風(fēng)速分布：在離收縮口邊緣0～2.7 cm距離內(nèi)速度呈直線上升，大約在2 cm處風(fēng)速達(dá)到最大值19.751 m/s。在2.7 cm以后到出口中心處，風(fēng)速曲線下降，在中心地帶達(dá)到最小值約10.8 m/s。

3 結(jié)論

經(jīng)過長時(shí)間大量的搜集資料，不斷加深對(duì)課題的研究，得到以下結(jié)論：

1）收縮型集風(fēng)裝置集風(fēng)效果比圓弧收縮型集風(fēng)裝置的集風(fēng)效果好。

2）收縮型集風(fēng)裝置收縮角度越大集風(fēng)效果越好。

但是，隨著收縮角度的加大，集風(fēng)裝置的收縮口減小，所以考慮到安裝的工藝性，以及可行性，收縮角度不宜過大。由設(shè)計(jì)的效果來看，以55°左右為宜。

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