基于正交試驗(yàn)的外轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)優(yōu)化

張有軍　譚琴琴 李博

摘要：葉片數(shù)、安裝角和葉頂間隙等結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響風(fēng)機(jī)的性能的主要因素，本文采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法對(duì)外徑為450mm的外轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)的風(fēng)葉進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果顯示：優(yōu)化目標(biāo)為靜壓時(shí)，風(fēng)機(jī)的靜壓值提升了8.8%；優(yōu)化目標(biāo)為效率時(shí)，風(fēng)機(jī)模型比的效率提升了2個(gè)百分點(diǎn)。

Abstract： The structural parameters such as the number of blades， installation angle and tip clearance are the main factors affecting the performance of the fan. In this paper， the structural parameters of the rotor blades of the outer rotor with an outer diameter of 450 mm are optimized by orthogonal test design. The optimization result shows that： when the optimization target is static pressure， the static pressure value of the fan is increased by 8.8%； when the optimization target is efficiency， the efficiency of the fan model ratio is increased by 2%.

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)；結(jié)構(gòu)參數(shù)；正交試驗(yàn)；優(yōu)化

Key words： fan；structural parameters；orthogonal test；optimization

中圖分類(lèi)號(hào)：U264.5+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）32-0163-02

0 引言

風(fēng)機(jī)由風(fēng)葉和電機(jī)兩部分組成，外轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)子在外，定子內(nèi)嵌于轉(zhuǎn)子中，其結(jié)構(gòu)緊湊，效率高于內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，配之于風(fēng)葉組成外轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)在通風(fēng)散熱和制冷等領(lǐng)域有著越來(lái)越廣泛的運(yùn)用，而結(jié)構(gòu)參數(shù)正是影響風(fēng)葉氣動(dòng)性能的重要因素[1]。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析來(lái)了解全面的試驗(yàn)情況，是一種尋求最優(yōu)組合的高效設(shè)計(jì)方法，本文運(yùn)用正交試驗(yàn)的方法對(duì)我廠的型號(hào)為YWF-450S的風(fēng)機(jī)的風(fēng)葉進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 試驗(yàn)因素及正交表的選擇

YWF-450S的風(fēng)機(jī)（圖1）為我廠早期設(shè)計(jì)生產(chǎn)的產(chǎn)品[2]，原始參數(shù)為：葉片數(shù)5，安裝角20°，葉頂間隙6mm，轉(zhuǎn)速1390rpm。靜壓和效率是評(píng)價(jià)風(fēng)機(jī)性能的兩個(gè)重要指標(biāo)，在本次優(yōu)化中，選取靜壓p和效率η作為優(yōu)化目標(biāo)，選取葉片數(shù)z，安裝角β和葉頂間隙Tc作為本次正交試驗(yàn)的試驗(yàn)因素，各個(gè)因素各取3個(gè)水平。正交試驗(yàn)因素和水平表見(jiàn)表1所示，正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)表見(jiàn)表2所示。

2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響分析

2.1 靜壓計(jì)算結(jié)果

對(duì)表2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表中的9組試驗(yàn)的風(fēng)機(jī)模型進(jìn)行三維建模并進(jìn)行計(jì)算，YWF-450S的設(shè)計(jì)流量為1.4m3/s，靜壓計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3所示。

2.2 極差分析

以葉片數(shù)z來(lái)說(shuō)明因素最優(yōu)水平確定和極差計(jì)算過(guò)程。

水平1：K1=（49.3+59+60.4）/3=56.2

水平2：K2=（51.2+61.9+91.9）/3=68.3

水平3：K3=（50.5+84.1+90）/3=74.9

葉片數(shù)z的極差R=max（K）-min（K）=74.9-56.2=18.7

靜壓的極差分析見(jiàn)表4。效率的極差分析見(jiàn)表5。

極差R反應(yīng)的是某一因素水平變化時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響的變化幅度，R越大說(shuō)明此因素對(duì)靜壓的影響程度越大，從表4和表5可以看出，三個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)的靜壓和效率的影響趨勢(shì)并不一致，對(duì)靜壓而言三個(gè)因素的最優(yōu)水平組合為：z=6、β=30°、Tc=3mm，對(duì)這一組合的風(fēng)機(jī)進(jìn)行建模并計(jì)算，靜壓值為91.5Pa，優(yōu)于表3中的所有值，比原有風(fēng)機(jī)的靜壓值提升了8.8%。對(duì)效率而言三個(gè)因素的最優(yōu)水平組合為：z=5、β=25°、Tc=3mm，對(duì)這一組合的風(fēng)機(jī)進(jìn)行建模并計(jì)算，效率值為25.6%，優(yōu)于表3中的所有值，比原有風(fēng)機(jī)的靜壓值提升了2個(gè)百分點(diǎn)。

3 結(jié)論

三個(gè)參數(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)靜壓的影響程度大小依次是葉頂間隙，葉片數(shù)和安裝角；對(duì)效率的影響程度大小依次是安裝角，葉片數(shù)和葉頂間隙。通過(guò)對(duì)YWF-450S風(fēng)機(jī)進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，風(fēng)機(jī)的靜壓值提升了8.8%，效率提高了2個(gè)百分點(diǎn)，有效的提升了風(fēng)葉的性能，增加了我廠的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]柳品.轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)扇性能和內(nèi)部流動(dòng)的影響研究[D].杭州：浙江理工大學(xué)，2011.

[2]吳秉禮，高延福.空氣冷卻軸流通風(fēng)機(jī)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[3]許江晨，劉海平.外轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化博覽，2009（08）.