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屋頂負壓風機_如何提高離心通風機葉輪性能？超日太陽借力資本市


離心式通風機作為流體機械的一種重要類型，廣泛應用于國民經濟各個部門, 是主要的耗能機械之一，也是節(jié)能減排的一個重要研究領域。研究過程表明：提高離心通風機葉輪設計水平,是提高離心通風機效率、擴大其工況范圍的關鍵。本文將從離心通風機葉輪的設計和利用邊界層控制技術提高離心通風機葉輪性能這兩個方面，對近年來提出的提高離心通風機性能的方法和途徑的研究進行歸納分析。
離心通風機葉輪的設計方法簡述
如何設計高效、工藝簡單的離心通風機一直是科研人員研究的主要問題，設計高效葉輪葉片是解決這一問題的主要途徑。
葉輪是風機的核心氣動部件，葉輪內部流動的好壞直接決定著整機的性能和效率。因此國內外學者為了了解葉輪內部的真實流動狀況，改進葉輪設計以提高葉輪的性能和效率，作了大量的工作。
為了設計出高效的離心葉輪, 科研工作者們從各種角度來研究氣體在葉輪內的流動規(guī)律, 尋求最佳的葉輪設計方法。最早使用的是一元設計方法[1]，通過大量的統(tǒng)計數據和一定的理論分析，獲得離心通風機各個關鍵截面氣動和結構參數的選擇規(guī)律。在一元方法使用的初期，可以簡單地通過對風機各個關鍵截面的平均速度計算，確定離心葉輪和蝸殼的關鍵參數，而且一般葉片型線采用簡單的單圓弧成型。這種方法非常粗糙，設計的風機性能需要設計人員有非常豐富的經驗，有時可以獲得性能不錯的風機，但是，大部分情況下，設計的通風機效率低下。為了改進，研究人員對葉輪輪蓋的子午面型線采用過流斷面的概念進行設計[2-3] ，如此設計出來的離心葉輪的輪蓋為兩段或多段圓弧，這種方法設計的葉輪雖然比前一種一元設計方法效率略有提高，但是該方法設計的風機輪蓋加工難度大，成本高，很難用于大型風機和非標風機的生產。另外一個重要方面就是改進葉片設計，對于二元葉片的改進方法主要為采用等減速方法和等擴張度方法等[4]，還有采用給定葉輪內相對速度W沿平均流線m分布[5]的方法。等減速方法從損失的角度考慮，氣流相對速度在葉輪流道內的流動過程中以同一速率均勻變化，能減少流動損失，進而提高葉輪效率；等擴張度方法是為了避免局部
地區(qū)過大的擴張角而提出的方法。給定的葉輪內相對速度W沿平均流線m的分布是通過控制相對平均流速沿流線m的變化規(guī)律，通過簡單幾何關系，就可以得到葉片型線沿半徑的分布。以上方法雖然簡單，但也需要比較復雜的數值計算。
隨著數值計算以及電子計算機的高速發(fā)展，可以采用更加復雜的方法設計離心通風機葉片。苗水淼等運用“全可控渦”概念[6],建立了一種采用流線曲率法在葉輪流道的子午面上進行葉輪設計的設計方法,該方法目前已經推廣至工程界,并已經取得了顯著效果[7]。但是此方法中決定葉輪設計成功與否的關鍵,即如何給出子午流面上葉片渦的合理分布。這一方面需要具有較豐富的設計經驗；另一方面也需要在設計過程中對設計結果不斷改進以符合葉片渦的分布規(guī)律,以期最終設計出高效率的葉輪機械。對于整個子午面上可控渦的確定，可以采用rCu沿輪盤、輪蓋的給定，可以通過線性插值的方法確定rCu在整個子午面上的分布[8-9]，也可以通過經驗公式確定可控渦的分布[10]，也有利用給定葉片載荷法[11]設計離心通風機的葉片。以上方法都是采用流線曲率法，設計出的是三元離心葉片，對于二元離心通風機葉片還不能直接應用。但數值計算顯示，離心通風機的二元葉片內部流動的結構是更復雜的三維流動。因此，如何利用三維流場計算方法進一步來設計高效二元離心葉輪是提高離心通風機設計技術的關鍵。
隨著計算技術的不斷發(fā)展，三維粘性流場計算獲得了非常大的進步，據此，有一些研究者提出了近似模型方法。該方法是針對在工程中完全采用隨機類優(yōu)化方法尋優(yōu)時計算量過大的問題，應用統(tǒng)計學的方法，提出的一種計算量小、在一定程度上可以保證設計準確性的方法。在近似模型方法應用于葉輪機械氣動優(yōu)化設計方面,國內外研究者們已經做了相當一部分工作[12-14] ,其中以響應面和人工神經網絡方法應用居多。如何有效地將近似模型方法應用于多學科、多工況的優(yōu)化問題,并用較少的設計參數覆蓋更大的實際設計空間,是一個重要的課題。
2007年，席光等提出了近似模型方法在葉輪機械氣動優(yōu)化設計中的應用[15]。近似模型的建立過程主要包括: （1）選擇試驗設計方法并布置樣本點,在樣本點上產生設計變量和設計目標對應的樣本數據；（2）選擇模型函數來表示上面的樣本數據；（3）選擇某種方法,用上面的模型函數擬合樣本數據，建立近似模型。以上每一步選擇不同的方法或者模型，就相應產生了各種不同的近似模型方法。該方法不僅有利于更準確地洞察設計量和設計目標之間的關系，而且用近似模型來取代計算費時的評估目標函數的計算分析程序，可以為工程優(yōu)化設計提供快速的空間探測分析工具，降低了計算成本。在氣動優(yōu)化設計過程中，用該模型取代耗時的高精度的計算流體動力學分析 ,可以加速設計過程 ,降低設計成本�；诮y(tǒng)計學理論提出的近似模型方法，有效地平衡了基于計算流體動力學分析的葉輪機械氣動優(yōu)化設計中計算成本和計算精度這一對矛盾。該近似模型方法在試驗設計方法基礎上，將響應面方法、Kriging方法和人工神經網絡技術成功地應用于葉輪機械部件的優(yōu)化設計中，在離心壓縮機葉片擴壓器、葉輪和混流泵葉輪設計等問題中得到了成功應用,展示了廣闊的工程應用前景。目前，席光課題組已經建立了離心壓縮機部件及水泵葉輪的優(yōu)化設計系統(tǒng)，并在工程設計中發(fā)揮了重要作用。
2008年，李景銀等在近似模型方法的基礎上提出了控制離心葉輪流道的相對平均速度優(yōu)化設計方法[16]，將近似模型方法較早的應用于離心通風機葉輪設計。該方法通過給出流道內氣流平均速度沿平均流線的設計分布，設計出一組離心風機參數，根據正交性準則，在充分考慮影響葉輪效率因素的基礎上，采用正交優(yōu)化方法進行優(yōu)化組合，并結合基于流體動力學分析軟件的數值模擬，最終成功開發(fā)了與全國推廣產品9-19同樣設計參數和葉輪大小的離心通風機模型，計算全壓效率提高了4%以上。該方法簡單易行、合理可靠，得到了很高的設計開發(fā)效率。
隨著理論研究的不斷深入和設計方法的不斷提高，對于降低葉輪氣動損失、改善葉輪氣動性能的措施，提高離心風機效率的研究，將會更好的應用于工程實際中。
改善離心通風機內葉輪流動的方法
葉輪是離心風機的心臟，離心風機葉輪的內部流動是一個非常復雜的逆壓過程，葉輪的高速旋轉和葉道復雜幾何形狀都使其內部流動變成了非常復雜的三維湍流流動,生產廠房通風降溫設備。由于壓差，葉片通道內一般會存在葉片壓力面向吸力面的二次流動，同時由于氣流90°轉彎，導致輪盤壓力大于輪蓋壓力也形成了二次流，這一般會導致葉輪的輪蓋和葉片吸力面區(qū)域出現低速區(qū)甚至分離，形成射流—尾跡結構[17]。由于射流—尾跡結構的存在，導致離心風機效率下降，噪聲增大。為了改善離心葉輪內部的流動狀況，提高葉輪效率，一個重要的研究方向就是采用邊界層控制方式提高離心葉輪性能，這也是近年的熱點研究方向。
2007年，劉小民等人采用邊界層主動控制技術在壓縮機進氣段選擇性布置渦流發(fā)生器，從而改變葉輪進口處流場, 通過數值計算對不同配置參數下離心壓縮機性能進行對比分析[18]。該文章對渦流發(fā)生器應用于離心葉輪內流動控制的效果進行了初步的驗證和研究, 通過數值分析表明這種方法確實可以改善葉輪內部流動, 達到提高葉輪性能的效果。但是該主動控制技術結構復雜，而且需要外加控制設備和能量，對要求經濟耐用的離心通風機產品不具有競爭力。
采用邊界層控制方式提高離心葉輪性能的另外一種方法就是采用自適應邊界層控制技術。1999年，黃東濤等人提出了離心通風機葉輪設計中采用長短葉片開縫方法[19-20]，該方法采用的串列葉柵技術，綜合了長短葉片和邊界層吹氣兩種技術的優(yōu)點，利用邊界層吹氣技術抑制邊界層的增長，提高效率，而且試驗結果表明[20]，該方法可以有效的提高設計和大流量下的風機效率，但對小流量效果不明顯。文獻[21]用此思想解決了離心葉輪內部積灰的問題。雖然串列葉柵技術在離心壓縮機葉輪[20]內沒有獲得效率提高的效果，但從文獻內容看，估計是由于該文作者主要研究的是串聯(lián)葉片的相位效應，而沒有研究串聯(lián)葉片的徑向位置的變化影響導致的。
理論和試驗都表明，離心葉輪的射流尾跡結構隨著流量減小更加強烈，而且小流量時，尾跡處于吸力面，設計流量時，尾跡處于吸力面和輪蓋交界處。為了提高設計和小流量離心通風機效率，2008年，田華等人提出了葉片開縫技術[22]，該技術提出在葉輪輪蓋與葉片之間葉片尾部處開縫，引用葉片壓力面?zhèn)鹊母邏簹怏w吹除吸力面?zhèn)鹊牡退傥槽E區(qū)，直接給葉輪內的低速流體提供能量。最終得到在設計流量和小流量情況下，葉輪開縫后葉片表面分離區(qū)域減小，整個流道速度和葉輪內部相對速度分布更加均勻，且最大絕對速度明顯減小的結果。這種方法改善了葉輪內部流場的流動狀況，達到了提高離心葉輪性能和整機性能的效果，而且所形成的射流可以吹除葉片吸力面的積灰，有利于葉輪在氣固兩相流中工作。
2008年，李景銀等人提出在離心風機輪蓋上靠近葉片吸力面處開孔的方法[23]，利用蝸殼內的高壓氣體產生射流，從而直接給葉輪內的低速或分離流體提供能量，以減弱由葉輪內二次流所導致的射流-尾跡結構，并可用于消除或解決部分負荷時,常發(fā)生的離心葉輪的積灰問題。通過對離心風機整機的數值試驗，發(fā)現輪蓋開孔后，在設計點附近的風機壓力提高了約2％，效率提高了1％以上，小流量時壓力提高了1.5％，效率提高了2.1％。在設計流量和小流量時，由于輪蓋開孔形成的射流，可以明顯改善葉輪出口的分離流動，減小低速區(qū)域，降低葉輪出口處的最高速度和速度梯度，從而減弱了離心葉輪出口處的射流—尾跡結構。此外，沿葉片表面流動分離區(qū)域減小，壓力增加更有規(guī)律。輪蓋開孔方法可以提高設計流量和小流量下的閉式離心葉輪性能和整機性能，如果結合離心葉輪串列葉柵自適應邊界層控制技術，有可能全面提高離心葉輪性能。
3 結論
綜上所述, 近年來對離心通風機葉輪內部流動的研究取得了明顯進展, 有些研究成果已經應用到實際設計中，并獲得令人滿意的結果。目前, 對離心通風機葉輪內部流動的研究仍是比較活躍的研究領域之一，筆者認為可在如下方面進行進一步研究：
（1）如何將近似模型方法在通風機方面的應用進行更深入的研究，結合已有的葉片設計技術，探索更加高效快速的優(yōu)化設計方法；
（2）如何將串列葉柵、輪蓋開孔和葉片開縫等離心葉輪自適應邊界層控制技術結合起來，在全工況范圍內改善離心通風機葉輪的性能，提高離心風機的效率；
（3）考慮非定常特性的設計方法研究。目前，研究離心通風機葉輪內部的流動均仍以定常計算為主，隨著動態(tài)試驗和數值模擬的發(fā)展, 人們對于葉輪機械內部流動的非定常現象及其機理將越來越清楚, 將非定常的研究成果應用于設計工作中是非常重要的方面。
11月18日，上海超日太陽能科技股份有限公司（簡稱超日太陽）順利實現在深圳證券交易所上市，公司首次可流通股份5280萬股，當日開盤價為45.80元,彩鋼瓦車間高溫處理設備，收盤價為47.64元，全天漲幅達32.33%。

 

 

 

中投顧問新能源行業(yè)研究員蕭函認為，經過多年的發(fā)展，超日太陽已經成為國內光伏行業(yè)內一家比較有實力的企業(yè)，此次上市募集資金，旨在提升公司在行業(yè)內的地位。截至現在，超日太陽在光伏產業(yè)鏈整合和技術研發(fā)上取得了不小成績。公司擁有多晶硅錠、多晶硅片、晶體硅太陽能電池以及晶體硅太陽能電池組件的業(yè)務鏈，有效地保持了生產的聯(lián)動性。此外，公司在晶體硅太陽能電池組件的技術研發(fā)上碩果累累，相關產品曾先后獲得德國TUV認證、國際IEC認證和美國UL認證。

 

日太陽此次上市募集到的22.87億元資金中大部分將用于擴充產能以及技術研發(fā)，剩余的將作為儲備資金,屋頂負壓風機廠家。公司的主導產品是晶體硅太陽能電池片和晶體硅太陽能電池組件，但目前公司對這兩類產品的生產能力有限，這制約了公司的盈利能力，于是公司選擇進一步擴充產能，預計兩年后，公司的電池片產能將擴充至220MW，組件產能將擴充至270MW。技術研發(fā)方面，公司將組建新的研發(fā)中心，力求進一步提高公司的技術水平、提升公司的生產工藝水平。
中投顧問研究總監(jiān)張硯霖指出，在超日太陽上市首日，它的股票受到了投資者的追捧，這說明投資者對超日太陽的發(fā)展前景持樂觀態(tài)度。事實上，在全球光伏市場景氣度不斷回升的情況下，超日太陽選擇此時上市融資正當其時。公司將利用此次募得資金擴大產能規(guī)模和提升技術研發(fā)水平，公司的發(fā)展前景一片光明。

 

中投顧問發(fā)布的《2010-2016年中國太陽能電池行業(yè)投資分析及前景預測報告》指出，由于世界光伏市場需求的不斷增加，眾多光伏企業(yè)便擴充產能，但由于自有資金不足，一些光伏企業(yè)便選擇上市，例如2010年9月，盛隆光電順利在韓國上市。隨著上市光伏企業(yè)將大部分募集資金用于擴產和技術研發(fā)，光伏行業(yè)內的競爭將日趨激烈。



眾所周知。全球新能源的需求日益增加，我國不斷號召節(jié)能減排，綠色生產，從led到芯片的功耗，器件級的綠色朝著降低電能的使用不斷發(fā)展。同時，太陽能、風能、核能生產的呼聲也越來越高。

 

 

風電產業(yè)正當時，在各種呼聲高漲下，風電產業(yè)也正在應和著，特別是在市場的推動下，風電產業(yè)面臨著高峰期。

 

首先，行業(yè)增速放緩。當市場處于高速增長階段，行業(yè)內可以容納很多質地不佳的公司，很多行業(yè)弊端也無法顯露。經過近5年每年超過100%的市場擴張，今年風電市場迎來一個明顯的轉折點。

 

其次，產品價格位于底部區(qū)域。就目前的價格水平，實際下降空間已經不大，基本可以看作行業(yè)價格的一個底部區(qū)域，畢竟需要維持一定的利潤才能推動行業(yè)發(fā)展。 

 

第三，行業(yè)集中度進一步提高。截止2009年，國內排前三位的風機廠商，華銳占27%，金風科技占21%，東方電氣占16%，僅前三家就占據市場份額64%之多。如此高的行業(yè)集中度，在其他行業(yè)并不多見。排在后面幾位的湘電股份、上海電氣、明陽風電、國電聯(lián)合動力都有著一些獨特的競爭力，被擠出市場的可能較小。


控制風機噪聲的常用方法是在風機的進、出口處安裝阻性消聲器。對于有更高降噪要求的場合，可以采用消聲隔聲箱，并在機組與地基之間安風機置減震器。采取上述方法，一般可獲得明顯的降噪效果。

下面分析一下風機噪聲的產生和設計上的消除方法：
風機離散噪聲(旋轉噪聲)：與葉輪的旋轉有關。特別在高速、低負荷情況下，這種噪聲尤為突出。離散噪聲是由于葉片周圍不對稱結構與葉片口設計試驗旋轉所形成的周向不均勻流場相互作用而產生的噪聲，一般認為有以下幾種:(1)進風口前由于前導葉或金屬網罩存在而產生的進氣干涉噪聲(2)葉片在不光滑或不對稱機殼中產生的旋轉頻率噪聲 (3)離心出風口由于蝸舌的存在或軸流式風機后導葉的存在而產生的出口干涉噪聲,離散噪聲具有離散的頻譜特性，基頻( i=1時對應的頻率)噪聲最強，高次諧波依此遞減。
風機渦流噪聲:是由氣流流動時的各種分離渦流產生的，一般認為有4種成因(1)當具有一定的來流紊流度的氣流流向葉片時產生的來流紊流噪聲(2)氣流流經葉片表面由于脈動排煙風機的紊流附面層產生的紊流邊界層噪聲(3)由于葉片表面紊流附面層在葉片尾緣脫落產生的脫體旋渦噪聲(4)軸流通風機由于凹面壓力大于凸面而在葉片頂端產生的由凹面流向凸面的二次流被主氣流帶走形成的頂渦流噪聲。
風機葉片穿孔法降低風機渦流噪聲為了降低風機渦流噪聲，通�？梢圆捎霉ぷ鬏喨~片穿孔法，因為葉片出口處經常出現渦流分離，而采用葉片穿孔方法可以使部分氣流自葉片高壓面流向葉片低壓面，可以促使葉片分離點向流動下方移動，其機理等同于附面層吹風。這樣降低了葉片出口截面的分離區(qū)，分離區(qū)渦流強度和尺寸減少，噪聲也隨之減少。但是大的穿孔系數會使壓差降低過快，達不到要求的能量頭,因此葉片穿孔法關鍵是穿孔排數、穿孔面積、穿孔系數、穿孔直徑屋頂風機和穿孔偏角的設計,具體降噪方法如下:

(1)增強葉柵的氣動力栽荷，降低圓周速度
對于風機采用強前向葉片，且多葉片葉輪有利于增大葉柵的氣動力載荷，在得到同樣風量風壓情況下，葉輪葉片外圓上圓周速度可使風機噪聲明顯降低。

(2)合理的蝸舌間隙和蝸舌半徑
當氣流與葉片做相對運動時，葉片后緣的氣流尾跡中速度及壓力均小于主流區(qū)，使葉柵后的氣流速度與壓力分布皆不均勻，這種不均勻的氣流在旋轉，由于在動葉的氣流出口有蝸舌存在，則這種非穩(wěn)定流動與蝸舌相互作用將產生噪聲， 距離噪聲愈近噪聲愈烈，通常適當取較大的風舌前端半徑可以降低離心風機的旋轉噪聲與渦流噪聲。

(3) 蝸舌傾斜
風機葉輪葉柵氣流的周期性脈動速度所產生的周期性脈動氣動力也使蝸舌相互作用產生旋轉噪聲，此噪聲大小與脈動氣動力的劇烈程度及渦舌的迎風面積有關，把蝸舌做成傾斜式，則同相位的脈動氣動力的作用面積小了，輻射的噪聲也就減小了。

(4)葉輪入(出)口處加紊流化裝置
在風機葉輪葉片的入口或出口處加紊流化裝置(金屬網)可以使葉片背面的層流附面層立即轉換成紊流附面層， 推遲葉片背面附面層的分離，甚至不分離， 葉片后緣裝上網，網后的氣流速度與壓力梯度能迅速變均勻，若網在渦區(qū)中則可將渦區(qū)大大縮小,可進一步減噪.

(5)在動葉進出氣邊上設鋸齒形結構
在動葉進出氣邊上設鋸齒形結構可使葉片上氣流層流附面層較早地轉化為紊流，從而避免層流附面層中的不穩(wěn)定波導致渦流分離，使渦流分離，噪聲降低。

(6)在蝸舌處設置聲學共振器
蝸舌處設置聲學共振器，當聲波傳到共振器時，小孔孔徑和空腔中的氣體存聲波作用下來回運動，這運動的氣體具有一定的



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