张有军　谭琴琴 李博

摘要：叶片数、安装角和叶顶间隙等结构参数是影响风机的性能的主要因素，本文采用正交试验设计的方法对外径为450mm的外转子风机的风叶进行了结构参数优化，优化结果显示：优化目标为静压时，风机的静压值提升了8.8%；优化目标为效率时，风机模型比的效率提升了2个百分点。

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%.

关键词：风机；结构参数；正交试验；优化

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

中图分类号：U264.5+2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）32-0163-02

0 引言

风机由风叶和电机两部分组成，外转子电机的转子在外，定子内嵌于转子中，其结构紧凑，效率高于内转子电机，配之于风叶组成外转子风机在通风散热和制冷等领域有着越来越广泛的运用，而结构参数正是影响风叶气动性能的重要因素[1]。

正交试验设计是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，通过对试验结果的分析来了解全面的试验情况，是一种寻求最优组合的高效设计方法，本文运用正交试验的方法对我厂的型号为YWF-450S的风机的风叶进行优化设计。

1 试验因素及正交表的选择

YWF-450S的风机（图1）为我厂早期设计生产的产品[2]，原始参数为：叶片数5，安装角20°，叶顶间隙6mm，转速1390rpm。静压和效率是评价风机性能的两个重要指标，在本次优化中，选取静压p和效率η作为优化目标，选取叶片数z，安装角β和叶顶间隙Tc作为本次正交试验的试验因素，各个因素各取3个水平。正交试验因素和水平表见表1所示，正交设计试验表见表2所示。

2 结构参数对风机性能的影响分析

2.1 静压计算结果

對表2正交试验设计表中的9组试验的风机模型进行三维建模并进行计算，YWF-450S的设计流量为1.4m3/s，静压计算结果见表3所示。

2.2 极差分析

以叶片数z来说明因素最优水平确定和极差计算过程。

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

叶片数z的极差R=max（K）-min（K）=74.9-56.2=18.7

静压的极差分析见表4。效率的极差分析见表5。

极差R反应的是某一因素水平变化时，对实验结果的影响的变化幅度，R越大说明此因素对静压的影响程度越大，从表4和表5可以看出，三个结构参数对风机的静压和效率的影响趋势并不一致，对静压而言三个因素的最优水平组合为：z=6、β=30°、Tc=3mm，对这一组合的风机进行建模并计算，静压值为91.5Pa，优于表3中的所有值，比原有风机的静压值提升了8.8%。对效率而言三个因素的最优水平组合为：z=5、β=25°、Tc=3mm，对这一组合的风机进行建模并计算，效率值为25.6%，优于表3中的所有值，比原有风机的静压值提升了2个百分点。

3 结论

三个参数对风机静压的影响程度大小依次是叶顶间隙，叶片数和安装角；对效率的影响程度大小依次是安装角，叶片数和叶顶间隙。通过对YWF-450S风机进行正交试验优化设计，风机的静压值提升了8.8%，效率提高了2个百分点，有效的提升了风叶的性能，增加了我厂的行业竞争力。

参考文献：

[1]柳品.转子结构对风扇性能和内部流动的影响研究[D].杭州：浙江理工大学，2011.

[2]吴秉礼，高延福.空气冷却轴流通风机[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007.

[3]许江晨，刘海平.外转子风机散热结构优化设计[J].自动化博览，2009（08）.