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    由于水資源的匱乏和環境保護的要求，國內外富煤缺水地區的火電廠濕式冷卻塔正逐漸被空氣冷卻設備所取代。目前，可供電站空冷選用的空冷系統有直接空冷(GEA)系統、采用混合式凝汽器的間接空冷(HL)系統以及采用表面式凝汽器的間接空冷(HAMON)系統。
    我國最早由大同二電廠從國外引進2套200MW HL空冷系統，哈爾濱空調機廠在消化吸收國外技術的基礎上，為內蒙古豐鎮電廠制造了4套200MW國產HI空冷系統。此后，德國GEA公司與山西電力修造廠合作提供了太原二電廠2套200MW HAMON空冷系統。直接空冷系統在國外已得到廣泛應用，其總裝機容量高于間接空冷。我國直接空冷的研究始于20世紀60年代。上世紀70年代初，國家科委電站空冷試驗小組，在山西侯馬電廠1500kW機組上進行直接空冷凝汽器的工業試驗，空冷試驗設備由哈爾濱空調機廠制造。運行試驗雖然獲得成功，但在較長時間內一直未推廣應用。直到2000年，在山西義望鐵合金廠自備電廠2臺6000kW發電機組項目建設中才開始選用直接空冷系統。該工程于同年9月投入運行，實現了國內首臺電廠直接空冷系統的應用。后來大同一電廠、大同二電廠和內蒙古正蘭旗電廠等在200—600MW大機組上相繼采用直接空冷技術。但是總裝機容量超過2000MW的直接空冷招標項目均被國外廠商競標成功。其原因之一是空冷系統中國產配套風機的性能，特別是噪聲水平不能滿足環保要求。
    直接空冷系統一般采用軸流風機，其性能優劣與葉片的葉型密切相關。截止目前，為適應環保對噪聲水平的要求，國外對電廠直接空冷用大直徑風機已進行了大量的研究，開發了多種新葉型的空冷風機。而國內的研發還停留在石油化工裝置使用的追求單一高效率的小型空冷風機上，低噪聲大直徑風機的研制才剛剛起步。文中就國內外直接空冷用大直徑軸流風機及其葉型特點進行評述，供研究者參考。
1、國外空冷風機發展現狀與葉型特點
    國外空冷器用風機的設計及制造企業主要有：美國Hudsen制造協會、Marly公司和Hartzell公司；荷蘭Howdon公司；意大利Cofmco公司；日本世昌公司以及英國Woods公司等o Hudsen和Howdon公司設計制造空冷風機的歷史較長，國內引進的產品也較多。Marly公司和Hartzell公司以制造設計冷卻塔風機為主，日本世昌公司的產品是引進美國Hartzell公司的技術生產的，其產品我國也有引進。在國內新建電廠中已有引進意大利Cofimco公司的風機。以下主要介紹Hudsen風機、Howdon風機以及Cofimco風機的技術水平和葉型特點。
1.1Hudsen風機
    1938年，美國Hudsen制造協會在世界上首次設計制造成功用于石化行業的空冷裝置，與其配套的軸流風機為E型，后改為T型。1960年，在T型的基礎上又相繼推出TB型、TC型及TW型系列產品，并同時將其推廣應用到冷卻塔和隧道通風上。
  Hudsen風機的直徑為1.83—18.3m，葉片用環氧玻璃鋼制作，葉片數在4～12片變化。輪轂有手動調角和自動調角2種，其中自動調角輪轂只限風機直徑在4.27m以下使用，直徑在4.88m以上的風機均采用手動調角輪轂。直徑在1.83。4.27m的風機的輪轂尺寸相同，直徑在4.88～6.10m的風機的輪轂尺寸相同，直徑在6.71—9.14m的風機的輪轂尺寸相同。輪轂的規格少，增加了通用性。Hudsen風機上設有擋風盤，擋風盤不僅可以防止葉根處氣體的回流，還可通過自身直徑的變化確保風機具有恒定的輪轂比(0.3)。Hudsen風機的性能由1.52m的模型機在標準實驗裝置內測定并經性能相似換算得到，最高全壓效率0.85，聲壓級噪聲水平不大于85db(A)。
  HudsenT型風機的葉片相對寬度、相對厚度及扭曲角隨相對半徑的變化曲線見圖1一圖3。從圖1～圖3可以看出：①TB型為標準寬度葉片，TC型為寬葉片，TW型為加寬葉片，且彼此間的寬度成一定比例。除葉根因結構需要而收縮外，3種葉片的寬度沿半徑呈曲線分布。②3種葉片的相對厚度分布相同，葉片剖面形狀均選用頭部鈍、厚度大、尾部反彎的低速翼型。③除葉片根部外，3種葉片扭曲角的分布規律相同。④同直徑的3種葉片保持幾何相似。
    為了降低噪聲，Hudsen公司相繼研制出T-II的H型和HW型乙烯基脂玻璃鋼葉片，用H型葉片代替TB型和-I℃型葉片，用HW型葉片代替TW型葉片，葉片形狀有了明顯的變化。盡管對新葉型風機的資料掌握不多，但從分析選型結果可以看到，在直徑、葉片數、流量和靜壓相同的情況下，從B-C-H-W-HW型，葉片逐漸加寬，轉速逐漸降低，軸功率趨于增加，效率趨于下降；聲功率級逐漸降低。
1.2 Howdon風機
    荷蘭Howdon公司于1955年開發了T型風機，直徑為1.22. 12.80m，葉片數3—8片。該系列風機早期為鑄鋁葉片，后改為玻璃鋼葉片。葉片可安裝在結構相同而尺寸不同的單板輪轂上，根據葉型的不同構成PFl'、LPFl'和VPFr型3種不同輪轂比的風機。其中PFl'型的輪轂比約為0.23，葉片數為3、4或6；低噪聲LPFI'型輪轂比約為0.29，葉片數為4或6；最低噪聲VPFr型輪轂比約為036，葉片數為8。葉片安裝角有手動和自動2種方式。自動調角風機只限于直徑4.88m以下使用。T型風機以靜壓效率表征，最高可達0.65。
    Howdon公司在T型風機的基礎上研發了新葉型的E型風機。E型風機有普通窄葉片ENF型、低噪聲寬葉片ELF型和最低噪聲加寬葉片的EL-FA型3個系列。為了適應噪聲要求極為嚴格的使用條件，Howdon公司近年來又研發出寧靜型的sx系列前掠葉片。
1.2.1 T型葉片
    T型葉片有PFT型LPFI'型和VPFI'型3種。3種葉片構成的輪轂比不等，葉片數各異，3種葉片的平面形狀近似于梯形，即葉根處寬度大于葉尖處寬度，尖削比近似為0.7，相對寬度沿半徑的分布規律相同。T型葉片的剖面形狀為頭部鈍、厚度大但尾部反彎的低速翼型，與Hudsen T型葉片的翼型相近。3種葉片的相對厚度沿徑向分布以及扭曲角分布規律均相同。
1.2.2 E型葉片
    E型葉片有ENF型，ELF型和ELFA型3種。同一直徑風機的3種葉片構成的輪轂比相同。但在一定的直徑尺寸范圍內，由于采用直徑相同的單板輪毅，致使該直徑區段內的風機輪毅比略有差別。3種葉片的葉片數配置不盡相同。3種葉片的平面形狀均為等寬度的矩形，其中ENF型較窄，ELF型較寬，ELFA型最寬，3種寬度間成一定比例。E型葉片選用的翼型及扭曲規律與T型葉片相同。
1.2.3 SX型葉片
    為了達到“寧靜”的噪聲水平，以滿足工程上某些的特殊需要，Howdon公司推出了直徑1.22—5.49m的SX型葉片，其外形及安裝見圖4。其特點是：①葉片前掠，寬度加大，實度加大，輪轂比0.22。0.32，葉片數3—8。②所用翼型與E型葉片相同。③葉片有較大的空間扭曲型面。
    近年來國外的大量研究結果表明，前掠式葉片有利于降低噪聲，原因是：①葉片前掠可消除發生在不同半徑處風機噪聲的相位變化和葉片間的相互干擾。②葉片前掠可以限制低動量流體的徑向移動范圍，從而限制葉片后緣附面層漩渦的增長。③與常規的徑向葉片相比，葉片前掠可使垂直于后緣線的旋轉氣流速度分量明顯減少，致使誘發噪聲的漩渦逐漸減弱。④前掠葉片采用了空間扭曲，葉片前緣處的大葉尖角可減少葉尖漩渦的脫落。
Howdon風機的噪聲特性見表2
    目前Howdon公司大量推廣應用E型葉片，不提倡使用T型葉片，在噪聲要求極其嚴格的場合下慎重選用SX型葉片。
1.3 Cofimco風機
    意大利Cofimco公司始建于上世紀80年代。公司成立時間不長，但所開發的風機卻獨具特色，共有Z、M、U、G和AV型等5個系列的產品。Cofimco風機及其葉型特點是；①根據不同的使用要求，每個系列風機的使用規格均不相同。如系列風機的直徑小于等于2.13m，屬小型風機；G系列的直徑小于等于12.20 m，屬大型風機，且葉片數均可變化。②每個系列的結構形式及其與葉片的連接方式均不相同。如U型風機為單板輪轂，U型螺栓連接；G型風機為雙板輪轂，墊塊與長螺栓連接；而Z、M型風機則采用取得專利權的特種輪轂和特殊接頭連接。除AV型為自動調角風機外，其他系列的風機均為手動調角。風機的輪轂比亦可改變。③Cofimco風機均為非扭曲機翼型等寬度葉片，適于采用鋁合金擠壓或玻璃鋼拉擠工藝制作。所選用的翼型與Hudsen、Howdon風機的翼型相同或相近。④為降低噪聲，Cofimco公司在上述葉片的基礎上，通過在后緣處鉚接等厚度彎板（俗稱襟衣），構成寬度不等彎度不同的大實度葉片，即所謂機翼型與襟衣組合而成的非扭曲不等寬的大實度風機葉片，見圖5。
2、國內空冷風機發展狀況與葉型特點
2.1葉型
    20世紀70年代前我國空冷裝置使用的是VAV型鑄鋁葉片，其效率低，噪聲高。隨后研制出的F型玻璃鋼葉片性能雖有提高，但流量范圍窄，品種單一，故應用時間不長。此后，我國石化行業在引進大型裝備的同時，也引進了空冷風機，其中美國Hudsen風機居多。哈爾濱空調機廠與蘭州石油機械研究所等單位共同對Hudson風機進行了調研分析，由保定航空螺旋槳廠仿制成功。在此基礎上哈爾濱空調機廠與保定螺旋槳廠合作，于1984年完成了我國空冷模型級的實驗研究工作。通過對5種模型級的實驗研究，選定高性能的模型級，探討了不同葉型的風機性能，分析并驗汪了實度對風機性能的影響，為我國空冷風機的選型提供了依據。此后，哈爾濱空調機廠于1987年成功地開發出了HK型葉片，在國內很快得到推廣應用，抑制了進口并為出口創造了條件。
    目前，HK葉型風機基本代表了我國空冷風機的技術水平，其葉片的寬度和扭曲角分布是借鑒國外風機葉片并通過氣動設計的正、反計算后協調確定，葉片寬度呈二次曲線分布。翼型為一種先進的低速航空翼型GA(W)-II。相對厚度為0.17，它頭部鈍，前緣半徑大，相對厚度大，上翼面較為平坦，下翼面尾部有一反彎。幾何上的特點對設計制作玻璃鋼葉片尤為適宜。該翼型的升阻比大，失速攻角大且失速平緩。氣動性能上的特點對設計高效率、流量調節特性寬的軸流風機是相當有利的。
2.2氣動設計與性能換算
  在消化吸收國內外風機先進技術的過程中，軸流通風機的氣動設計和噪聲控制的關鍵技術在國內得到了較好地解決。
   從軸流通風機產品的系列化設計上升到系列群化設計，從軸流通風機性能的相似換算發展為性能的實度換算，這是軸流通風機設計技術上的一次創新，對設計中的工程方法已有所突破。主要包括：①軸流通風機的實效應法則，建立了軸流通風機性能實換算的關系式。②軸流通風機的模塊化設計。③軸流通風機的漸進設計方法。
2.3噪聲預測與治理
    風機作為重要的噪聲污染源受到人們的普遍關注。空冷風機的噪聲主要包括氣動噪聲、機械噪聲和電磁噪聲，其中氣動噪聲是主要噪聲源。
    在空冷風機的研制中，軸流風機的噪聲與葉尖速度、靜壓、流量、功率、直徑、葉片寬度和葉片數等氣動參數及幾何參數有關。其中最重要的是葉尖速度和風壓，風機噪聲JL乎與葉尖速度的6次方成正比。文獻給出了標準空氣條件下氣動噪聲預測的關聯式。通過對關聯式的分析可知：①葉尖速度對噪聲影響很大，當葉尖的速度由61 m/s下降到41m/s時，平均聲壓級可下降10db。②在風機實度相同的條件下，采用葉片數少的寬葉片對降低噪聲更有利。當靜壓和葉片長度保持不變時，若葉片寬度一定，葉片數增加2倍，平均聲壓級則增大3 db，反之若葉片數一定，平均葉片寬度增大2倍，平均聲壓級則增大1.5db。因此，文獻進一步提出降低轉速、增大實度和調整葉片安裝角的降低噪聲的方法，并取得了滿意的效果。
3、結語
    隨著空冷風機特別是電站直接空冷風機的大型化，作為風機最重要的零件葉輪，其輪轂結構（單板或雙板）及其與葉片的連接方式(U型螺栓或墊塊與長螺栓)變化不大，而主要是在葉片結構和形狀上進行更新和改變，總的趨勢是：①葉片從二次曲線型向梯形或矩形平面形狀簡化，從扭曲向非扭曲演變。非扭曲的矩形葉片適用于擠壓鋁合金葉片或拉擠玻璃鋼葉片的制作，有利于機械化大批量生產及提高產品質量和降低生產成本。由于空冷風機的壓力很小，靜壓大都小于250Pa，通常在150Pa左右，設計制造非扭曲矩形葉片是可行的。②葉片大都選用頭部鈍、厚度大和尾部反彎的低速翼型。這種翼型不僅升阻比高且失速平緩，有利于提高效率和擴大最佳工作范圍，對于提高中空葉片的總體剛度更為有利。③為滿足降低噪聲的技術要求，前掠葉片和機翼型與彎板襟衣相組合的葉片相比，前者工藝復雜，成本高，但降低噪聲的效果更好。
    國外空冷風機已實現了更新換代，通過對國外風機進展情況的分析可以看到，其更新換代遵循著性能與工藝兼顧、新葉型與老葉型兼容的原則。即不僅要考慮到滿足氣動性能和噪聲特性的不同層次的使用需求，而且要兼顧葉片的制作工藝，以提高產品質量并降低成本。為保持自身產品的風格，一般將繼承和創新相結合，在原有葉片基礎上，通過輪轂比、葉片寬度、扭曲角度和葉片數的變化，達到改進風機性能的目的，這種方法可極大地減少研發費用。
    與國外相比，國內空冷風機更新換代的速度緩慢，產品的多樣性、個性化及葉片的制造工藝等方面尚存在較大差距。為適應國內火電廠的建設需求，推進空冷技術的進步，加快產品更新換代的步伐，研發新葉型的空冷風機勢在必行，對此作者建議：①新葉型風機的研發要從系列化向系列群化轉變，從傳統的相似設計方法轉變為漸進設計法，這是當今軸流風機設計的發展趨勢，應引起高度重視。②全面規劃空冷風機的型譜，確定實施產品系列化設計的方案，等輪轂比時，可通過改變葉片寬度（3—4種）和葉片數（4 - 10片）實現系列群產品；變輪轂比時，可利用等輪轂比的已有葉片和輪轂，運用組合設計的原理，組合出不同輪轂比的新系列群產品。③設計制造模型機或樣機，開展試驗研究。④完成上述工作后，開展前掠葉片等特殊葉型的研發。