DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2020. 06. 047

王本义. 某型城际动车组牵引变压器冷却单元用离心风机优化设计［J］ . 机电工程技术，2020，49（06）：118-121.

基金项目：兴辽英才计划资助项目（编号：XLYC1908016）

 

某型城际动车组牵引变压器冷却单元用离心风机优化设计*
王本义
（中车大连机车研究所有限公司， 辽宁大连116021）

摘要：介绍了某型城际动车组牵引变压器冷却单元用离心风机优化设计过程，利用CFX数值仿真手段对离心通风机叶轮进行了提高效率的降噪优化设计研究，对原风机进行参数化建模，利用数值仿真计算的方法得到了原始风机叶轮几何参数下的气动性能，在此基础上，根据冷却单元通风系统性能匹配，重新确定叶轮直径、选取风机初始计算参数，并采用响应面法，得到最佳性能的叶轮叶片数量、进口角及出口角。通过选择合适的几何参数，静压效率提升了8.54%，噪声降低了4.47 dB ( A )，为离心风机的优化设计提供参考。
关键词：离心风机；数值仿真；响应面法；优化设计
中图分类号：U270.38   文献标志码：A   文章编号：1009－9492 ( 2020 ) 06－0118－04

Optimal Design of Centrifugal Fan for Traction Transformer Cooling Unit of
an Inter-city EMU
WANG Benyi
（CRRC Dalian Institute Co., Ltd., Dalian, Liaoning 116021, China）

Abstract: The optimal design process of centrifugal fan for traction transformer cooling unit of an inter-city EMU was introduced. CFX numerical simulation method was used to reduce the noise of centrifugal fan by improving efficiency, parametric modeling was carried out for the original fan, and the aerodynamic performance was obtained under the geometric parameters of the original fan by using the method of numerical simulation. On this base, according to the cooling unit ventilation system performance matching, the impeller diameter was redetermined and the initial calculation parameters of the fan were selected. The response surface method was used to obtain the number of impeller blades, inlet angle and outlet angle with the best performance. The static pressure efficiency is increased by 8.54% and the noise is reduced by 4.47 dB (A) by selecting appropriate geometric parameters, which provides reference for the optimization design of centrifugal fan.
Key words: centrifugal fan; numerical simulation; response surface method; optimal design

引言
城际动车组是为城际铁路而研制的新型轨道交通运输车辆，具有运能大、乘坐方便、安全可靠和节能环保等诸多优点，近年来得到广泛应用。因城际动车组运行于城市之间，为减少车辆噪音对周边居民的影响，城际动车组对各主要部件提出了严苛的噪音要求。为了解决某型城际动车组牵引变压器冷却单元在运行过程中噪声大的问题，本文从提高风机效率降低声源噪声的角度，对无蜗壳离心风机进行了优化设计。
国内外学者对离心风机的优化设计和降噪进行了广泛的研究，通过耦合多种优化算法，兼顾多个优化目标，实现风机性能的优化。Bonaiuti[1]通过耦合响应面法及流场分析技术建立了离心叶轮多目标、多点优化设计方法，通过控制叶片形状，提高风机效率。刘小民[2]采用遗传算法和三维流动数值模拟技术对离心叶轮进行了多目标自动优化设计。李瑜[3]从降噪角度分析CRH系列动车组冷却装置风机的设计，通过统计多款动车组风机静压效率和噪声，发现高效区域风机噪声最低。本文在参考以上研究的基础上，采用响应面法、实验设计技术和三维流场仿真技术，对无蜗壳离心风机的叶片数量、叶片形状进行了优化，使叶轮内部流场达到最佳状态，
提升风机的静压效率，使风机工作在高效区域，从主动降噪的角度有效降低风机噪声。本文研究为今后无蜗壳离心风机的优化设计和降噪提供了一种新思路。

结束语
本文采用数值模拟与响应面相结合的方法，对某城际动车组牵引变压器冷却单元用离心风机进行了优化研究，通过对气动性能及噪声的分析，可以得到以下结论：
（1） 将数值模拟方法与响应面方法相结合，能够用于离心风机的改进和优化；
（2） 叶片进出口角和叶片数量对风机静压效率有较大影响，选择合适的叶片数量及最佳进出口角，有利于风机内部流场顺畅，提高风机静压效率；
（3） 优化后风机静压降低了140Pa，风机静压效率提高了8.54%，风机噪声降低了4.47 dB ( A )。