0  引言
    所謂對旋式軸流風(fēng)機，是指前后串聯(lián)兩個直徑、槳轂比、轉(zhuǎn)速都相同，而旋轉(zhuǎn)方向相反的槳葉，通常由兩個電機分別驅(qū)動的一種兩級軸流風(fēng)機。其優(yōu)點在于：在流量相同的情況下，可以成倍地增加壓強增益（風(fēng)機出口的總壓相對進口總壓的增量），克服軸流風(fēng)機總壓增益相對較低的固有弱點；第一級槳葉產(chǎn)生的氣流旋轉(zhuǎn)恰由第二級槳葉反向旋轉(zhuǎn)而消除，直接產(chǎn)生符合出口要求的單一軸向流。不需要任何導(dǎo)流片，縮短軸向尺寸，使結(jié)構(gòu)變得簡單。根本避免了導(dǎo)流片上的氣流分離，減小能量損失，提高效率并降低噪聲。
1  設(shè)計工況和性能指標(biāo)
    根據(jù)風(fēng)機用途，確定如下：風(fēng)機直徑0. 66m，總壓增益p= 4475Pa，流量Q=26100m³/h，功率≤2×26kW，轉(zhuǎn)速2940r/min，總壓效率≥80%，比A聲級噪聲≤25dB。
2  設(shè)計思路
    (1)按照常規(guī)后扭型風(fēng)機，設(shè)計對旋風(fēng)機的第一級槳葉，確定理論外形。并給出槳葉后氣流的合速度，根據(jù)動量定理，氣流所增加的動量矩是槳葉扭矩作用的結(jié)果，氣流從單一軸向流變成有扭轉(zhuǎn)流。
    (2)按照常規(guī)預(yù)扭型風(fēng)機，設(shè)計第二級槳葉。上述第一級槳葉的出流即為本級的來流，第二級槳葉反轉(zhuǎn)作用的結(jié)果，氣流又恢復(fù)為單一軸向流。由此可確定第二級槳葉的理論外形。
    (3)然后進一步考慮兩級彼此反向旋轉(zhuǎn)槳葉之間的相互干擾。
3  設(shè)計要點和主要結(jié)果
    (1)風(fēng)機前后級的壓力負(fù)載分配
    風(fēng)機負(fù)載指氣流通過槳葉的壓強增益。兩級槳葉的負(fù)載分配是設(shè)計中的一個重要問題。第一級是后扭型，第二級是預(yù)扭型。兩級槳葉轉(zhuǎn)速相同。預(yù)扭型槳葉氣流與葉片之間的相對速度比較大，這就決定了第二級的負(fù)載可以比較大，但又不宜太大。前后兩級槳葉的氣流相對速度比值v1/v2：大約在0.7～0.8范圍，若要求第一級有較大的負(fù)載，勢必需要增大升力系數(shù)或迎角，但這是很有限的。升力系數(shù)過大很容易引起氣流分離甚至失速。
    第一級槳葉上的分離氣流往往對第二級的影響更大，使后者出現(xiàn)劇烈的振動或斷裂。所以不應(yīng)使第一級的負(fù)載大于第二級。
    第二級氣流相對速度大，雖然可以有比較大的負(fù)載，但速度大會使摩擦損失加大，因而效率降低，相同負(fù)載下第二級槳葉效率比第一級約低6%左右，功率增大約為1.1倍。因而經(jīng)常發(fā)生第二級電機燒毀的現(xiàn)象。
    所以也不應(yīng)該使第二級的負(fù)載大于第一級。通常使前后兩級槳葉的壓力負(fù)載相等，即P1=P2 =2237. 5Pa。由于第二級效率稍低，在相同負(fù)載下其氣流的反向旋轉(zhuǎn)速度略大于第一級，造成風(fēng)機出口氣流有殘存的旋轉(zhuǎn)速度。本設(shè)計殘存旋轉(zhuǎn)速度不大，可忽略。
    (2)單級槳葉的設(shè)計
    單級后扭型槳葉設(shè)計，單級預(yù)扭型，這里不再贅述。
(3) 槳轂比取為0.6，由于第二級槳葉下游裝有小錐角的消聲筒，可以保持氣流通道面積緩慢擴散，允許風(fēng)機較大的槳轂比。風(fēng)機通道內(nèi)的軸向流速比較大，有利于提高壓力增益。前后兩級槳葉的升力系數(shù)從根部到尖部分別為第一級：1. 293～0.381，第二級：0. 785～0.494。顯然，除第一級根部升力系數(shù)偏大但還可以允許外，槳葉各剖面都處在正常升力系數(shù)范圍，不會出現(xiàn)葉表面的氣流分離或失速，設(shè)計是安全的。
    (4)槳葉根部氣流的旋轉(zhuǎn)系數(shù)（旋轉(zhuǎn)速度與軸向速度之比）最大。前后兩級的值為1. 115和1.201，相應(yīng)允許極限為1.1和1.4。可見，第一級旋轉(zhuǎn)系數(shù)偏大，略超出允許范圍，這說明第一級的負(fù)載已不能再高了。
    (5)槳葉剖面采用圓弧中線加（弭對稱翼型。其周線方程參見文獻[1]。這是英國風(fēng)機常用的一種先進翼型，其優(yōu)點是升阻比高和可以解析變化彎度和厚度。
    (6)葉片數(shù)目為第一級12片，第二級10片。通常第二級槳的葉片數(shù)目和實度都小于第一級。槳葉平面形狀為梯形，梯形比0.95。從槳葉根部至尖部共取了等間隔9個剖苗，各剖面的相對厚度都是9%，前后兩級槳葉各剖面的幾何參數(shù)如下（從根部至尖部）：第一級弦長238.41～226.49mm.圓弧角35. 50°～14.57°、安裝角42. 67°～20. 40°；第二級弦長177.98～169.08mm、圓弧角20. 31°～13. 27°。安裝角25.38°～18.05°。
    (7)前后兩級槳葉軸向距離約取1/2槳葉弦長為120mm。
4  前后兩級槳葉的相互干擾
    前后兩級槳葉彼此反向旋轉(zhuǎn)，必然存在相互干擾，我們粗略地僅考慮如下兩個一次干擾：
    (1)第二級對第一級的干擾
    第二級在第一級后反向旋轉(zhuǎn)，會誘導(dǎo)第一級槳葉的軸向來流產(chǎn)生一個負(fù)的預(yù)扭，因而氣流的相對合速度減小，并使得它與弦線之間的夾角（即迎角）減小，因而升力系數(shù)變小，如圖1虛線速度三角形所示。修正方法是適當(dāng)增加第一級槳葉的迎角，即增加安裝角，通過試驗確定增加了5°。

    (2)第一級對第二級的干擾
    第一級相對第二級同樣是反向旋轉(zhuǎn)，使第二級槳葉來流的預(yù)扭分量產(chǎn)生一個增量，因而預(yù)扭速度增加，相對合速度也增加，并使它與弦線之間夾角增大，導(dǎo)致升力系數(shù)增大，如圖2虛線速度三角形所示。修正方法是適當(dāng)減小迎角，即減小安裝角，通過試驗確定減小了1°。
    對于上述兩個干擾影響，截止到目前為止，只是一種定性分析，沒有適當(dāng)模型，也沒有系統(tǒng)研究，因而提不出定量的修正公式，也沒有很多試驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗修正公式可供參考。目前的做法是適當(dāng)預(yù)留安裝甬的調(diào)節(jié)范圍，通過樣機試驗調(diào)節(jié)前后兩級的安裝角，使相互干擾達(dá)到最小，整機處于最佳狀態(tài)。但上述分研毫踅抵修正方向是正確的。
5  風(fēng)機性能估算
    一般的風(fēng)機設(shè)計，只能在產(chǎn)品試制出來后通過樣機試驗評價其設(shè)計優(yōu)劣。如果設(shè)計不成功，試制成本和時間都將損失。所謂性能估算，是針對現(xiàn)成的風(fēng)機或已經(jīng)設(shè)計好的風(fēng)機外形，在給定轉(zhuǎn)速下進行全工況范圍的性能估算，詳細(xì)可參考文獻[1]。有了這個方法，就可以在設(shè)計階段即預(yù)測風(fēng)機性能曲線。對旋式風(fēng)機沒有現(xiàn)成的估算方法。類似上述設(shè)計過程，分別估算單級后扭型和預(yù)扭型槳葉的結(jié)果，然后疊加。

    估算單級預(yù)扭型槳葉時，必須給定預(yù)扭系數(shù)。在本風(fēng)機中，第二級槳葉的預(yù)扭系數(shù)實際是個變量，取決于第一級的運轉(zhuǎn)情況，只能暫取設(shè)計狀態(tài)下的值，當(dāng)工況改變或安裝角度變化時，就會產(chǎn)生一定誤差。因而第二級以及整機的性能就很難估算準(zhǔn)確，結(jié)果只能是近似的。
    第一級槳葉偏轉(zhuǎn)某個角度時，第二級槳葉應(yīng)偏轉(zhuǎn)多少，才能保持兩級槳葉之間的良好匹配。這要經(jīng)過試驗確定。在缺乏數(shù)據(jù)和偏角不大的條件下，先考慮兩級槳葉有同樣的偏轉(zhuǎn)，如-2°，-2°表示前后同時減小2°安裝角，但這樣可能會導(dǎo)致前后有些不匹配。

    估算結(jié)果見圖3。從圖3可看出，槳葉安裝角處在設(shè)計狀態(tài)時，性能曲線相當(dāng)逼近地通過原設(shè)計點(流量261001T13/h，壓強增益4475Pa)，說明方法基奉正確。在設(shè)計點附近的小范圍內(nèi)，槳葉安裝角（前后兩槳同時）每增加1。，壓力增加約500Pa，每減小1°，壓力降低480Pa。
6  樣機試驗結(jié)果
    樣機試驗結(jié)果表明，風(fēng)機設(shè)計是成功的，性能估算結(jié)果與試驗的趨勢比較接近。本風(fēng)機已投入生產(chǎn)。