轴流风机如何重新定义非公路机械的性能

Multi-Wing公司空气动力学优化的PMAX4叶片专为高阻力发动机冷却应用而设计。

新机器必须减少二氧化碳以及其他有害气体和颗粒物的排放。

效率、耐用性和整个使用寿命期间的更高正常运行时间至关重要。

此外，终端用户和监管机构还要求这些机器更加安静——考虑到必须达到同等或更高的性能，这并非易事。

尽管如此， 新机器在很大程度上满足了这些要求，研发部门的预算也在不断增加，因为制造商们正在确保新机型带来可销售的升级功能。

是什么让发动机保持凉爽？

在建筑领域，风扇需要冷却在严苛气候条件下运行的重型发动机，这些发动机经常处于高强度工作循环状态。

难怪制造商们现在比以往任何时候都更加重视这些发动机的有效冷却。

Patrick Bold 是 Multi-Wing 公司的叶轮和离合器产品总监，该公司是一家总部位于丹麦的公司，设计和制造轴流风扇，用于包括建筑和发电在内的各个行业。

Patrick Bold，Multi-Wing公司叶轮和离合器产品总监

“我们最近看到，人们更加关注提高设备的极限环境温度（LAT）。”他说。“LAT 是发动机冷却系统在不发生故障或过热的情况下可以运行的最高允许环境温度。”

由于排放法规的要求以及机器在更恶劣气候条件下的使用，需要对这些机器进行更好的冷却，以确保它们始终正常运转。

“为了达到排放法规的冷却要求，你需要更厚的散热器、阻力更大、气流更高的辅助冷却器。

这一切都表明，风扇需要承担更多的工作，同时还要尽可能降低噪音，因为制造商也被要求减少机器的噪音排放。

这些苛刻的前提条件要求风扇不仅要提供令人印象深刻的气流，还要以以前从未考虑过的方式提高机器的效率。

在描述此类风扇的开发时，Multi-Wing 发动机冷却叶轮的全球开发经理 Nicolas Geiger 说：“很多事情都归结于理解风扇作为系统的一部分。

你可以在实验室条件下进行所有你想做的测试，但是如果你不考虑机器的设置方式及其当前的局限性，就很难用风扇对其进行优化。”

盖格介绍了 3D 打印技术的最新应用，这可以展示最新风扇设计的潜力。

以下是Multi-Wing公司在PMAX系列飞机研发过程中采用的流体动力学计算示例

他说：“我们现在可以为客户3D打印工作原型，例如，可以直接将其安装到挖掘机中。这在几年前几乎是不可想象的。”

流体动力学在行动中

盖格强调亲身操作机器以确保最佳风扇设计的重要性，但他同时也承认利用最新技术来辅助这一过程的好处。

他说：“我们所做的很多工作都围绕着流体动力学展开，我们用 CFD 计算流体动力学模拟来测试它。”

我们可以优化剖面，以产生尽可能少的湍流， 从而降低噪声并提高效率。

空气越清洁，噪音就越小——但当空气压力如此之高时，这很难实现。

“借助计算流体动力学（CFD），我们可以在几天内对数千种设计进行测试，而且随着软件的改进和计算机速度的提升，测试本身也变得越来越精细。我们现在可以运行两三年前根本无法想象的模型，”盖格解释说。

也就是说，最终结果仍然取决于物理学和机器知识的最佳结合。

展望未来

Nicolas Geiger，Multi-Wing公司发动机冷却叶轮全球开发经理

鉴于设备制造商被赋予生产更可持续设备的责任，很容易理解为什么风扇制造商不得不提高自身水平。

盖格表示：“以前叶轮是目录产品。你会说我需要压力和直径都在这个范围内的叶轮，你们有什么？订购后就会发货，然后你就再也听不到任何消息了。”

“今天，我们被要求为一款可能在三年后上市的机器设计风扇，而且该风扇必须在极其具体的限制条件下实现最佳运行。”

Patrick Bold 对此表示赞同，并补充说，在重型建筑和动力设备中，气流路径严重受阻，这一事实也促使人们需要更高效的风扇。

他说：“过去，风扇叶片的轮廓都相对相似，几乎是通用产品，可用于供暖、通风和空调以及发动机冷却应用。

“这些新型叶片的设计重点在于发动机冷却环境，包括非常恶劣的进气条件和散热器导流罩不足的情况，其设计以商业目标为首要考虑因素。”

毫无疑问，如今的制造商们已经意识到高效风扇能够为他们的设备带来性能提升和降噪效果。

Multi-Wing公司最新一代轴流式叶轮专为应对严苛的进水条件而设计。图中所示为PMAX5型叶轮。

博尔德以蓬勃发展的发电行业为例，说道：“你节省的每一千瓦冷却发动机的电量，就是这台机器多出的一千瓦电量，这意味着燃烧更少的燃料。

这是发电机组行业非常关注的一个方面——如何提供足够的最低功率来冷却发动机。

为生活而设计

因此，最佳冷却效果能降低油耗，从而降低总体拥有成本，但这仅在风扇运转期间有效。考虑到这一点以及对效率的要求，原始设备制造商 (OEM) 通常期望风扇的使用寿命与所冷却的发动机的使用寿命相同。

博尔德说：“从耐用性的角度来看，叶轮的重量非常重要，因为叶轮越重，轴承和机器中的皮带磨损就越大。此外，使用较轻的风扇还可以延长维护周期。”

换句话说，叶轮重量越轻，机器的总拥有成本就越低。

“我们最近的很多工作都是在确保达到性能目标的同时，尽可能减轻重量，而我们通过使用最少数量的叶片实现了这一点。

道理很简单：叶片越少，材料越少，噪音越低，重量越轻。

Multi-Wing 的 PMAX7 轴流风机适用于非公路机械，以及中大型发电机组和压缩机。

我们优化了刀片的设计和形状，以增加工作表面积并最大限度地提高性能。”

在建筑行业，我们已经到了这样一个阶段：像这样的渐进式收益可以带来巨大的新业务价值，但 Bold 和 Geiger 坚持认为，这些新型轴流风机有可能带来的不仅仅是渐进式收益。

Bold表示：“操作人员肯定会注意到噪音排放方面的变化。随着发动机噪音降低，尤其是在发动机后方加装过滤器之后，你会发现有些机器的大部分噪音并非来自发动机，而是来自风扇。”

因此，在一些最新的高科技机器中，风扇就显得尤为重要了。

盖格表示同意，但他补充道：“与消费品不同，低噪音只是消费品的一个差异化特征，现在有规定说，如果你的机器噪音太大，你就不能使用它，也不能出售它。

噪音大、效率低的机器已经不再是可行的选择。

所有图片均由 Multi-Wing 提供

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本文由KHL内容工作室与Multi-Wing的产品专家合作撰写。