基于流体分析的复式谷物清选机主风机的优化设计

李海青 刘文俊 胡 明

（山东省机械设计研究院，济南 250031）

基于流体分析的复式谷物清选机主风机的优化设计

李海青 刘文俊 胡 明

（山东省机械设计研究院，济南 250031）

针对复式清选机主风机产生的气流速度过小、分布不均匀、影响谷物籽粒清选质量等问题，利用CFD流体分析对主风机的结构进行优化，通过增加进气口提高进气量，优化蜗壳尺寸提高出风口风速，从而使穿过筛孔的气流更加均匀并达到谷物籽粒的临界悬浮速度。

复式谷物清选机 主风机 CFD

引言

复式清选机是将风选和筛选组合在一起的风筛类清选机，为可清选多种谷物，风选的风量调节范围要广，筛片的规格要多，目的是清除碎茎叶、颖壳、粉尘、草籽等谷物夹杂物，同时清除大于或等于所规定尺寸范围内的谷物和较轻籽粒。经过清选，去除掺杂物，并对谷物进行分级，使加工后的谷物籽粒均匀饱满，容重、千粒质量、净度、发芽率等有很大提高。

1 结构特点

复式清选机的风选采用厚粮层重力风选工艺，比重分离台筛面为钢板冲制而成的带有翘曲和倾斜度的多孔面板，以增大谷物的抛掷力并控制气流方向。在主风机气流作用下，谷物由于临界速度的差异沿比重分离台筛面铅锤方向分层，杂余和较轻的籽粒悬浮在上层，重籽粒沉聚在下层，同时比重分离台往复运动，上层杂余和较轻的籽粒在筛面倾斜往复运动和风力的共同作用下移到筛面低处，沉聚在下层的重籽粒在筛面倾斜往复运动下移动到筛面高处，轻重不同的籽粒在比重分离台得到分选。在这个过程中，穿过筛面合适的风速使籽粒达到临界悬浮状态，这时的清选效果最佳，因此主风机的结构和参数至关重要。

2 主风机存在的问题

主风机的作用是产生穿过比重分离台筛面的气流，使谷物达到悬浮状态，目前在清选谷物时，籽粒很难达到悬浮状态，小于籽粒临界速度，及主风机产生的风速过小，另外筛面中间与两边的悬浮状态不同，中间悬浮的高度高于两边，这两种情况都会造成清选质量不理想、不均匀。因此需要对主风机进行优化。

3 主风机结构及优化

如图1所示，主风机为离心式大流量风机，6片直叶片通过固定板连接到转轴上，风机旋转产生的气流经过导流框吹向比重分离筛的筛孔，从而使谷物籽粒获得达到临界悬浮的气流速度。因此如果风机产生的风量不足就造成气流速度过小无法达到籽粒的临界悬浮速度。利用CFD流体分析对风机进行流体分析，以便于查看风机的状态。

如图2所示，风机动压迹线集中在两端即离进风口很近的地方，而风机中部几乎没有动压迹线，因此可初步判断风机的进风量不足。如图3所示，风机两端出口速度较高，中间部分速度较低，因此得出结论：风机的进风量不足，影响出口风速。提高风机的风量可采取以下两种方法。

图1 风机结构图

图2 动压流动迹线图

图3 风机出口速度等高线图

（1）提高风机转速。目前风机转速n=816r/min，叶轮线速度v线=29m/s，通过提高转速的方法已没有空间，且如果采用提高转速，就要考虑增加叶片、固定板、支撑筋的强度及电机功率是否过载等，综合考虑此方法不是最优方案。

（2）增大进气量。通过图1可发现，整个风机轴向较长，而进风口在两端，尽管叶片上有导流角，风流仍然很难进入到风机中部，造成风机出口中部位置的风速过小，如果增大两端进风口（D进=380mm），会减小风机产生的风压，因此考虑在风机中部增加进风口的方案，优化后的风机结构如图4所示，优化后的分析结果如图5所示。

图4 优化后的风机结构图

图5 速度迹线图

图6 速度迹线图

图7 出口速度等高线

从图5可发现，在风机内部迹线基本均匀，可见进气量满足风机需要，在风机中部增加两个进气口能满足进气要求。但同时发现风机的最大气流速度未出现在风机出口位置，而是在出口下侧的蜗壳内部，形成最大气流速度过早，对最终产生籽粒悬浮不利，说明叶片和蜗壳的配合的气隙尺寸不合理，对蜗壳基方及渐开线圆弧半径进行优化后得到如图6所示的速度迹线图和图7所示出口速度等高线。

通过对图6和图7分析可知，风机出口气流基本均匀，平均速度为23m/s，满足籽粒临界悬浮速度要求。经过厂家的试制应用，效果理想，解决了复式清选机主风机的问题，使籽粒达到临界悬浮速度，且气流分布均匀，清选效果更加理想。

[1]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[M].北京：中国农业科学技术出版社，2007：960-969.

[2]李庆宜.通风机[M].北京：机械工业出版社，1983.

Optimization Design of the Main Fan of the Compound Sorting and Clearing Machine Based on the Analysis of the Fluid

LI Haiqing, LIU Wenjun, HU Ming
(Shandong Machinery Design and Research Institute, Jinan 250031)

For compound sorting and clearing machine of main fan produces airflow speed too small and distribution is not uniform to affect of grain cleaning effect problem. This paper uses the CFD to analysis the main fan for optimizing the structure, by increasing inlet port raised the amount of intake, optimizing the size of the spiral case to increase the wind speed of the air at outlet, and the more uniform and reach the critical suspension velocity of grain through the sieve airflow.

double-grain sorting machine, main fan, CFD