0 引言
所謂對旋式軸流風機，是指前后串聯兩個直徑、槳轂比、轉速都相同，而旋轉方向相反的槳葉，通常由兩個電機分別驅動的一種兩級軸流風機。其優點在于：在流量相同的情況下，可以成倍地增加壓強增益（風機出口的總壓相對進口總壓的增量），克服軸流風機總壓增益相對較低的固有弱點；第一級槳葉產生的氣流旋轉恰由第二級槳葉反向旋轉而消除，直接產生符合出口要求的單一軸向流。不需要任何導流片，縮短軸向尺寸，使結構變得簡單。根本避免了導流片上的氣流分離，減小能量損失，提高效率并降低噪聲。
1 設計工況和性能指標
根據風機用途，確定如下：風機直徑0. 66m，總壓增益p= 4475Pa，流量Q=26100m
3/h，功率≤2×26kW，轉速2940r/min，總壓效率≥80%，比A聲級噪聲≤25dB。
2 設計思路
(1)按照常規后扭型風機，設計對旋風機的第一級槳葉，確定理論外形。并給出槳葉后氣流的合速度，根據動量定理，氣流所增加的動量矩是槳葉扭矩作用的結果，氣流從單一軸向流變成有扭轉流。
(2)按照常規預扭型風機，設計第二級槳葉。上述第一級槳葉的出流即為本級的來流，第二級槳葉反轉作用的結果，氣流又恢復為單一軸向流。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槳葉之間的相互干擾。
3 設計要點和主要結果
(1)風機前后級的壓力負載分配
風機負載指氣流通過槳葉的壓強增益。兩級槳葉的負載分配是設計中的一個重要問題。第一級是后扭型，第二級是預扭型。兩級槳葉轉速相同。預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載，勢必需要增大升力系數或迎角，但這是很有限的。升力系數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，使后者出現劇烈的振動或斷裂。所以不應使第一級的負載大于第二級。
第二級氣流相對速度大，雖然可以有比較大的負載，但速度大會使摩擦損失加大，因而效率降低，相同負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。因而經常發生第二級電機燒毀的現象。
所以也不應該使第二級的負載大于第一級。通常使前后兩級槳葉的壓力負載相等，即P1=P2 =2237. 5Pa。由于第二級效率稍低，在相同負載下其氣流的反向旋轉速度略大于第一級，造成風機出口氣流有殘存的旋轉速度。本設計殘存旋轉速度不大，可忽略。
(2)單級槳葉的設計
單級后扭型槳葉設計，單級預扭型，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，允許風機較大的槳轂比。風機通道內的軸向流速比較大，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偏大但還可以允許外，槳葉各剖面都處在正常升力系數范圍，不會出現葉表面的氣流分離或失速，設計是安全的。
(4)槳葉根部氣流的旋轉系數（旋轉速度與軸向速度之比）最大。前后兩級的值為1. 115和1.201，相應允許極限為1.1和1.4。可見，第一級旋轉系數偏大，略超出允許范圍，這說明第一級的負載已不能再高了。
(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]。這是英國風機常用的一種先進翼型，其優點是升阻比高和可以解析變化彎度和厚度。
(6)葉片數目為第一級12片，第二級10片。通常第二級槳的葉片數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，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，會誘導第一級槳葉的軸向來流產生一個負的預扭，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，因而升力系數變小，如圖1虛線速度三角形所示。修正方法是適當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，使第二級槳葉來流的預扭分量產生一個增量，因而預扭速度增加，相對合速度也增加，并使它與弦線之間夾角增大，導致升力系數增大，如圖2虛線速度三角形所示。修正方法是適當減小迎角，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，沒有適當模型，也沒有系統研究，因而提不出定量的修正公式，也沒有很多試驗數據和經驗修正公式可供參考。目前的做法是適當預留安裝甬的調節范圍，通過樣機試驗調節前后兩級的安裝角，使相互干擾達到最小，整機處于最佳狀態。但上述分研毫踅抵修正方向是正確的。
5 風機性能估算
一般的風機設計，只能在產品試制出來后通過樣機試驗評價其設計優劣。如果設計不成功，試制成本和時間都將損失。所謂性能估算，是針對現成的風機或已經設計好的風機外形，在給定轉速下進行全工況范圍的性能估算，詳細可參考文獻[1]。有了這個方法，就可以在設計階段即預測風機性能曲線。對旋式風機沒有現成的估算方法。類似上述設計過程，分別估算單級后扭型和預扭型槳葉的結果，然后疊加。
估算單級預扭型槳葉時，必須給定預扭系數。在本風機中，第二級槳葉的預扭系數實際是個變量，取決于第一級的運轉情況，只能暫取設計狀態下的值，當工況改變或安裝角度變化時，就會產生一定誤差。因而第二級以及整機的性能就很難估算準確，結果只能是近似的。
第一級槳葉偏轉某個角度時，第二級槳葉應偏轉多少，才能保持兩級槳葉之間的良好匹配。這要經過試驗確定。在缺乏數據和偏角不大的條件下，先考慮兩級槳葉有同樣的偏轉，如-2°，-2°表示前后同時減小2°安裝角，但這樣可能會導致前后有些不匹配。
估算結果見圖3。從圖3可看出，槳葉安裝角處在設計狀態時，性能曲線相當逼近地通過原設計點(流量261001T13/h，壓強增益4475Pa)，說明方法基奉正確。在設計點附近的小范圍內，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 樣機試驗結果
樣機試驗結果表明，風機設計是成功的，性能估算結果與試驗的趨勢比較接近。本風機已投入生產。
