0 引言
所谓对旋式轴流风机，是指前后串联两个直径、桨毂比、转速都相同，而旋转方向相反的桨叶，通常由两个电机分别驱动的一种两级轴流风机。其优点在于：在流量相同的情况下，可以成倍地增加压强增益（风机出口的总压相对进口总压的增量），克服轴流风机总压增益相对较低的固有弱点；第一级桨叶产生的气流旋转恰由第二级桨叶反向旋转而消除，直接产生符合出口要求的单一轴向流。不需要任何导流片，缩短轴向尺寸，使结构变得简单。根本避免了导流片上的气流分离，减小能量损失，提高效率并降低噪声。
1 设计工况和性能指标
根据风机用途，确定如下：风机直径0. 66m，总压增益p= 4475Pa，流量Q=26100m
3/h，功率≤2×26kW，转速2940r/min，总压效率≥80%，比A声级噪声≤25dB。
2 设计思路
(1)按照常规后扭型风机，设计对旋风机的第一级桨叶，确定理论外形。并给出桨叶后气流的合速度，根据动量定理，气流所增加的动量矩是桨叶扭矩作用的结果，气流从单一轴向流变成有扭转流。
(2)按照常规预扭型风机，设计第二级桨叶。上述第一级桨叶的出流即为本级的来流，第二级桨叶反转作用的结果，气流又恢复为单一轴向流。由此可确定第二级桨叶的理论外形。
(3)然后进一步考虑两级彼此反向旋转桨叶之间的相互干扰。
3 设计要点和主要结果
(1)风机前后级的压力负载分配
风机负载指气流通过桨叶的压强增益。两级桨叶的负载分配是设计中的一个重要问题。第一级是后扭型，第二级是预扭型。两级桨叶转速相同。预扭型桨叶气流与叶片之间的相对速度比较大，这就决定了第二级的负载可以比较大，但又不宜太大。前后两级桨叶的气流相对速度比值v1/v2：大约在0.7～0.8范围，若要求第一级有较大的负载，势必需要增大升力系数或迎角，但这是很有限的。升力系数过大很容易引起气流分离甚至失速。
第一级桨叶上的分离气流往往对第二级的影响更大，使后者出现剧烈的振动或断裂。所以不应使第一级的负载大于第二级。
第二级气流相对速度大，虽然可以有比较大的负载，但速度大会使摩擦损失加大，因而效率降低，相同负载下第二级桨叶效率比第一级约低6%左右，功率增大约为1.1倍。因而经常发生第二级电机烧毁的现象。
所以也不应该使第二级的负载大于第一级。通常使前后两级桨叶的压力负载相等，即P1=P2 =2237. 5Pa。由于第二级效率稍低，在相同负载下其气流的反向旋转速度略大于第一级，造成风机出口气流有残存的旋转速度。本设计残存旋转速度不大，可忽略。
(2)单级桨叶的设计
单级后扭型桨叶设计，单级预扭型，这里不再赘述。
(3) 桨毂比取为0.6，由于第二级桨叶下游装有小锥角的消声筒，可以保持气流通道面积缓慢扩散，允许风机较大的桨毂比。风机通道内的轴向流速比较大，有利于提高压力增益。前后两级桨叶的升力系数从根部到尖部分别为第一级：1. 293～0.381，第二级：0. 785～0.494。显然，除第一级根部升力系数偏大但还可以允许外，桨叶各剖面都处在正常升力系数范围，不会出现叶表面的气流分离或失速，设计是安全的。
(4)桨叶根部气流的旋转系数（旋转速度与轴向速度之比）最大。前后两级的值为1. 115和1.201，相应允许极限为1.1和1.4。可见，第一级旋转系数偏大，略超出允许范围，这说明第一级的负载已不能再高了。
(5)桨叶剖面采用圆弧中线加（弭对称翼型。其周线方程参见文献[1]。这是英国风机常用的一种先进翼型，其优点是升阻比高和可以解析变化弯度和厚度。
(6)叶片数目为第一级12片，第二级10片。通常第二级桨的叶片数目和实度都小于第一级。桨叶平面形状为梯形，梯形比0.95。从桨叶根部至尖部共取了等间隔9个剖苗，各剖面的相对厚度都是9%，前后两级桨叶各剖面的几何参数如下（从根部至尖部）：第一级弦长238.41～226.49mm.圆弧角35. 50°～14.57°、安装角42. 67°～20. 40°；第二级弦长177.98～169.08mm、圆弧角20. 31°～13. 27°。安装角25.38°～18.05°。
(7)前后两级桨叶轴向距离约取1/2桨叶弦长为120mm。
4 前后两级桨叶的相互干扰
前后两级桨叶彼此反向旋转，必然存在相互干扰，我们粗略地仅考虑如下两个一次干扰：
(1)第二级对第一级的干扰
第二级在第一级后反向旋转，会诱导第一级桨叶的轴向来流产生一个负的预扭，因而气流的相对合速度减小，并使得它与弦线之间的夹角（即迎角）减小，因而升力系数变小，如图1虚线速度三角形所示。修正方法是适当增加第一级桨叶的迎角，即增加安装角，通过试验确定增加了5°。
(2)第一级对第二级的干扰
第一级相对第二级同样是反向旋转，使第二级桨叶来流的预扭分量产生一个增量，因而预扭速度增加，相对合速度也增加，并使它与弦线之间夹角增大，导致升力系数增大，如图2虚线速度三角形所示。修正方法是适当减小迎角，即减小安装角，通过试验确定减小了1°。
对于上述两个干扰影响，截止到目前为止，只是一种定性分析，没有适当模型，也没有系统研究，因而提不出定量的修正公式，也没有很多试验数据和经验修正公式可供参考。目前的做法是适当预留安装甬的调节范围，通过样机试验调节前后两级的安装角，使相互干扰达到最小，整机处于最佳状态。但上述分研毫踅抵修正方向是正确的。
5 风机性能估算
一般的风机设计，只能在产品试制出来后通过样机试验评价其设计优劣。如果设计不成功，试制成本和时间都将损失。所谓性能估算，是针对现成的风机或已经设计好的风机外形，在给定转速下进行全工况范围的性能估算，详细可参考文献[1]。有了这个方法，就可以在设计阶段即预测风机性能曲线。对旋式风机没有现成的估算方法。类似上述设计过程，分别估算单级后扭型和预扭型桨叶的结果，然后叠加。
估算单级预扭型桨叶时，必须给定预扭系数。在本风机中，第二级桨叶的预扭系数实际是个变量，取决于第一级的运转情况，只能暂取设计状态下的值，当工况改变或安装角度变化时，就会产生一定误差。因而第二级以及整机的性能就很难估算准确，结果只能是近似的。
第一级桨叶偏转某个角度时，第二级桨叶应偏转多少，才能保持两级桨叶之间的良好匹配。这要经过试验确定。在缺乏数据和偏角不大的条件下，先考虑两级桨叶有同样的偏转，如-2°，-2°表示前后同时减小2°安装角，但这样可能会导致前后有些不匹配。
估算结果见图3。从图3可看出，桨叶安装角处在设计状态时，性能曲线相当逼近地通过原设计点(流量261001T13/h，压强增益4475Pa)，说明方法基奉正确。在设计点附近的小范围内，桨叶安装角（前后两桨同时）每增加1。，压力增加约500Pa，每减小1°，压力降低480Pa。
6 样机试验结果
样机试验结果表明，风机设计是成功的，性能估算结果与试验的趋势比较接近。本风机已投入生产。
