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风机安装与维护

通风除尘对后向离心风机圆弧叶片的新认识风机消声器适用范围

摘要:通常认为圆弧叶片的加工简单,但流动性能差,在后向离心风机已很少应用,但近来发现,有些圆弧叶片能有85%以上的整机全压效率。为此,本文对4个不同型号的后向离心风机采用圆弧叶片和现在常用的等当量扩张角流型叶片进行整机性能数值预估对比,结果表明:上凸圆弧叶片性能良好,但下凹圆弧叶片性能差。
关键词:后向离心风机;圆弧叶片;数值模拟;性能预估
引言
  圆弧叶片加工简单,成本低,以前被广泛应用。1973年,Eck提出等减速叶片流型[1]和1980年朱之墀等提出等当量扩张角叶片流型[2]后,普遍认为这两种叶片性能比圆弧叶片性能好,于是后者在后向离心风机中就变得很少使用。近来发现有些后向离心风机使用圆弧叶片有85%以上的整机全压效率,为此,我们对几个不同型号的高性能后向离心风机,采用圆弧叶片和现在常用的等当量扩张角流型叶片进行整机性能数值预估对比,重新审视圆弧叶片的性能,能否利用现代的三维流动数值模拟工具,对它有一些新的认识。这就是本文的内容和目标。限于篇幅,关于性能预估数值方法请参考文献[3-5]。
1圆弧叶片参数公式
  如给定离心风机叶轮进出口直径分别为D1和D2、叶片进出口角分别为β1和β2,则圆弧叶片参数就能唯一确定。圆弧叶片有上凸和下凹两种形式,前者形式的圆弧叶片见图1。

由上图及以下公式可知,只需确定圆弧叶片的圆心以及半径,则叶片的型线就能唯一确定。这些参数之间的几何关系如下:

式中R0、(xc,yc)和(x2,y2)分别为叶片弧线半径、叶片弧线圆心坐标和叶片弧线与外圆交点坐标。这5个未知数由上述5个独立方程可以解得。
  显然,如果给定D1、D2、β1、β2,则由式(4)和式(5)得到

如果D2cosβ2-D1cosβ1>0,R0为正值,即为上凸圆弧型式,如果D2cosβ2-D1cosβ1<0,R0为负值,即为下凹圆弧型式。R0确定后,由式(2)和式(4)得出

这样,从式(6)~式(8)即可确定圆弧几何尺寸,再用作图法或式(1)和式(3)即可得到x2和y2值。

2圆弧型叶片和等当量扩张角流型叶片的性能对比

2.15-44后向风机的圆弧型叶片和等当量扩张角流型叶片性能数值预估以及结果分析
  根据厂方提供的5-44№8的CAD图纸,它是后向离心风机,其叶片为上凸圆弧型;根据风机的试验结果,在流量6920m3/h处测得最大效率为85%。
  本文旨在对比圆弧叶片和等当量扩张角叶片型线的性能区别,所以首先根据图纸尺寸进行原圆弧叶片的风机建模和性能预估,其次进行等当量扩张角流型叶片的设计、风机建模和性能预估。等当量扩张角流型叶片的设计流量也为6920m3/h,同时保证蜗壳、进风口、叶轮参数完全和原来圆弧型叶片的风机相同,只是叶片型线改为等当量扩张角型线,这样两者性能预估比较时只是叶片型线的差别。
图2为两者叶片型线的差别,实线是圆弧型叶片,虚线为等当量扩张角型线,两者差别不大,后半段差别稍大些,后面类似曲线也用这种符号表示。

图3为两种叶片型线的风机预估性能的工况曲线以及原圆弧叶片风机的性能实测曲线,图中方块代表等当量扩张角流型叶片;空心圆代表圆弧型叶片;三角代表试验值;实线表示效率;虚线表示全压,后面类似曲线也用这种符号表示。

从测试结果可以看到,原5-44圆弧叶片风机的全压和效率性能都不错,从圆弧型叶片风机预估性能和等当量扩张角流型叶片风机性能预估对比来看,两者性能在设计工况6920m3/h附近基本相同;全压曲线两者几乎吻合,大流量时圆弧型叶片的全压高于等当量扩张角流型叶片,最大高2.8%;小流量效率性能等当量扩张角流型略好,但大流量时圆弧叶片性能略好,效率最大可高1%。
2.27-22后向风机的圆弧型叶片和等当量扩张角流型叶片性能数值预估以及结果分析
  7-22是小比转数的风机,根据厂方提供的7-22№8的CAD图纸,它是后向离心风机,其叶片设计为等当量扩张角流型;根据风机的试验结果,在流量4200m3/h处取得最大效率为86%。
  首先进行等当量扩张角流型叶片的风机建模和整机性能数值预估,接着,再按照相同的进风口、蜗壳和叶轮尺寸建模和整机性能数值预估,所不同的只是采用圆弧型叶片代替原叶片,叶片进出口角不变,叶片同样是上凸的。等当量扩张角流型叶片和相应的圆弧叶片通道见图4,可见两者型线相差较大。

两种叶片型线的风机性能曲线及等当量扩张角流型叶片的试验曲线见图5。

由图5可以看出:两种叶片型线的风机流量和全压的性能曲线几乎重合;两者流量和全压效率的性能曲线也接近重合,等当量扩张角流型叶片的效率曲线略高于圆弧型叶片,但最大相差也只有0.4%。工况曲线的情况表明,对于7-22风机,圆弧型叶片能够起到和等当量扩张角流型叶片同样的作用,一样能够使风机的全压和效率得到保证,风机的整体性能几乎没有改变。
2.36-44后向风机的圆弧型叶片和等当量扩张角流型叶片性能数值预估以及结果分析
  6-44是中比转数的风机,根据厂方提供的6-44№8的CAD图纸,它是后向离心风机,其叶片设计为等当量扩张角流型;根据风机的性能预估结果,在设计流量11000m3/h处全压效率为86.5%。
  首先也是进行等当量扩张角流型叶片风机的建模和整机性能数值预估,其次保证其他参数不变的情况下,用圆弧型叶片取代原叶片,生成新的风机模型并进行性能预估,由于6-44风机的叶片出口角大,其相应的圆弧叶片是下凹的,见图6中的实线,图中虚线是原来的等当量扩张角型线,两者型线差别较大。

 6-44等当量扩张角流型叶片风机和相应的圆弧型叶片的风机的数值预估性能曲线见图7。

由图7的性能曲线可以看出,等当量扩张角流型叶片的风机性能明显优于圆弧型叶片的性能,设计流量11000m3/h处,前者的全压和效率均比后者高6%,而且,几乎在全工况内均有这样的优势,进一步的流场分析表明:等当量扩张角流型叶片的风机只是在小流量工况时,在蜗舌附近的叶片通道内有少量的旋涡,在设计流量和大流量的情况下,内部流场很稳定,气流流畅,看不到旋涡;而对于圆弧型叶片的风机,其内部流场无论是小流量工况还是大流量工况,都有较多的旋涡,它们不仅存在于蜗舌附近的叶片通道,而且也出现在很多其它的叶片通道。
  显然,对于6-44风机,圆弧叶片性能在全工况内都比等当量扩张角流型叶片差很多,这种情况下不能采用圆弧叶片代替等当量扩张角流型叶片。
2.47-35后向风机的圆弧型叶片和等当量扩张角流型叶片性能数值预估以及结果分析
  7-35是中比转数的风机,根据厂方提供的7-35№8的CAD图纸,它是后向离心风机,其叶片设计为等当量扩张角流型;根据风机的性能预估结果,在设计流量16400m3/h处全压效率为85.6%。
  首先进行等当量扩张角流型叶片风机的建模和整机性能数值预估,接着,在保证其他参数不变的情况下,用圆弧型叶片取代原叶片,生成新的风机模型并进行性能预估,由于7-35风机的叶片出口角大,其相应的圆弧叶片也是下凹的,如图8中的实线所示,图中虚线是原来的等当量扩张角型线,两者型线差别较大。

7-35等当量扩张角流型叶片风机和相应的圆弧型叶片的风机的数值预估性能曲线见图9。

由图9可以看出,无论是全压曲线,还是效率曲线,等当量扩张角流型叶片风机的性能都要优于圆弧型叶片。设计流量16400m3/h处,前者的全压和效率均比后者高1.5%,而且,计算的很大流量范围内均有这样的优势,只是在很小流量时圆弧叶片风机性能比等当量扩张角叶片稍好些。两者流场分析也证实了上述结论。
  显然,对于7-35风机,想要用这种下凹圆弧叶片来代替等当量扩张角型线叶片,在很大工况内的性能均比后者差1.5%,应用需慎重。
3结论
  本文对4个高性能的后向离心风机,其中1个是圆弧叶片,3个是等当量扩张角流型叶片,在保持整机相同,只是叶片型线互换条件下,进行两种风机性能预估的数值模拟对比,结果表明:对于上凸圆弧叶片,其整机性能和等当量扩张角叶片风机性能相仿,对于下凹圆弧叶片,风机性能明显低于等当量扩张角叶片风机,一个全压和效率低6%,另一个低1.5%。可以得出初步结论:上凸圆弧叶片可以代替等

   风机消声器、排汽 管道消声器以及鼓引风机消声器的形式均采用对中、高频宽带特性有较好效果的阻性吸音降噪原理,对低、中频和脉动特性时有良好效果的抗性消声降音原理以及微穿孔消声器和阻抗复合式消声器。
   阻性消声器是一种吸收型消声器,根据气流通道结构的不同,一般分为直管式、片式、折板式、蜂窝式、声流式、迷宫式和弯头式等。阻性消声器是利用声波在多孔性吸声材料传播时,受摩擦和粘滞阻力,将声能转化为热能耗散掉,从而达到消声降音的目的。它是所有消声器中应用最为广泛的一类消声器。
   抗性消声器它与阻性消声器消声降噪原理不同,它不能直接吸收声能,而是利用管道上突变的界面或旁接共振腔,使沿管道传播的某些频率声波,在突变的界面处发生反射、干涉等现象,从而达到消声降音的目的。分为扩张室式消声器及共振式消声器。
   因在实际噪声控制工程中,噪声以宽频带居多,通常将阻性吸音降噪声及抗性消声降音结构组合起来,以控制高强度的宽频带噪声。
一、风机消声器适用范围
   风机消声器,风机消 音器主要用于各种系列的高压离心通风机,用于降低进,出风口等空气动力性噪声。FT型两端均为法兰联接可串接于管道中,另一端为防雨帽,仅供设置在室外管道末端和封闭式机房进风口选用。
二、风机消声器结构原理
本离心通风机消声(音)器是根据阻声片消声原理所研制,该型消声器声学性能优良,空气动力性能良好;结构合理,便于安装,是一种大风量阻性蜂窝式消声器 ,抗性段采用了多室抗性胶直管通道及十字 形吸声片形式,从而保证了在较宽频带范围内具有足够的消声量。 FT型消声器结构由许多平行的单元消声管排列组成,消声管之间填充多孔吸声材料,为减少气流激发壳壁振动而产生辐射声,在外壳上设置了加强筋。
新型高效抗喷阻型系列消声器设备被广泛使用于发电、化工、冶金、纺织等工业厂矿中用于各种型号锅炉、汽机排汽;风机;安全门等设备的消声降音。该系列消声器是根据抗、喷、阻复合消声原理所研制,具有消声量大、体积小、重量轻及安装方便无检修等诸多优点。
  
风机消声器适用于通风管道用的鼓风机消声器,风机是一种通用机械设备,其使用范围很广,电力、矿山、机械、冶金、化工等各行业的生产均离不开风机。风机在运转中产生的噪声常常成为影响工人健康和干扰环境的祸源。特别是邻近生活区的风机,其进风口和出风口所辐射的空气动力性噪声,更是污染环境的主要因素,形成公害,是近年来我国工业部门治理噪声污染的主要对象之一。
本公司所生产的风机消声器系列产品是用于治理风机对环境所导致空气动力性噪声的消声装置。供各类离心式及通风机进、出风道的消声之用。
工业用风机,属连续运转之设备。国际标准化组织(ISO)对此类设备所规定的噪声标准为≤90分贝,我国的新标准与此相同,这也是工业企业连续性噪声达标的依据,但在不采用消声措施的情况下,风机进出风口向环境所射出的噪声可达110~120分贝,大大超过了达标要求。
该风机消声器,鼓风机消声器,锅炉引风机消声器,罗茨风机消声器系列产品为阻抗声流型。本厂根据对发电厂各类风机运行现场噪声源进行实际测试所取得的频特性资料来确定在哪些频谱范围内需要多大消声量作为设计吸声片结构及流体通道的主要依据,同时采用了具有较大吸声材料饰面的狭矩形通道,以增强吸收效果。本产品采用了对高、中频噪声起消声作用的阻式结构及对中、低频噪声起消声作用的抗式结构,同时在阻式通道中采用了高频及低频两种消声区,用以最大限度地增宽消声频带,以实现良好的消声效果。风机消声器,风机消声器,锅炉风机消声器,锅炉风机消声器,当用户按要求安装后,其极限噪声级将不超过80~90分贝。

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