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顆粒機生產線設備

 

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對旋軸流風機旋轉失速實驗研究

發布時間:2013-03-05 22:44    來源:未知

0、引言
    風機是把機械能轉換為氣體能量的葉輪流體機械。軸流風機由于可以通過調整葉片安裝角來調節風機的風量和風壓,同時可反轉返風,即可避免設置返風道和返風門等工程,極大地方便了風機的安裝和運行,節省了費用,且具有較高的效率,因而近年來得到廣泛的應用。
    由于對旋風機葉輪內部流道形狀復雜,使得對旋風機內部流動很復雜。對旋風機內部流動是粘性、非定常的三維運動,經常遇到的現象有分離流動、旋轉失速、葉頂泄漏流動、葉片排間的相互干擾等。內部流動不可避免地出現二次流動,以各種渦系形式存在。這些流動無論是對對旋風機的氣動性能還是安全性,都有很大影響。因此對軸流風機性能故障進行深入研究是十分必要的。
1、風機旋轉失速的機理分析
    旋轉失速是對旋軸流風機中的非軸對稱流體擾動。它的形成過程如圖1所示。因為進入風機的氣流在各個流道中的分配并不是均勻的,氣流旋渦的多少也有區別,故假設在第2流道產生氣體脫離團,則脫離團的氣體占據了流道的一部分空間,使流道截面減小,于是流經該流道的氣流量也就相應地減小,使多余氣體擠向相鄰的流道,從而使第1流道的流入角增大,沖角減小,改善了該流道的氣體流動狀況;而第3流道的流入角減小,沖角增大,造成該流道的氣流失速。同時第3流道的氣體脫離團又改善了第2流道的氣流狀況,而加劇了第4流道的氣流失速。依此類推,氣體脫離團如此循環發生,就在葉輪內形成旋轉失速,其運動方向與葉輪旋轉方向相反。
    失速區傳播的相對速度低于葉片旋轉的絕對速度,旋轉失速的頻率是在轉速頻率的0.82倍范圍內。如果只有一個失速區的話,則失速頻率是轉速的一半。軸流風機隨著級數的增加逐漸接近轉頻的某一固定分倍頻。常伴1倍頻,振動大幅度波動,在徑向和軸向均發生振動。風機
2、實驗裝置
    實驗臺主要由KDF -5型低噪聲對旋軸流式局部通風機、測試風筒和機座3部分組成。實驗臺的設計和風機的流量、壓力和功率測定按GB1236 -2000《工業通風機用標準化風道進行性能實驗》進行。測試系統布置如圖2所示。風機測試
3、實驗測試信號分析處理
    本實驗對對旋軸流風機的5種工況進行了測試。測試結果如圖3、圖4所示。
    在圖3所示的振動功率譜圖中,1點為轉子轉頻,2點為轉頻二次諧波,3點為失速團頻率,4點為失速團二次諧波,由于氣流與風機相互作用時存在著滑差和相位滯后,造成頻譜并不嚴格等于轉子的轉頻,而是在轉頻附近波動。在未失速狀態下,壓力信號中轉子轉頻與其二次諧波如工況1、2所示,由于這2個工況接近設計工況點,因而不會產生旋轉失速,當流量進一步減小,達到工況3時,接近失速工況,在轉子轉頻約0.7倍35 Hz處出現了微弱的擾動成分(失速團),但幅值較小,與其附近幅值非常接近;進一步減小流量達到工況4時,進入弱失速區,此時失速團的振動幅值與其附近幅值比較已經比較明顯,工況5時,失速團振動幅值進一步提高,其二次諧波也隨之明顯地表現出來。隨著流量的減小旋轉失速工況將進一步發展而進入強失速階段,此時失速團的振動幅值甚至會超過轉子轉頻,并且其二次諧波的幅值也將明顯顯現,達到最大值后,旋轉失速的強度會逐漸減小,失速團以及其二次諧波的幅值也隨之降低。
    由于氣動壓力傳感器能更好地表現氣動壓力信號,因此從氣動信號的測試結果中能更清晰地看出旋轉失速的發展過程,如圖4所示。風機震動
    在圖4所示的氣動信號功率譜圖中,能夠更清晰地看出旋轉失速的發展過程。工況l、2基本上處于設計工況范圍內,沒有失速團的產生,轉子轉頻以及其二次諧波表現的比較明顯;工況3時,失速團產生,但振幅相對與轉子轉頻來說還很小;工況4時失速團進一步發展,振幅進一步提高,已經接近轉子轉頻;工況5時,失速團二次諧波表現出來,而且失速團振幅已經開始超過轉子轉頻。風機氣動信號
4、結語
    通過對對旋軸流風機在5種工況下的實驗研究,可以清楚地看到旋轉失速的產生全過程:
    當風機在設計工況下工作時,沒有失速團的產生;當流量進一步減小,風機處于接近失速工況時,在轉子轉頻約0.7倍35 Hz處出現了微弱的擾動成分(失速團),但幅值較小,與其附近幅值非常接近;進一步減小流量,則進入弱失速區,此時失速團的振動幅值已明顯有別于其附近幅值。隨著流量的減小,失速團振動幅值進一步提高,其二次諧波也隨之明顯地表現出來。進而,旋轉失速工況進一步發展而進入強失速階段,此時失速團的振動幅值甚至會超過轉子轉頻,并且其二次諧波的幅值也將明顯顯現。達到最大值后,旋轉失速的強度會逐漸減小,失速團以及其二次諧波的幅值也隨之降低。

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