串列葉片式前向離心風機氣動與噪聲特性的優(yōu)化研究

本文針對風機葉輪內(nèi)流動損失問題,設(shè)計加工了4種不同型式的葉片,并通過試驗對比分析了各型式葉片對風機氣動性能的影響。測試結(jié)果表明:改進葉片型式可有效改善葉輪內(nèi)流動,改進風機結(jié)構(gòu),提高運行效率。

本文首先闡明了前向式多葉片離心風機導(dǎo)流吸聲降噪結(jié)構(gòu)的降噪機理和設(shè)計思路,并結(jié)合該類型風機的結(jié)構(gòu)特點設(shè)計出包括進口導(dǎo)流吸聲錐、電機根部導(dǎo)流吸聲錐以及出口導(dǎo)流吸聲蝸舌三項措施聯(lián)合而成的一套獨特的風機導(dǎo)流吸聲降噪結(jié)構(gòu);然后,在試驗研究的基礎(chǔ)上,對導(dǎo)流吸聲結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)進行了優(yōu)化,確定出降噪效果最佳的措施各參數(shù),最終實現(xiàn)較好的降噪效果。

23 離心風機葉片磨損解決方案 北京固本科技有限公司胡建平 離心風機是磚瓦生產(chǎn)的重要輔助設(shè)備，磚瓦工業(yè)使用的風機一般為氣固兩相 流風機，即工作介質(zhì)中常含有一定量大小不等、形狀各異的固體顆粒，如除塵系 統(tǒng)的引風機、氣力輸送的鼓風機。由于這些離心風機葉片是在含塵氣流中工作， 氣流中的粉塵顆粒既要對離心風機葉片產(chǎn)生磨損，又要在風機葉片上附著積灰， 且這種磨損和積灰是不均勻的，因而使風機轉(zhuǎn)子的平衡遭到破壞，引起風機振動， 縮短風機壽命，嚴重者可使風機不能正常工作。尤其是離心風機葉片的磨損最為 嚴重，它不僅破壞了風機內(nèi)的流動特性，而且容易引發(fā)葉片斷裂及飛車等重大事 故。因此，研究風機的磨損機理，采取相應(yīng)的防磨措施，對提高磚瓦企業(yè)設(shè)備壽 命，安全生產(chǎn)是十分必要的。 1離心風機葉片的磨損機理 1.1離心風機磨損的原因 離心風機葉片磨損，實際上是一種噴砂型的固體粒子對靶材表面的

針對電廠風機管道系統(tǒng)需要擴容改造的工程實際需要,以g4-73№8d型風機為研究對象,提出了葉輪內(nèi)加裝短葉片的優(yōu)化方案。在此基礎(chǔ)上,進行了葉輪加裝短葉片前后的對比實驗。實驗研究結(jié)果表明:葉輪加裝短葉片后,其內(nèi)部流場趨于均勻、射流—尾流得到改善;風機在48%負荷以上時,全壓平均提高約5.9%,而噪聲幾乎保持不變。

結(jié)合多翼離心風機各個組成部件的結(jié)構(gòu)特點,回顧了近年來國內(nèi)外有關(guān)多翼離心風機的內(nèi)流特性及其噪聲的研究現(xiàn)狀。氣流分布不均勻,風機前盤渦流區(qū)域、葉道的邊界層分離以及從蝸殼逆行回到葉輪進口的回流是影響多翼離心風機性能的主要因素。在試驗研究的同時,采用cfd手段進一步深入研究多翼離心風機內(nèi)流場特征,并在風機設(shè)計時反映上述影響因素,從而有效地提高風機效率、降低風機噪聲,應(yīng)是今后研究的一個主要方向

對離心式風機的齒形葉片降噪機理進行了研究,結(jié)果表明:齒形葉片的降噪效果與葉道內(nèi)氣流的渦流狀態(tài)有關(guān),雷諾數(shù)re在4×105～6×105范圍內(nèi)的降噪效果較為明顯,降噪量達到4～5db,其他范圍降噪作用不明顯。齒節(jié)距t=b/5、齒高h=b/10的降噪量為2.5db,下降2.3%左右,平均全壓基本不變,平均效率僅下降1.5%。

葉片加長是工程中提高風機出力的常用方法之一。為研究風機葉片加長后的內(nèi)流特征,以g4–73型離心風機為研究對象,采用fluent軟件分別對葉片加長前、后的離心風機進行三維定常數(shù)值模擬,分析流動變化對風機性能參數(shù)的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,對葉輪葉片加長前、后的g4–73№.8d離心通風機進行性能和噪聲實驗,得到實驗風機在葉輪葉片加長后運行工況點的變化規(guī)律及無因次性能曲線。性能實驗結(jié)果與切割定律計算結(jié)果的比較表明,當風機葉輪葉片加長后且葉輪出口寬度不變時,按拋物線形切割定律計算的結(jié)果在大流量區(qū)誤差較小。噪聲實驗結(jié)果表明,葉輪葉片加長后,葉輪與蝸舌間距離減少,導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)噪聲升高,同時蝸殼內(nèi)流動惡化,也使渦流噪聲加大。文中所得研究結(jié)果可為工程實際中風機的葉片加長改造提供參考依據(jù)。

1離心風機氣動噪聲的產(chǎn)生原因 離心風機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪聲，主要包括空氣動力性噪聲和機械性噪聲兩部分，其中前者強度大，是離 心（離心泵）風機的主要噪聲。 空氣動力性噪聲產(chǎn)生的原因主要以下幾方面： （1）風機入口氣流的不穩(wěn)定流動與葉輪之間的相互作用； （2）流道內(nèi)氣流在葉片界面上分離產(chǎn)生渦流，渦流分離產(chǎn)生渦流脫落噪聲； （3）葉輪流道出口氣流突然擴散引起氣體稀疏而產(chǎn)生噪聲； （4）高速氣流與蝸舌之間的相互作用。 2離心風機設(shè)計與改造中的降噪方法 從離心風機氣動噪聲產(chǎn)生原因可知，合理的氣動設(shè)計是獲得低氣動噪聲最根本的方法，通流部件結(jié)構(gòu) 參數(shù)的合理選擇和匹配不但可獲得高的效率，而且相應(yīng)的噪聲水平也低。具體地說，在離心風機設(shè)計階段 和已定型的離心風機改造中可從以下幾個方面來考慮降低噪聲。 211增加葉柵的氣動力載荷，降低圓周速度對離心風機采用強前向葉片，且多葉片葉輪有利于增大葉 柵的氣動力載荷，

針對多翼離心風機氣動噪聲的主要噪聲源提出降噪方案。首先,對于多翼離心風機渦流噪聲的降噪,主要通過優(yōu)化葉輪、蝸殼的結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)和在葉輪出口加裝旋轉(zhuǎn)擴壓器等方式進行。其次,對于多翼離心風機旋轉(zhuǎn)噪聲的降噪,主要通過改變蝸舌形式進行。最后對優(yōu)化進出口安裝角的葉輪和在葉輪出口加裝旋轉(zhuǎn)擴壓器這兩種降噪措施進行試驗驗證。結(jié)果表明,改進后的風機與原型相比達到顯著的降噪效果。

介紹了一種開口薄殼體邊界元方法,該方法的系數(shù)矩陣小于以前的方法,能夠降低計算成本.將該方法應(yīng)用在離心風機的噪聲預(yù)測中并考慮了蝸殼對聲波反射和散射的影響.首先利用rans方程和標準k-ε模型求解離心風機內(nèi)部的非定常流動,獲得聲源項信息,然后采用快速傅里葉變換將源項的時域信息轉(zhuǎn)換為頻域信息,最后采用開口薄殼體邊界元方法預(yù)測風機的氣動噪聲.數(shù)值計算和實驗測量結(jié)果表明,由于該方法考慮了蝸殼反射和散射的影響,對風機基頻及其2次諧波的聲壓級具有較好的預(yù)測精度,但對高頻聲的預(yù)測結(jié)果仍不是很滿意.

針對目前不同型號的多翼離心風機采用降噪方法的不確定性,提出了一種基于非定常流場的多翼離心風機氣動噪聲分析方法,不需要直接求解聲場卻能為多翼離心風機降噪提供有用信息。對風機內(nèi)部非定常流場進行計算,結(jié)合時域和頻域方法對流場內(nèi)靜壓脈動的強度和頻率進行分析,根據(jù)聲學(xué)基本理論,判定主要氣動噪聲源的位置及噪聲類型。用該方法對某多翼離心風機進行計算,實驗與理論分析的結(jié)果吻合良好。

本文提出了離心風機進風口設(shè)計的優(yōu)化數(shù)值方法以確保葉輪進口速度盡量均勻,以及進風口、葉輪和蝸殼統(tǒng)一優(yōu)化設(shè)計方法以減少葉輪、蝸殼中的分離流動。按此方法研制的6—41系列風機的三個樣機比現(xiàn)有同類風機噪聲下降3～7db,效率提高3～7%。

對目前離心風機氣動噪聲的研究方法進行了分析,總結(jié)出數(shù)值模擬及其計算方法還不完善。提出了離心風機蝸殼簡化成一個具有硬邊界的理想殼體模型的思路來研究風機氣動噪聲

自離心機有史以來，工作人員就一直在針對其氣動噪聲進行實驗研究，并且通過努力終于找到了降低噪聲的簡便方法，

根據(jù)離心風機氣動噪聲較高的特點,總結(jié)了近十余年一些典型的控制氣動噪聲的方法,并按照聲源和傳遞路徑兩類降噪方法進行分類,包括非常規(guī)蝸舌、改變?nèi)~輪形式、吸聲蝸殼以及進出口加消聲器等幾種,最后根據(jù)其降噪效果進行了分析,得出了一些對比結(jié)論。

風機的優(yōu)化改造,對我國工礦企業(yè)的節(jié)能減排有重大的意義。文章基于通風機氣動計算基本理論,針對原多級離心風機吸力不足,效率較差的特點,對其進行優(yōu)化設(shè)計。在制造成本,風機體積等改進限制條件下,通過研究單級的結(jié)構(gòu)和氣動性能,分析了葉輪進口氣流損失、當量擴張角、預(yù)旋、頻率共振等因素的影響。經(jīng)氣動復(fù)算,結(jié)果表明,對葉輪和回流器各增加一片葉片并改變回流器尺寸后,整機壓力提高15.3%。

運用計算流體動力學(xué)技術(shù)及聲比擬理論研究了離心風機3個不同流量下蝸殼及葉片表面偶極子聲源產(chǎn)生的基頻噪聲.風機內(nèi)部三維瞬態(tài)流場由計算流體動力學(xué)模擬得到.根據(jù)氣動聲學(xué)的fw-h方程對蝸殼內(nèi)表面提取偶極子聲源,對于葉片噪聲利用lowson公式進行建模.為了使計算模型更符合實際,建立了以蝸殼為界的內(nèi)外聲學(xué)直接邊界元模型,使用多區(qū)域聲學(xué)邊界元模型,考慮蝸殼對聲傳播的散射作用,內(nèi)部噪聲通過蝸殼的進出口傳播到風機外部.結(jié)果表明:在非定常流場中,蝸殼表面的壓力波動以基頻為主,而葉片上的壓力波動并沒有明顯的基頻分量;蝸舌是基頻噪聲的最主要聲源;隨著流量變大,蝸殼輻射的噪聲急劇增加;由葉片產(chǎn)生的偶極子基頻噪聲比蝸殼小,特別是在大流量工況下.

通過對高壓離心風機葉輪常用的幾種設(shè)計方法所設(shè)計的葉輪進行噪聲測試,進而分析葉輪葉片以不同的組合方式和參數(shù)構(gòu)成的離心風機的噪聲頻譜特性。

對離心式風機葉片形式變化進行研究,系統(tǒng)分析了直葉片在實際應(yīng)用中的有關(guān)問題,結(jié)果表明直葉片形式是風機發(fā)展的方向。

本文初步探討了引風機磨損機理，并通過比較幾種離心式引風機機翼型葉片的防磨方法，得出“ｆ”型葉輪很有使用和推廣的價值。

對一種單圓弧葉型多葉風機與4種雙圓弧葉型多葉風機進行了系統(tǒng)性試驗研究。研究表明具有較大圓弧半徑的雙圓弧葉型多葉風機具有良好的空氣動力特性與低噪聲特性

對一高速離心風機低稠度擴壓器的氣動與噪聲特性進行了試驗研究。結(jié)果表明,在很寬的運行工況范圍內(nèi),設(shè)計良好的低稠度擴壓器靜壓恢復(fù)系數(shù)是無葉擴壓器的5~7倍。設(shè)計低稠度擴壓器時,應(yīng)避免過大正沖角或負沖角,在0°~1.5°范圍內(nèi)比較合適,大的負沖角有利于降低風機的氣動噪聲。合適的葉柵稠度有利于提高擴壓器性能,稠度為0.7時的氣動性能最好,小的葉柵稠度有利于降低風機氣動噪聲。