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文档简介
上海大学高等技术学院毕业(设计)论文大型风机结构与气动性能试验分析大型风机结构与气动性能试验分析第一章 绪论1.1 课 题 研 究 背 景 及 意 义在 现 代 技 术 的 日 益 进 步 的 情 况 , 风 机 的 存 在 是 必 不 可 少 的 。 风 机 不 仅 在各 个 领 域 里 都 占 有 一 席 之 地 , 而 且 正 在 处 于 稳 步 上 升 发 展 状 态 。 日 常 生 活 中 ,风 机 也 已 经 是 人 类 生 活 不 可 或 缺 的 一 部 分 了 。风 机 是 依 靠 输 入 的 机 械 能 , 提 高 气 体 压 力 并 排 送 气 体 的 机 械 , 它 是 一 种从 动 的 流 体 机 械 。 风 机 是 我 国 对 气 体 压 缩 和 气 体 输 送 机 械 的 习 惯 简 称 , 通 常所 说 的 风 机 包 括 通 风 机 , 鼓 风 机 , 压 缩 机 以 及 罗 茨 鼓 风 机 , 离 心 式 风 机 ,回转 式 风 机 ,水 环 式 风 机 ,但 是 不 包 括 活 塞 压 缩 机 等 容 积 式 鼓 风 机 和 压 缩 机 。 气体 压 缩 和 气 体 输 送 机 械 是 把 旋 转 的 机 械 转 换 为 气 体 压 力 能 和 动 能 , 并 将 气 体输 送 出 去 的 机 械 。图1-1 离心风机风 机 广 泛 用 于 工 厂 、 矿 井 、 隧 道 、 冷 却 塔 、 车 辆 、 船 舶 和 建 筑 物 的 通 风 、排 尘 和 冷 却 ; 锅 炉 和 工 业 炉 窑 的 通 风 和 引 风 ; 空 气 调 节 设 备 和 家 用 电 器 设 备上海大学高等技术学院毕业(设计)论文大型风机结构与气动性能试验分析中 的 冷 却 和 通 风 ; 谷 物 的 烘 干 和 选 送 ; 风 洞 风 源 和 气 垫 船 的 充 气 和 推 进 等 。 风 机 的 工 作 原 理 与 透 平 压 缩 机 基 本 相 同 , 只 是 由 于 气 体 流 速 较 低 , 压 力变 化 不 大 , 一 般 不 需 要 考 虑 气 体 比 容 的 变 化 , 即 把 气 体 作 为 不 可 压 缩 流 体 处理 。 图1-2 高压风机上海大学高等技术学院毕业(设计)论文大型风机结构与气动性能试验分析图1-3 风机运行曲线风 机 的 性 能 参 数 主 要 有 流 量 、 压 力 、 功 率 , 效 率 和 转 速 。 另 外 , 噪 声 和振 动 的 大 小 也 是 主 要 的 风 机 设 计 指 标 。 流 量 也 称 风 量 , 以 单 位 时 间 内 流 经 风机 的 气 体 体 积 表 示 ; 压 力 也 称 风 压 , 是 指 气 体 在 风 机 内 压 力 升 高 值 , 有 静 压 、动 压 和 全 压 之 分 ; 功 率 是 指 风 机 的 输 入 功 率 , 即 轴 功 率 。 风 机 有 效 功 率 与 轴功 率 之 比 称 为 效 率 。 风 机 全 压 效 率 可 达 90 。1.2 课 题 研 究 主 要 内 容我 国 目 前 中 小 容 量 机 组 (200MW 及 以 下 )在 火 电 厂 中 占 相 当 大 的 比 例 ,这 些 机 组 的 监 控 模 式 为 模 拟 控 制 系 统 加 以 常 规 仪 表 为 主 的 数 据 采 集 系 统 。 这种 监 控 模 式 存 在 着 检 修 维 护 工 作 量 大 、 没 有 可 靠 的 历 史 记 录 等 缺 点 。 而 且 常规 模 拟 仪 表 也 进 入 老 化 淘 汰 期 , 设 备 可 靠 性 明 显 降 低 , 某 些 仪 表 的 备 品 备 件也 得 不 到 保 障 , 因 此 中 小 型 机 组 监 控 系 统 的 技 术 改 造 工 作 已 势 在 必 行 。 结 合我 国 国 情 , 借 鉴 国 内 类 似 系 统 的 研 制 经 验 , 开 发 出 一 套 经 济 实 用 的 FDC- 型 分 布 式 发 电 厂 运 行 实 时 数 据 监 测 系 统 , 既 可 用 于 中 小 机 组 技 术 改 造 , 又可 应 用 于 变 电 站 、 供 电 局 等 电 力 生 产 、 管 理 部 门 。图1-4 数据采集系统上海大学高等技术学院毕业(设计)论文大型风机结构与气动性能试验分析数 据 采 集 是 指 从 传 感 器 和 其 它 待 测 设 备 等 模 拟 和 数 字 被 测 单 元 中 自 动 采集 信 息 的 过 程 。 数 据 采 集 系 统 是 结 合 基 于 计 算 机 的 测 量 软 硬 件 产 品 来 实 现 灵活 的 、 用 户 自 定 义 的 测 量 系 统 。 比 如 条 码 机 、 扫 描 仪 等 都 是 数 据 采 集 工 具( 系 统 ) 。 图1-5 数据采集用 来 批 量 采 集 网 页 , 论 坛 等 的 内 容 , 直 接 保 存 到 数 据 库 或 发 布 到 网 络 的一 种 信 息 化 工 具 。 可 以 根 据 用 户 设 定 的 规 则 自 动 采 集 原 网 页 , 获 取 格 式 网 页中 需 要 的 内 容 , 也 可 以 对 数 据 进 行 处 理 。 比 如 乐 思 ( Knowlesys) 数 据 采集 系 统 等 。目 前 我 国 国 产 机 组 热 控 装 置 的 质 量 和 主 辅 机 的 可 控 性 不 尽 人 意 , 设 计 、安 装 、 调 试 、 运 行 水 平 等 都 存 在 一 些 问 题 , 针 对 这 一 现 状 设 计 了 FDC-型 分 布 式 发 电 厂 运 行 实 时 数 据 监 测 系 统 。 它 是 只 有 监 视 功 能 而 没 有 控 制 功 能的 计 算 机 监 视 系 统 , 即 数 据 采 集 系 统 DAS。 该 系 统 可 以 采 集 的 发 电 厂 运 行 数 据 包 括 电 气 参 数 和 非 电 气 参 数 两 类 。 其中 电 气 参 数 主 要 有 电 流 、 电 压 、 功 率 、 频 率 等 模 拟 量 , 断 路 器 状 态 、 隔 离 开关 位 置 、 继 电 保 护 动 作 信 号 等 开 关 量 以 及 表 示 电 度 的 脉 冲 量 等 。 而 非 电 气 参上海大学高等技术学院毕业(设计)论文大型风机结构与气动性能试验分析数 种 类 较 多 , 既 可 以 是 采 集 火 力 发 电 厂 运 行 中 的 各 种 温 度 、 压 力 、 流 量 等 热工 信 号 , 也 可 有 水 电 厂 中 的 水 位 、 流 速 、 流 量 等 水 工 信 号 , 还 可 以 采 集 诸 如绝 缘 介 质 状 态 、 气 象 环 境 等 其 它 信 号 。 该 系 统 还 包 括 用 VisualC+开 发 的 后 台 处 理 软 件 , 主 要 有 数 据 处 理 、 数据 库 管 理 、 实 时 监 视 、 异 常 处 理 、 统 计 计 算 及 报 表 、 性 能 分 析 及 运 行 指 导 等功 能 。该 系 统 具 有 如 下 特 点 : a.数 据 采 集 通 用 性 较 强 。 不 仅 可 采 集 电 气 量 , 亦 可 采 集 非 电 气 量 。 电 气参 数 采 集 用 交 流 离 散 采 样 , 非 电 气 参 数 采 集 采 用 继 电 器 巡 测 , 信 号 处 理 由 高精 度 隔 离 运 算 放 大 器 AD202JY 调 理 , 线 性 度 好 , 精 度 高 。 b.整 个 系 统 采 用 分 布 式 结 构 , 软 、 硬 件 均 采 用 了 模 块 化 设 计 。 数 据 采 集部 分 采 用 自 行 开 发 的 带 光 隔 离 的 RS-485 网 , 通 信 效 率 高 , 安 全 性 好 , 结 构简 单 。 后 台 系 统 可 根 据 实 际 被 监 控 系 统 规 模 大 小 及 要 求 , 构 成 485 网 、Novell 网 及 WindowsNT 网 等 分 布 式 网 络 。 由 于 软 、 硬 件 均 为 分 布 式 、 模 块化 结 构 , 因 而 便 于 系 统 升 级 、 维 护 , 且 根 据 需 要 组 成 不 同 的 系 统 。 c.数 据 处 理 在 WindowsNT 平 台 上 采 用 VisualC+语 言 编 程 , 处 理 能 力强 、 速 度 快 、 界 面 友 好 , 可 实 现 网 络 数 据 共 享 。 d.整 个 系 统 自 行 开 发 , 符 合 我 国 国 情 。 对 发 电 厂 原 有 系 统 的 改 动 很 小 ,系 统 造 价 较 低 , 比 较 适 合 中 小 型 发 电 厂 技 术 改 造 需 要 。1.3 风 机 概 述风 机 主 要 由 风 叶 、 百 叶 窗 、 开 窗 机 构 、 电 机 、 皮 带 轮 、 进 风 罩 、 内 框 架 、机 壳 、 安 全 网 等 部 件 组 成 。 开 机 时 由 电 机 驱 动 风 叶 旋 转 , 并 使 开 窗 机 构 打 开百 叶 窗 排 风 。 停 机 时 百 叶 窗 自 动 关 闭 。 风 机 按 使 用 材 质 分 类 可 以 分 好 几 种 , 如 铁 壳 风 机 ( 普 通 风 机 ) 、 玻 璃 钢风 机 、 塑 料 风 机 、 铝 风 机 、 不 锈 钢 风 机 等 等 风 机 分 类 可 以 按 气 体 流 动 的 方 向 , 分 为 离 心 式 、 轴 流 式 、 斜 流 式 ( 混 流式 ) 和 横 流 式 等 类 型 。 风 机 根 据 气 流 进 入 叶 轮 后 的 流 动 方 向 分 为 : 轴 流 式 风 机 、 离 心 式 风 机 和斜 流 (混 流 )式 风 机 。 上海大学高等技术学院毕业(设计)论文大型风机结构与气动性能试验分析风 机 按 用 途 分 为 压 入 式 局 部 风 机 (以 下 简 称 压 入 式 风 机 )和 隔 爆 电 动 机 置于 流 道 外 或 在 流 道 内 , 隔 爆 电 动 机 置 于 防 爆 密 封 腔 的 抽 出 式 局 部 风 机 (以 下简 称 抽 出 式 风 机 )。 风 机 按 照 加 压 的 形 式 也 可 以 分 单 级 、 双 级 或 者 多 级 加 压 风 机 。 如 4-72是 单 级 加 压 , 罗 茨 风 机 则 是 多 级 加 压 风 机 风 机 按 照 用 途 划 分 可 以 分 为 : 轴 流 风 机 、 混 流 风 机 、 罗 茨 风 机 、 屋 顶 风机 、 空 调 风 机 等 。 风 机 按 压 力 可 分 为 低 压 风 机 ,中 压 风 机 ,高 压 风 机 。风 机 选 型 是 一 个 技 术 性 很 强 的 工 作 , 具 体 的 选 型 方 法 也 很 多 , 比 如 : 按无 因 次 特 性 曲 线 选 型 、 按 对 数 坐 标 曲 线 选 型 、 按 有 因 次 特 性 曲 线 或 性 能 表 选型 、 变 型 选 型 、 按 管 网 阻 力 选 型 等 , 目 前 还 有 通 过 Web 网 上 选 型 系 统 和 运用 专 门 的 选 型 软 件 来 选 型 。 方 法 纷 繁 复 杂 , 有 的 方 法 的 掌 握 需 要 一 定 的 专 业知 识 。 对 于 一 般 业 务 人 员 , 熟 悉 和 掌 握 有 因 次 性 能 表 选 型 和 风 机 专 门 的 选 型 软件 两 种 方 法 就 可 以 了 。 这 两 种 方 法 简 单 容 易 操 作 。 选 用 风 机 时 , 首 先 根 据 所需 要 风 机 的 风 量 、 全 压 这 两 个 基 本 参 数 , 就 可 以 通 过 风 机 的 有 因 次 性 能 表( 各 家 风 机 产 品 说 明 书 都 有 相 关 数 据 ) 确 定 风 机 的 型 号 和 机 号 , 这 时 可 能 不止 一 个 产 品 满 足 要 求 ; 这 时 再 结 合 风 机 用 途 、 工 艺 要 求 、 使 用 场 合 等 , 选 择风 机 的 种 类 、 机 型 以 及 结 构 材 质 等 以 符 合 所 需 的 工 作 条 件 , 力 求 使 风 机 的 额定 流 量 和 额 定 压 力 , 尽 量 接 近 工 艺 要 求 的 流 量 和 压 力 , 从 而 使 风 机 运 行 时 使用 工 况 点 接 近 风 机 特 性 的 高 效 区 。 具 体 原 则 如 下 : 在 选 择 通 风 机 前 , 应 了 解 国 内 通 风 机 的 生 产 和 产 品 质 量 情 况 , 如 生 产 的通 风 机 品 种 、 规 格 和 各 种 产 品 的 特 殊 用 途 , 新 产 品 的 发 展 和 推 广 情 况 等 , 还应 充 分 考 虑 环 保 的 要 求 , 以 便 择 优 选 用 风 机 。 根 据 通 风 机 输 送 气 体 的 物 理 、 化 学 性 质 的 不 同 , 选 择 不 同 用 途 的 通 风 机 。如 输 送 有 爆 炸 和 易 燃 气 体 的 应 选 防 爆 通 风 机 ; 排 尘 或 输 送 煤 粉 的 应 选 择 排 尘或 煤 粉 通 风 机 ; 输 送 有 腐 蚀 性 气 体 的 应 选 择 防 腐 通 风 机 ; 在 高 温 场 合 下 工 作或 输 送 高 温 气 体 的 应 选 择 高 温 通 风 机 等 。 在 通 风 机 选 择 性 能 图 表 上 查 得 有 二 种 以 上 的 通 风 机 可 供 选 择 时 , 应 优 先上海大学高等技术学院毕业(设计)论文大型风机结构与气动性能试验分析选 择 效 率 较 高 、 机 号 较 小 : 调 节 范 围 较 大 的 一 种 , 当 然 还 应 加 以 比 较 , 权 衡利 弊 而 决 定 。 如 果 选 定 的 风 机 叶 轮 直 径 较 原 有 风 机 的 叶 轮 直 径 偏 大 很 多 时 , 为 了 利 用原 有 电 动 机 轴 、 轴 承 及 支 座 等 , 必 须 对 电 动 机 启 动 时 间 、 风 机 原 有 部 件 的 强度 及 轴 的 临 界 转 速 等 进 行 核 算 。 选 择 离 心 式 通 风 机 时 , 当 其 配 用 的 电 机 功 率 小 于 或 等 于 75KW 时 , 可不 装 设 仅 为 启 动 用 的 阀 门 。 当 排 送 高 温 烟 气 或 空 气 而 选 择 离 心 锅 炉 引 风 机 时 ,应 设 启 动 用 的 阀 门 , 以 防 冷 态 运 转 时 造 成 过 载 。 对 有 消 声 要 求 的 通 风 系 统 , 应 首 先 选 择 效 率 高 、 叶 轮 圆 周 速 度 低 的 通 风机 , 且 使 其 在 最 高 效 率 点 工 作 ; 还 应 根 据 通 风 系 统 产 生 的 噪 声 和 振 动 的 传 播方 式 , 采 取 相 应 的 消 声 和 减 振 措 施 。 通 风 机 和 电 动 机 的 减 振 措 施 , 一 般 可 采用 减 振 基 础 , 如 弹 簧 减 振 器 或 橡 胶 减 振 器 等 。 在 选 择 通 风 机 时 , 应 尽 量 避 免 采 用 通 风 机 并 联 或 串 联 工 作 。 当 不 可 避 免时 , 应 选 择 同 型 号 、 同 性 能 的 通 风 机 联 合 工 作 。 当 采 用 串 联 时 , 第 一 级 通 风机 到 第 二 级 通 风 机 之 间 应 有 一 定 的 管 路 联 结 。 所 选 用 的 新 风 机 应 考 虑 充 分 利 用 原 有 设 备 、 适 合 现 场 制 作 安 装 及 安 全 运行 等 问 题 。第2章 大型风机气动性能测试系统结构分析2.1 轴 流 风 机 风 管 出 气 试 验 系 统 介 绍轴 流 风 机 , 就 是 与 风 叶 的 轴 同 方 向 的 气 流 , 如 电 风 扇 , 空 调 外 机 风 扇 就是 轴 流 方 式 运 行 风 机 。 之 所 以 称 为 “轴 流 式 ”, 是 因 为 气 体 平 行 于 风 机 轴 流上海大学高等技术学院毕业(设计)论文大型风机结构与气动性能试验分析动 。 轴 流 式 风 机 通 常 用 在 流 量 要 求 较 高 而 压 力 要 求 较 低 的 场 合 。 轴 流 式 风 机固 定 位 置 并 使 空 气 移 动 。图2-1 气动通风机轴 流 式 风 机 叶 片 的 工 作 方 式 与 飞 机 的 机 翼 类 似 。 但 是 , 后 者 是 将 升 力 向上 作 用 于 机 翼 上 并 支 撑 飞 机 的 重 量 , 而 轴 流 式 风 机 则 固 定 位 置 并 使 空 气 移 动 。轴 流 式 风 机 的 横 截 面 一 般 为 翼 剖 面 。 叶 片 可 以 固 定 位 置 , 也 可 以 围 绕 其纵 轴 旋 转 。 叶 片 与 气 流 的 角 度 或 者 叶 片 间 距 可 以 不 可 调 或 可 调 。 改 变 叶 片 角度 或 间 距 是 轴 流 式 风 机 的 主 要 优 势 之 一 。 小 叶 片 间 距 角 度 产 生 较 低 的 流 量 ,而 增 加 间 距 则 可 产 生 较 高 的 流 量 。 先 进 的 轴 流 式 风 机 能 够 在 风 机 运 转 时 改 变 叶 片 间 距 ( 这 与 直 升 机 旋 翼 颇为 相 似 ) , 从 而 相 应 地 改 变 流 量 。 这 称 为 动 叶 可 调 (VP)轴 流 式 风 机 。 轴 流 风 机 又 叫 局 部 通 风 机 , 是 工 矿 企 业 常 用 的 一 种 风 机 , 安 不 同 于 一 般的 风 机 它 的 电 机 和 风 叶 都 在 一 个 圆 筒 里 , 外 形 就 是 一 个 筒 形 , 用 于 局 部 通 风 ,安 装 方 便 , 通 风 换 气 效 果 明 显 , 安 全 , 可 以 接 风 筒 把 风 送 到 指 定 的 区 域 。轴 流 式 通 风 机 工 作 时 , 动 力 机 驱 动 叶 轮 在 圆 筒 形 机 壳 内 旋 转 , 气 体 从 集流 器 进 入 , 通 过 叶 轮 获 得 能 量 , 提 高 压 力 和 速 度 , 然 后 沿 轴 向 排 出 。 轴 流 通风 机 的 布 置 形 式 有 立 式 、 卧 式 和 倾 斜 式 三 种 , 小 型 的 叶 轮 直 径 只 有 100 毫米 左 右 , 大 型 的 可 达 20 米 以 上 。小 型 低 压 轴 流 通 风 机 由 叶 轮 、 机 壳 和 集 流 器 等 部 件 组 成 , 通 常 安 装 在 建筑 物 的 墙 壁 或 天 花 板 上 ; 大 型 高 压 轴 流 通 风 机 由 集 流 器 、 叶 轮 、 流 线 体 、 机壳 、 扩 散 筒 和 传 动 部 件 组 成 。 叶 片 均 匀 布 置 在 轮 毂 上 , 数 目 一 般 为上海大学高等技术学院毕业(设计)论文大型风机结构与气动性能试验分析2 24。 叶 片 越 多 , 风 压 越 高 ; 叶 片 安 装 角 一 般 为 10 45, 安 装 角 越大 , 风 量 和 风 压 越 大 。 轴 流 式 通 风 机 的 主 要 零 件 大 都 用 钢 板 焊 接 或 铆 接 而 成 。图2-2 风机风管出气试验系统性能测试性 能 测 试 是 通 过 自 动 化 的 测 试 工 具 模 拟 多 种 正 常 、 峰 值 以 及 异 常 负 载 条件 来 对 系 统 的 各 项 性 能 指 标 进 行 测 试 。 负 载 测 试 和 压 力 测 试 都 属 于 性 能 测 试 ,两 者 可 以 结 合 进 行 。 通 过 负 载 测 试 , 确 定 在 各 种 工 作 负 载 下 系 统 的 性 能 , 目标 是 测 试 当 负 载 逐 渐 增 加 时 , 系 统 各 项 性 能 指 标 的 变 化 情 况 。 压 力 测 试 是 通过 确 定 一 个 系 统 的 瓶 颈 或 者 不 能 接 收 的 性 能 点 , 来 获 得 系 统 能 提 供 的 最 大 服务 级 别 的 测 试 。图2-3 性能测试图象1上海大学高等技术学院毕业(设计)论文大型风机结构与气动性能试验分析性 能 测 试 在 软 件 的 质 量 保 证 中 起 着 重 要 的 作 用 , 它 包 括 的 测 试 内 容 丰 富多 样 。 中 国 软 件 评 测 中 心 将 性 能 测 试 概 括 为 三 个 方 面 : 应 用 在 客 户 端 性 能 的测 试 、 应 用 在 网 络 上 性 能 的 测 试 和 应 用 在 服 务 器 端 性 能 的 测 试 。 通 常 情 况 下 ,三 方 面 有 效 、 合 理 的 结 合 , 可 以 达 到 对 系 统 性 能 全 面 的 分 析 和 瓶 颈 的 预 测 。目 的 是 验 证 软 件 系 统 是 否 能 够 达 到 用 户 提 出 的 性 能 指 标 , 同 时 发 现 软 件 系 统中 存 在 的 性 能 瓶 颈 , 优 化 软 件 , 最 后 起 到 优 化 系 统 的 目 的 。 包 括 以
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