電站空冷風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)與流場數(shù)值計(jì)算（2）

2  計(jì)算實(shí)例
空冷風(fēng)機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù): 流量694.44m 3 / s, 全壓 205Pa,葉輪轉(zhuǎn)速122r/ min。根據(jù)上述計(jì)算方法,得到所設(shè)計(jì)空冷風(fēng)機(jī)應(yīng)采用的流型為$ C u = 61. 0124- 98. 7046r+ 58. 4960r2 -14. 0952r3 + 1. 1857r 4 - 0. 00001r 5( 3)圖 2  等 A流型與 5 次方流型的比較劃分網(wǎng)格之前首先要建立三維模型。而上述風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)給出的幾何參數(shù), 是葉片不同半徑處葉型剖面二維坐標(biāo)與安裝角。為此 , 首先要把原來給出的葉型二維剖面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成考慮了安裝角的三維坐標(biāo)。轉(zhuǎn)換后, 將三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入 FINE/ AutoGrid 中, 即可生成風(fēng)機(jī)網(wǎng)格。圖 3  空冷風(fēng)機(jī)網(wǎng)格
3. 2  基本方程
控制方程采用的是時(shí)均 N- S 方程組并配合 Baldwin- Lomax 湍流模型。離散格式采用基于時(shí)間推進(jìn)法的 Jamson 格式, 有限體積方法離散。
邊界條件為
(1) 進(jìn)口: 給定流動總壓為大氣靜壓力, 流動總溫為大氣靜溫, 流動方向?yàn)檩S向進(jìn)氣。
( 2) 出口: 給定質(zhì)量流量。出口給定質(zhì)量流量時(shí), 出口壓力是參考值。即如果收斂, 給定的出口壓力不會影響最后結(jié)果。
( 3) 壁面: 給定絕熱和無滑移條件。
3. 3  計(jì)算結(jié)果及分析
為了體現(xiàn)采用 5 次方流型進(jìn)行空冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn), 采用變環(huán)量流型 r
0. 5
$ C u = K 設(shè)計(jì)了一臺風(fēng)機(jī), 對其進(jìn)行了模擬, 并將 5 次方流型與等 A流型進(jìn)行了比較。
3. 3. 1  全壓預(yù)測
空冷風(fēng)機(jī)風(fēng)壓有全壓、 動壓和靜壓。全壓p 為通風(fēng)機(jī)出口全壓 p 2 與進(jìn)口全壓 p 1 之差;動壓 p d 為通風(fēng)機(jī)出口動壓 0. 5Q v22 ; 靜壓 p st 為全壓與動壓之差。圖 4所示為葉輪轉(zhuǎn)速為全速
( 122r/ min) 工況下模擬得出的 5 次方流型和等A流型全壓值比較。從圖中看出, 采用 5 次方流型設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī),在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)( 流量為694m 3 / s) 時(shí), 全壓比等流型的風(fēng)機(jī)全壓高 20Pa 左右。但 5 次方流型風(fēng)機(jī)的全壓梯度較小, 這樣, 風(fēng)機(jī)流量受環(huán)境風(fēng)速等的影響較大。圖 4  5次方流型風(fēng)機(jī)和等 A流型風(fēng)機(jī)的全壓比較
3. 3. 2  效率預(yù)測
風(fēng)機(jī)的全壓效率是反映風(fēng)機(jī)性能的重要指標(biāo)。分別計(jì)算若干個工況點(diǎn), 并利用計(jì)算求得的壓力場、 速度場進(jìn)行葉輪性能預(yù)估。圖 5 為 5次方流型和等 A流型的全壓效率的比較。圖 5  5次方流型風(fēng)機(jī)和等 A流型風(fēng)機(jī)的效率比較從圖中看出, 在設(shè)計(jì)工況點(diǎn), 5 次方流型風(fēng)機(jī)的效率要比變環(huán)量流型風(fēng)機(jī)效率高 10% 左右, 具有明顯的節(jié)能效果。
4  結(jié)論
介紹了 5 次方流型設(shè)計(jì)火電廠直接空冷凝汽器風(fēng)機(jī)的過程, 使用三維 N- S 方程對所設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行了數(shù)值模擬, 并將結(jié)果與采用等A流型設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行了比較, 結(jié)果表明: 采用5 次方流型設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)全壓比等 A流型的風(fēng)機(jī)要高 20Pa 左右, 全壓效率要高 10% 左右, 具有明顯的節(jié)能效果。由此可見, 采用 5 次方流型設(shè)計(jì)方法不僅可改善葉片根部的扭曲度, 有利于葉片的制造,而且能取得較佳的氣動性能, 減少無用功的損失。但是采用 5 次方流型設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī), 其流量不僅受外界的干擾較大, 而且工作范圍較窄, 葉片出口的氣流均勻性較差。
4  空氣動力性能測試FBDÒ系列對旋式局部通風(fēng)機(jī)由國家煤礦防塵通風(fēng)安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室按照 MT755- 1997 準(zhǔn)對整機(jī)性能進(jìn)行了檢驗(yàn)。檢測結(jié)果表明: 該機(jī)的整機(jī)運(yùn)行最高效率比波蘭同類機(jī)型高 8 個百分點(diǎn), 比日本和國內(nèi)的其它廠家的同類產(chǎn)品高 3~ 8 個百分點(diǎn), 壓力高 10%~ 21%, 噪聲低 3~ 8dB, 是礦用局部通風(fēng)機(jī)理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
5  風(fēng)機(jī)現(xiàn)場使用情況
FBDÒ 系列對旋式局部通風(fēng)機(jī)研制成功后, 廣泛應(yīng)用于山西、 四川、 安徽、 云南、 山東、 寧夏、 貴州等地的煤礦。現(xiàn)場使用情況表明: 風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo),有效地解決了煤巷大斷面(12m 2 )、 長距離(1000~ 3000m)、 高瓦斯掘進(jìn)工作面( 5~ 8m 3 / min)因供風(fēng)不足造成瓦斯積聚的通風(fēng)問題,提高了掘進(jìn)工作面通風(fēng)的可靠性。
現(xiàn)場使用情況還表明: 與同功率的局部通風(fēng)機(jī)相比, 它還具有很好的節(jié)能性。以 FD Òl 6/ 2@ 18. 5 對旋風(fēng)機(jī)為例, 為處理瓦斯, 陽泉煤業(yè)集團(tuán)一礦在高瓦斯區(qū)北頭嘴井八上山西二巷炮掘面曾經(jīng)使用過 2 臺 JBT ( 28kW) 局扇向一個工作面供風(fēng), 送風(fēng)距離只有 500m 左右, 而且掘進(jìn)面的風(fēng)量只有 100m 3 / min 左右, 瓦斯?jié)舛热匀桓? 嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn), 后采用了 1 臺 FBD Ò l 6/ 2 @ 18. 5 對旋式局部通風(fēng)機(jī), 該風(fēng)機(jī)使用 5600 風(fēng)筒供風(fēng), 送風(fēng)距離最長達(dá)到了 1300m 左右, 而且風(fēng)筒出口風(fēng)量達(dá)到了280m 3 / min, 有效地解決了掘進(jìn)面瓦斯?jié)舛瘸薜膯栴}, 顯然使用該對旋風(fēng)機(jī)節(jié)省運(yùn)行功率為19kW, 至少相當(dāng)于節(jié)能約 30% , 顯然, 對用戶來說, 購買一臺 FBD Òl 6/ 2 @ 18. 5 對旋風(fēng)機(jī), 行 2年節(jié)省下來的電費(fèi)就可收回新購風(fēng)機(jī)款。
6  結(jié)論
( 1) FBD Ò系列對旋式局部通風(fēng)機(jī), 不僅可以用于煤巷大斷面、 長距離、 高瓦斯掘進(jìn)工作面的通風(fēng), 顯著提高瓦斯礦井局部通風(fēng)的可靠性;還可以替代進(jìn)口產(chǎn)品用于長大隧道和礦井長大斷面的開拓巷道掘進(jìn)通風(fēng)。
( 2) FBDÒ系列對旋式局部通風(fēng)機(jī)氣動設(shè)計(jì)先進(jìn), 整機(jī)運(yùn)行最高效率和國內(nèi)外帶內(nèi)消聲腔的對旋式局部通風(fēng)機(jī)相比, 處于領(lǐng)先水平風(fēng)機(jī)采用 5 次方流型時(shí)其出口扭速與等 A流型的比較如圖 2 所示。從圖中看出, 采用 5次方流型時(shí), 在葉根和葉尖附近, 做功量可以設(shè)計(jì)得非常小, 使低效區(qū)盡量少消耗能量。這樣,當(dāng)兩者的設(shè)計(jì)與使用條件相同時(shí), 5 次方流型的效率要高于等 A流型。
在設(shè)計(jì)中, 把風(fēng)機(jī)的效率高低放在首要位置, 因此翼型宜選用平底機(jī)翼型( 本文選用 LS翼型) 。最后通過經(jīng)典的軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算步驟即可得到空冷風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)氣動數(shù)據(jù)。