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豬場水簾_可逆式軸流風(fēng)機(jī)的三維設(shè)計(jì)離心風(fēng)機(jī)油封改造

1　 引言 

　　通常，在發(fā)生火災(zāi)等緊急情況下，要求風(fēng)機(jī)具有反向通風(fēng)能力 , 這種風(fēng)機(jī)稱為可逆風(fēng)機(jī)，其翼型稱為可逆翼型。對可逆風(fēng)機(jī)的具體要求就是風(fēng)機(jī)在正向和逆向送風(fēng)時(shí)，都能具有良好的氣動(dòng)性能。文獻(xiàn)［1,2］對可逆翼型進(jìn)行了一些研究， S 型葉片是可逆風(fēng)機(jī)中比較常用的一種葉片，但是，研究表明，這種正反向性能相同的雙對稱翼型在升力系數(shù)與失速攻角方面并不令人滿意［1］。 

　　有時(shí)并不要求正反向具有完全相同的性能要求，對地鐵而言，為了保持地鐵內(nèi)良好的環(huán)境，正常情況下通風(fēng)機(jī)都是常年在設(shè)計(jì)工況下工作的，從節(jié)能角度講，當(dāng)然希望風(fēng)機(jī)具有較高的工作效率。但是，一旦地鐵內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，要求風(fēng)機(jī)必須得具有迅速反向排風(fēng)的功能，由于這種狀況極為罕見，因此，并不要求此時(shí)風(fēng)機(jī)具有高效率，但要求排風(fēng)量大。針對這一工程背景，受某風(fēng)機(jī)制造廠的委托，對這類風(fēng)機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。確認(rèn)了風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的流場結(jié)構(gòu)是風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為此，根據(jù)軸流風(fēng)機(jī)的三維雷諾平均 Navier-Stokes 方程來模擬其流道內(nèi)的粘性流動(dòng)。然后又仔細(xì)分析了流動(dòng)中漩渦的產(chǎn)生機(jī)制，并結(jié)合風(fēng)機(jī)正反向旋轉(zhuǎn)速度、風(fēng)量、風(fēng)壓和效率等要求，對地鐵用可逆式軸流風(fēng)機(jī)的葉型和裝配角進(jìn)行了設(shè)計(jì)，取得了良好的效果。 

2　 流動(dòng)控制方程 

　　在固連于風(fēng)機(jī)的非慣性旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下觀察流體的絕對運(yùn)動(dòng)，流場是定常的。因此，將控制方程在非慣性的相對坐標(biāo)系下表達(dá)對于計(jì)算來說是非常方便的。參照文獻(xiàn)[3] ，相對坐標(biāo)系下的控制方程可以寫為下標(biāo) r 表示絕對量在相對坐標(biāo)系的分量。



　　控制方程的空間離散采用的是中心有限體積格式，時(shí)間方向采用的是五步龍格 - 庫塔法求解。 

3　 設(shè)計(jì)結(jié)果與討論 

　　由于三維風(fēng)機(jī)粘性流場的計(jì)算非常耗時(shí)，所以無論是采用伴隨方程法或是采用遺傳算法等先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，計(jì)算工作量都是難以承受的。經(jīng)驗(yàn)表明，在設(shè)計(jì)工況下 , 葉片流道中的漩渦越小，風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量將越大，并且由粘性引起的能量消耗將越小。因此，本研究從工程應(yīng)用和工程實(shí)際需求出發(fā)，采用了流場結(jié)構(gòu)分析和葉片外形調(diào)整相結(jié)合的辦法來進(jìn)行可逆式軸流風(fēng)機(jī)的葉型和裝配角的優(yōu)選設(shè)計(jì)，以分別達(dá)到正、反向旋轉(zhuǎn)速度下要求的風(fēng)量和效率及全壓。從數(shù)百個(gè)算例中優(yōu)選出最后的設(shè)計(jì)方案 , 應(yīng)該指出 , 在同等條件下 , 得到的優(yōu)選結(jié)果不一定是最優(yōu)的 , 可能還有一定的潛力可以挖掘。 

　  我公司動(dòng)力分廠3臺蒸汽鍋爐配套的Y4-73-11No14D型引風(fēng)機(jī)、G4-73-11No14D型送風(fēng)機(jī)和7-29-11No16D型排粉機(jī)(離心式通風(fēng)機(jī))，軸承箱端蓋為鑄鐵件，油封采用接觸式氈圈密封。由于長時(shí)間使用，油封毛氈磨損嚴(yán)重，已起不到密封效果,豬棚通風(fēng)降溫，滲油現(xiàn)象嚴(yán)重，潤滑油損耗加大，設(shè)備周圍環(huán)境污染加重，且一旦潤滑油不足又未及時(shí)處理，將導(dǎo)致風(fēng)機(jī)軸承損壞甚至引發(fā)設(shè)備故障，影響裝置長周期運(yùn)行。
　　
　　1 軸承箱油封缺陷及失效分析
　　
　　毛氈具有天然彈性，氈圈密封結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，但缺點(diǎn)是密封圈與軸表面的壓緊力小，自復(fù)位性和補(bǔ)償性差，只適用于在線速度<5m/s的脂潤滑和油潤滑裝置上使用；而我公司的上述幾種風(fēng)機(jī)軸承箱軸封處的線速度均在9m/s以上，顯然毛氈密封不適合我公司的這幾臺風(fēng)機(jī)。另外，運(yùn)行過程中因軸承旋轉(zhuǎn)、背帽離心甩油等使?jié)櫥惋w濺并氣化，以及受油煙氣不能及時(shí)排出的影響，軸承箱內(nèi)實(shí)際為微正壓，飛濺的潤滑油沿著旋轉(zhuǎn)軸流向氈圈，使氈圈很快吸油飽和并發(fā)生滲漏。
　　
　　2 軸承箱油封結(jié)構(gòu)改造
　　
　　圖1(a)是改造前軸承端蓋簡圖。該軸封靠自然態(tài)氈圈密封潤滑油，易泄漏，氈圈更換既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，且無法調(diào)節(jié)。過緊,養(yǎng)豬用什么風(fēng)機(jī)，易發(fā)熱燒損；過松，又易泄漏，而且端蓋內(nèi)表面不能很好地回油。在不改變設(shè)備原有零部件結(jié)構(gòu)尺寸并保證互換性的基礎(chǔ)上，將原氈圈密封形式改為填料壓蓋式密封[改后軸承端蓋密封結(jié)構(gòu)簡圖如圖1(b)],豬場水簾降溫，并賦予填料室和壓蓋1:15的錐度，以提高氈圈在壓緊時(shí)的對中性和均勻性。如此不僅克服了氈圈更換困難、間隙不均、壓力不均等缺點(diǎn)，而且降低了摩擦能耗，延長了氈圈壽命。改造后的端蓋減輕了氈圈因吸附潤滑油飽和后而產(chǎn)生的泄漏，同時(shí)在端蓋內(nèi)部增加回油槽，使?jié)櫥湍軌蚣皶r(shí)地通過回油槽流到箱體底部，通過端蓋上的迷宮密封使?jié)櫥脱剌S向衰減，保證流入氈圈的潤滑油減少，對端蓋軸封處泄漏起到了一定的緩解。此改造除加工改變改造部位的結(jié)構(gòu)尺寸變化外，其他部位的結(jié)構(gòu)尺寸不變。


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