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离心引风机负荷对叶片积灰的影响

信息来源:发布时间:2021-04-19阅读:382

摘要:通过用simple算法编制的程序对离心引风机在不同工况时流场的数值模拟,分析了流场与引风机叶片积灰的特性,从而得出了离心引风机负荷对积灰的影响的结论。

1 引言

在电站、石油、冶金、化工及城市供热锅炉的运行过程中,引风机叶片由于各种原因不可避免地发生积灰,因此叶片积灰是一个普遍而又十分值得研究和处理的问题,也是生产现场中的一大难题。引风机叶片上沉积物的存在会造成叶轮的不平衡和振动,致使轴和轴承上的负荷增加,引风机的电流也会增加,严重时还会引起风机和电机的地脚螺栓断裂,造成轴和轴承及叶轮等其它的零部件损毁,更严重时会引起引风机飞车事故 [1]。本文从流场角度分析了某热电厂引风机的运行负荷对其叶片积灰的影响,为生产现场调整运行方式和改进设计提供了理论依据。

  • 物理描述

2.1  现象描述

引风机在额定负荷运行时,气流进入引风机叶片流道的角度与叶片的进口安装角相当,这时气流的冲击角为零,气流没有冲击平滑地流入叶片通道。当引风机低于额定负荷运行时,由于进口速度方向的改变,气流冲击角小于叶片的进气安装角而形成了正冲击角;叶片的非工作面将出现边界层气流的分离和气流的回流,而且在非工作面上形成了漩涡且沿着叶片的径向方向发展,最终使叶片在非工作面上产生积灰[1-4]

2.2  模拟对象

以某热电厂锅炉引风机为模拟对象,其结构如表1,在模拟过程中不考虑叶片厚度的影响。

             表1 风机的结构参数

型 号

y4-73-11№20d

叶轮出口直径/mm

2000

转速/( r/min)

960

叶轮进口直径/mm

1460

出口压力/ kpa

4.5

进口安装角/(°)

16

叶片数/个

12

出口安装角/(°)

45

流 量/ (m3/h)

178010

叶轮宽度/mm

700

 

 

3   数学描述

3.1  控制方程

原则上气流为气固两相流动,但实际上由于颗粒在气流中的份额很少而对气流的影响可以忽略,所以采取单相介质模型。气流在叶片流道中流动,在采用相对直角旋转坐标下,坐标系统示意图如图1所示,可近似地认为是二维稳态不可压缩流体的流动,应用修正的κ-ε湍流模型,则流体的控制方程的统一形式为    

     

3.2  边界条件

   进口边界条件——进口速度可根据流量和速度三角形来共同确定,湍动能按进口0.5%(u2 v2)给定,而耗散率按0.1%的湍动能给定[6]

   出口边界条件——出口处的压力为4.5kpa,沿流线的一阶偏导数为零,并且遵循质量守恒定律。

   壁面边界条件——按壁面函数法确定[7]

4  数值计算

由于流体流动的通道形状不规则,为此采用贴体坐标系,利用vinkor[8]将物理平面网格转换为计算平面网格;坐标变换后的通用控制方程为

                                                        

 

  按给定的压力场求解出的速度场未必能满足连续性方程,所以在得出速度场后应对压力场进行修正,压力修正后可重新求得速度场,最终可导得压力修正方程和速度修正方程分别为:

          

采用交错网格的方法对整个区域进行40×20网格划分,采用幂函数方案作为对流扩散方式,采用simple方法[9]对流场进行计算,最后可得到流场的数值解。图2和图3为在不同工况时的流场数值解,d代表引风机运行的额定负荷。 

文献提供的试验数据在额定负荷时的对比,数据位置在风机叶片径向的1/3,2/3处,通过对比发现程序和模型有较高的准确性。可作为流场的预报有效工具。

5  结果分析

根据对计算流场的分析可得知,引风机在满负荷时,由于流体流动方向几乎与叶轮通道进口安装角一致,而相对速度流场分布比较均匀,在非工作面壁面上,由于离心力和哥氏力及介质粘性的影响,有气体分离和在贴壁处薄层存在少量回流,相对总压分布也十分均匀,这几乎对叶片的积灰没有影响;随着负荷的不断下降,在风机进口处没有设置预旋装置的情况下,进口速度发生偏离且和叶轮通道的进口安装角形成一个差角,从而流动主流区逐渐向工作面方向偏移,在叶片的非工作面及附近区域形成负压区域而出现较大区域的分层和气流漩涡及回流,并且在叶片的非工作面上的范围在径向不断扩大,在与非工作面垂直方向上也逐渐扩展,负压区域也在不断扩大。随着负荷的不断下降,这种现象更加明显并将会布满整个叶片范围,这是因为离心力随半径的增加而增大的缘故。从图中可以看出,在引风机负荷为80%以下时,气流的分离,漩涡及回流比较显著;随着负荷的不断下降,这种现象更加明显和突出。由于漩涡,回流和气流分离,加上这些区域的流速不是很大,低速区域随负荷的不断下降而逐渐扩大,因而使气流携带粉尘的能力下降,且增加了气流在叶片非工作面及附近区域的停留时间,再加上离心力和哥氏力的综合影响,粉尘更容易沉积在叶片的非工作面上并且随着负荷的降低而不断扩大,叶片积灰也越严重。所以看出引风机负荷是影响叶片积灰的重要因素之一。

6  结论

     通过某热电厂y4-73-11№20d 引风机的流场的数值分析,对其不同工况时流场和积灰的分析,在风机负荷将到80%时,叶片非工作面上有明显的积灰存在;当引风机负荷将到60%时,积灰比较严重;无论是在现场的长期运行中还是在进行负荷试验的过程中都发现,当引风机负荷将到65%时已出现特别明显的积灰并且振动,必要时须清灰;上述情况与数值分析结果较为一致。由数值模拟的结果可知,为了保证引风机不产生积灰和振动而安全稳定运行,引风机运行负荷应不低于80%为宜。

 

                        

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