某车间低压离心风机至2016年止已运行近8 年,振动一直偏大,已困扰生产多年。即使是更新了叶轮总成,并在联轴器对中性符合允差的情况下,运行时前后两轴承位壳振实测振动速度有效值分别达到了3.0 mm/s 和3.6 mm/s 左右,这是属于“可容忍”的范围,但不宜长期运行工作。本文研究的目的在于针对工业生产中常用的离心式风机运行中易于发生的振动现象进行研究和可采取的处理措施,应该能对生产一线中从事此类设备管理和维修的人员提供借鉴意义。经我设备人员分析,认为振动大的原因有:一是混凝土基础过于单薄,重量不足,且运行时基础周围地板有明显的颤动;二是预埋地脚螺栓有松动迹象。经上级研究,决定趁当年大修时间充足的机会,对上述存在问题整改,破除旧基础后,按本文前述处理措施重新设计、施工新的混凝土基础和预埋地脚螺栓。
开机正常生产后,该低压离心风机轴承位壳振实测振动速度有效值分别降到了0.45 mm/s 和0.52 mm/s,属“良好”级别。安装精度不达标及其检查处理措施安装精度主要是指风机轴与驱动电机轴的同心度,即对中性。但上述边界条件只针对高雷诺数而言,在固体壁面附近,流体粘性应力将取代湍流雷诺应力,并在临近固体壁面的粘性底层占主要作用。离心式风机联轴器的同心度要求很高。如果联轴器没有找正,或是找正达不到要求,引起低压离心风机振动将不可避免。应注意的是,即使原来同心度已经符合要求了,但是风机运行一段时间后,由于各种原因,同心度会也会发生变化,所以应注意定期检查同心度,如发现同心度超过允许偏差了,要立即重新找正。因此,当风机发生异常的振动故障时,检查联轴器的对中情况是必不可少的。
整机压力云图分布
通过Fluent 软件对掘进工作面离心风机进行流场数值模拟,模拟得出在同流量下,加米字集流器和普通集流器离心风机压力云图可以看出,风机静压从进口至出口逐渐增大,在蜗壳外达到较大。与原风机相比,在额定工况点A声级降低约4.5dB(A),在大流量工况下,A声级降低约3.6dB(A),在小流量工况下,A声级降低约1.9dB(A)。加米字集流器风机进口静压明显高于普通集流器离心风机, 其较大静压达到2 510 Pa,普通集流器达到1 440 Pa;加米字风机的全压较大可达5 860 Pa,而普通集流器较大达到4 260 Pa。
低压离心风机集流器的压力用Tecplot 软件对模拟结果进行后处理,可以对离心风机集流器的受压进行对比分析。加米字形集流器和普通圆弧形集流器内部流场受压分布所示, 低压离心风机米字形集流器入口压力为-8 000 Pa,到集流器出口达到-18 000 Pa,压差10 000 Pa;普通圆弧形集流器入口压力为-8 000 Pa,到集流器出口达到-16 000 Pa,压差8 000 Pa,小于米字形集流器。加米字形集流器和普通圆弧形集流器内部流场受压分布所示,低压离心风机米字形集流器入口压力为-8000Pa,到集流器出口达到-18000Pa,压差10000Pa。同时也可以看出,加米字形集流器压力梯度变化趋势比普通圆弧形集流器平缓,对稳定进口气流,保证气流的均匀及稳定有更明显的作用。
将建立好的低压离心风机三维模型导入ICEM 软件进行混合网格的划分。其中进出口和叶轮区域采用结构化网格,而蜗壳部分由于其内部结构复杂,尤其是电动机周围结构并非规则模型,故采用适应性较强的非结构化四面体网格,具体网格如图3 所示。低压离心风机的噪声在小流量区,带进气箱的离心风机噪声低于不带进气箱,随着流量的增加,带进气箱的风机噪声显著提高,在大流量区,明显的高于不带进气箱的噪声。综合考虑动静耦合区域对数值模拟预测结果的影响,在进行网格划分时,对边界层进行加密处理,其较低网格质量雅克比[14]在0.3 以上。为了保证数值计算结果的准确性,避免网格误差对其模拟结果造成影响,对低压离心风机进行网格无关性验证,如表1 所示。综合考虑计算精度和计算效率可知,当网格数为25 万左右时预测结果较为合理,终确定整个计算域的网格数为2513558。k-ε 模型作为为普遍有效的湍流模型,能够计算大量的各种回流和薄剪切层流动,被广泛应用于各类风机的数值求解计算中。
由于有梯度扩散项,模型k-ε 方程为椭圆形方程,故其特性同其他椭圆形方程,需要边界条件:低压离心风机出口或对称轴处k / n0和/ n0。但上述边界条件只针对高雷诺数而言,在固体壁面附近,流体粘性应力将取代湍流雷诺应力,并在临近固体壁面的粘性底层占主要作用。数值模拟结果表明:加进气箱后,离心风机的全开流量与压力有所降低,缩短了有效工作区域。而多翼离心风机由于结构尺寸小、相对马赫数低,气体黏性力在流体流动过程中起重要作用,因此,在实际运用过程中,标准k-ε 模型由于未充分考虑粘性力的影响,导致计算模型出现偏差。运用Visual C++将上述修正函数编写为UDF代码,并导入Fluent 内置Calculation module。为符合实际运行状态,低压离心风机进出口边界条件设置为压力入口和压力出口,出口压降与动能成正比,从而避免在进口和出口定义一致的速度分布[15]。后以CFD 计算的定常结果作为初始条件,进行非定常数值计算。
以上信息由专业从事低压离心风机的山东冠熙于2021/11/25 9:28:18发布
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