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離心引風(fēng)機(jī)負(fù)荷對(duì)葉片積灰的影響

信息來(lái)源：發(fā)布時(shí)間：2021-04-19閱讀：348

摘要：通過(guò)用SIMPLE算法編制的程序?qū)﹄x心引風(fēng)機(jī)在不同工況時(shí)流場(chǎng)的數(shù)值模擬，分析了流場(chǎng)與引風(fēng)機(jī)葉片積灰的特性，從而得出了離心引風(fēng)機(jī)負(fù)荷對(duì)積灰的影響的結(jié)論。

1 引言

在電站、石油、冶金、化工及城市供熱鍋爐的運(yùn)行過(guò)程中，引風(fēng)機(jī)葉片由于各種原因不可避免地發(fā)生積灰，因此葉片積灰是一個(gè)普遍而又十分值得研究和處理的問(wèn)題，也是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的一大難題。引風(fēng)機(jī)葉片上沉積物的存在會(huì)造成葉輪的不平衡和振動(dòng)，致使軸和軸承上的負(fù)荷增加，引風(fēng)機(jī)的電流也會(huì)增加，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起風(fēng)機(jī)和電機(jī)的地腳螺栓斷裂，造成軸和軸承及葉輪等其它的零部件損毀，更嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起引風(fēng)機(jī)飛車(chē)事故 [1]。本文從流場(chǎng)角度分析了某熱電廠引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷對(duì)其葉片積灰的影響，為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整運(yùn)行方式和改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

  • 物理描述

2.1  現(xiàn)象描述

引風(fēng)機(jī)在額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，氣流進(jìn)入引風(fēng)機(jī)葉片流道的角度與葉片的進(jìn)口安裝角相當(dāng)，這時(shí)氣流的沖擊角為零，氣流沒(méi)有沖擊平滑地流入葉片通道。當(dāng)引風(fēng)機(jī)低于額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于進(jìn)口速度方向的改變，氣流沖擊角小于葉片的進(jìn)氣安裝角而形成了正沖擊角；葉片的非工作面將出現(xiàn)邊界層氣流的分離和氣流的回流，而且在非工作面上形成了漩渦且沿著葉片的徑向方向發(fā)展，最終使葉片在非工作面上產(chǎn)生積灰[1-4]。

2.2  模擬對(duì)象

以某熱電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)為模擬對(duì)象，其結(jié)構(gòu)如表1，在模擬過(guò)程中不考慮葉片厚度的影響。

　　　　　　　　　　　　　表1 風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)

型　號(hào)

Y4-73-11№20D

葉輪出口直徑/mm

2000

轉(zhuǎn)速/( r/min)

960

葉輪進(jìn)口直徑/mm

1460

出口壓力/ kPa

4.5

進(jìn)口安裝角/(°)

16

葉片數(shù)/個(gè)

12

出口安裝角/（°）

45

流　量/ (m3/h)

178010

葉輪寬度/mm

700

 

 

3   數(shù)學(xué)描述

3.1  控制方程

原則上氣流為氣固兩相流動(dòng)，但實(shí)際上由于顆粒在氣流中的份額很少而對(duì)氣流的影響可以忽略，所以采取單相介質(zhì)模型。氣流在葉片流道中流動(dòng)，在采用相對(duì)直角旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下，坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖如圖１所示，可近似地認(rèn)為是二維穩(wěn)態(tài)不可壓縮流體的流動(dòng)，應(yīng)用修正的κ-ε湍流模型，則流體的控制方程的統(tǒng)一形式為    

     

3.2  邊界條件

   進(jìn)口邊界條件——進(jìn)口速度可根據(jù)流量和速度三角形來(lái)共同確定，湍動(dòng)能按進(jìn)口0.5%(u2+v2)給定，而耗散率按0.1%的湍動(dòng)能給定[6]。

   出口邊界條件——出口處的壓力為4.5kPa，沿流線的一階偏導(dǎo)數(shù)為零，并且遵循質(zhì)量守恒定律。

   壁面邊界條件——按壁面函數(shù)法確定[7]。

4  數(shù)值計(jì)算

由于流體流動(dòng)的通道形狀不規(guī)則，為此采用貼體坐標(biāo)系，利用Vinkor[8]將物理平面網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為計(jì)算平面網(wǎng)格；坐標(biāo)變換后的通用控制方程為

                                                        

 

  按給定的壓力場(chǎng)求解出的速度場(chǎng)未必能滿足連續(xù)性方程，所以在得出速度場(chǎng)后應(yīng)對(duì)壓力場(chǎng)進(jìn)行修正，壓力修正后可重新求得速度場(chǎng)，最終可導(dǎo)得壓力修正方程和速度修正方程分別為:

          

采用交錯(cuò)網(wǎng)格的方法對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行40×20網(wǎng)格劃分，采用冪函數(shù)方案作為對(duì)流擴(kuò)散方式，采用SIMPLE方法[9]對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，最后可得到流場(chǎng)的數(shù)值解。圖2和圖３為在不同工況時(shí)的流場(chǎng)數(shù)值解，D代表引風(fēng)機(jī)運(yùn)行的額定負(fù)荷。 

文獻(xiàn)提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)在額定負(fù)荷時(shí)的對(duì)比，數(shù)據(jù)位置在風(fēng)機(jī)葉片徑向的1/3，2/3處，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)程序和模型有較高的準(zhǔn)確性?？勺鳛榱鲌?chǎng)的預(yù)報(bào)有效工具。

5  結(jié)果分析

根據(jù)對(duì)計(jì)算流場(chǎng)的分析可得知，引風(fēng)機(jī)在滿負(fù)荷時(shí)，由于流體流動(dòng)方向幾乎與葉輪通道進(jìn)口安裝角一致，而相對(duì)速度流場(chǎng)分布比較均勻，在非工作面壁面上，由于離心力和哥氏力及介質(zhì)粘性的影響，有氣體分離和在貼壁處薄層存在少量回流，相對(duì)總壓分布也十分均勻，這幾乎對(duì)葉片的積灰沒(méi)有影響；隨著負(fù)荷的不斷下降，在風(fēng)機(jī)進(jìn)口處沒(méi)有設(shè)置預(yù)旋裝置的情況下，進(jìn)口速度發(fā)生偏離且和葉輪通道的進(jìn)口安裝角形成一個(gè)差角，從而流動(dòng)主流區(qū)逐漸向工作面方向偏移，在葉片的非工作面及附近區(qū)域形成負(fù)壓區(qū)域而出現(xiàn)較大區(qū)域的分層和氣流漩渦及回流，并且在葉片的非工作面上的范圍在徑向不斷擴(kuò)大，在與非工作面垂直方向上也逐漸擴(kuò)展，負(fù)壓區(qū)域也在不斷擴(kuò)大。隨著負(fù)荷的不斷下降，這種現(xiàn)象更加明顯并將會(huì)布滿整個(gè)葉片范圍，這是因?yàn)殡x心力隨半徑的增加而增大的緣故。從圖中可以看出，在引風(fēng)機(jī)負(fù)荷為80%以下時(shí)，氣流的分離，漩渦及回流比較顯著；隨著負(fù)荷的不斷下降，這種現(xiàn)象更加明顯和突出。由于漩渦，回流和氣流分離，加上這些區(qū)域的流速不是很大，低速區(qū)域隨負(fù)荷的不斷下降而逐漸擴(kuò)大，因而使氣流攜帶粉塵的能力下降，且增加了氣流在葉片非工作面及附近區(qū)域的停留時(shí)間，再加上離心力和哥氏力的綜合影響，粉塵更容易沉積在葉片的非工作面上并且隨著負(fù)荷的降低而不斷擴(kuò)大，葉片積灰也越嚴(yán)重。所以看出引風(fēng)機(jī)負(fù)荷是影響葉片積灰的重要因素之一。

6  結(jié)論

     通過(guò)某熱電廠Y4-73-11№20D 引風(fēng)機(jī)的流場(chǎng)的數(shù)值分析，對(duì)其不同工況時(shí)流場(chǎng)和積灰的分析，在風(fēng)機(jī)負(fù)荷將到80%時(shí)，葉片非工作面上有明顯的積灰存在；當(dāng)引風(fēng)機(jī)負(fù)荷將到60%時(shí)，積灰比較嚴(yán)重；無(wú)論是在現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期運(yùn)行中還是在進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)的過(guò)程中都發(fā)現(xiàn)，當(dāng)引風(fēng)機(jī)負(fù)荷將到65%時(shí)已出現(xiàn)特別明顯的積灰并且振動(dòng)，必要時(shí)須清灰；上述情況與數(shù)值分析結(jié)果較為一致。由數(shù)值模擬的結(jié)果可知，為了保證引風(fēng)機(jī)不產(chǎn)生積灰和振動(dòng)而安全穩(wěn)定運(yùn)行，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行負(fù)荷應(yīng)不低于80%為宜。

 

                        

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