电站空冷风机的设计与流场数值计算（2）

2  计算实例
空冷风机的主要设计参数: 流量694.44m 3 / s, 全压 205Pa,叶轮转速122r/ min。根据上述计算方法,得到所设计空冷风机应采用的流型为$ C u = 61. 0124- 98. 7046r+ 58. 4960r2 -14. 0952r3 + 1. 1857r 4 - 0. 00001r 5( 3)图 2  等 A流型与 5 次方流型的比较划分网格之前首先要建立三维模型。而上述风机设计给出的几何参数, 是叶片不同半径处叶型剖面二维坐标与安装角。为此 , 首先要把原来给出的叶型二维剖面坐标转换成考虑了安装角的三维坐标。转换后, 将三维坐标数据导入 FINE/ AutoGrid 中, 即可生成风机网格。图 3  空冷风机网格
3. 2  基本方程
控制方程采用的是时均 N- S 方程组并配合 Baldwin- Lomax 湍流模型。离散格式采用基于时间推进法的 Jamson 格式, 有限体积方法离散。
边界条件为
(1) 进口: 给定流动总压为大气静压力, 流动总温为大气静温, 流动方向为轴向进气。
( 2) 出口: 给定质量流量。出口给定质量流量时, 出口压力是参考值。即如果收敛, 给定的出口压力不会影响最后结果。
( 3) 壁面: 给定绝热和无滑移条件。
3. 3  计算结果及分析
为了体现采用 5 次方流型进行空冷风机设计的优点, 采用变环量流型 r
0. 5
$ C u = K 设计了一台风机, 对其进行了模拟, 并将 5 次方流型与等 A流型进行了比较。
3. 3. 1  全压预测
空冷风机风压有全压、 动压和静压。全压p 为通风机出口全压 p 2 与进口全压 p 1 之差;动压 p d 为通风机出口动压 0. 5Q v22 ; 静压 p st 为全压与动压之差。图 4所示为叶轮转速为全速
( 122r/ min) 工况下模拟得出的 5 次方流型和等A流型全压值比较。从图中看出, 采用 5 次方流型设计的风机,在设计工况点( 流量为694m 3 / s) 时, 全压比等流型的风机全压高 20Pa 左右。但 5 次方流型风机的全压梯度较小, 这样, 风机流量受环境风速等的影响较大。图 4  5次方流型风机和等 A流型风机的全压比较
3. 3. 2  效率预测
风机的全压效率是反映风机性能的重要指标。分别计算若干个工况点, 并利用计算求得的压力场、 速度场进行叶轮性能预估。图 5 为 5次方流型和等 A流型的全压效率的比较。图 5  5次方流型风机和等 A流型风机的效率比较从图中看出, 在设计工况点, 5 次方流型风机的效率要比变环量流型风机效率高 10% 左右, 具有明显的节能效果。
4  结论
介绍了 5 次方流型设计火电厂直接空冷凝汽器风机的过程, 使用三维 N- S 方程对所设计的风机进行了数值模拟, 并将结果与采用等A流型设计的风机进行了比较, 结果表明: 采用5 次方流型设计的风机全压比等 A流型的风机要高 20Pa 左右, 全压效率要高 10% 左右, 具有明显的节能效果。由此可见, 采用 5 次方流型设计方法不仅可改善叶片根部的扭曲度, 有利于叶片的制造,而且能取得较佳的气动性能, 减少无用功的损失。但是采用 5 次方流型设计的风机, 其流量不仅受外界的干扰较大, 而且工作范围较窄, 叶片出口的气流均匀性较差。
4  空气动力性能测试FBDÒ系列对旋式局部通风机由国家煤矿防尘通风安全产品质量监督检验中心风机实验室按照 MT755- 1997 准对整机性能进行了检验。检测结果表明: 该机的整机运行最高效率比波兰同类机型高 8 个百分点, 比日本和国内的其它厂家的同类产品高 3~ 8 个百分点, 压力高 10%~ 21%, 噪声低 3~ 8dB, 是矿用局部通风机理想的更新换代产品。
5  风机现场使用情况
FBDÒ 系列对旋式局部通风机研制成功后, 广泛应用于山西、 四川、 安徽、 云南、 山东、 宁夏、 贵州等地的煤矿。现场使用情况表明: 风机的运行参数达到了设计指标,有效地解决了煤巷大断面(12m 2 )、 长距离(1000~ 3000m)、 高瓦斯掘进工作面( 5~ 8m 3 / min)因供风不足造成瓦斯积聚的通风问题,提高了掘进工作面通风的可靠性。
现场使用情况还表明: 与同功率的局部通风机相比, 它还具有很好的节能性。以 FD Òl 6/ 2@ 18. 5 对旋风机为例, 为处理瓦斯, 阳泉煤业集团一矿在高瓦斯区北头嘴井八上山西二巷炮掘面曾经使用过 2 台 JBT ( 28kW) 局扇向一个工作面供风, 送风距离只有 500m 左右, 而且掘进面的风量只有 100m 3 / min 左右, 瓦斯浓度仍然高, 严重影响矿井的安全生产, 后采用了 1 台 FBD Ò l 6/ 2 @ 18. 5 对旋式局部通风机, 该风机使用 5600 风筒供风, 送风距离最长达到了 1300m 左右, 而且风筒出口风量达到了280m 3 / min, 有效地解决了掘进面瓦斯浓度超限的问题, 显然使用该对旋风机节省运行功率为19kW, 至少相当于节能约 30% , 显然, 对用户来说, 购买一台 FBD Òl 6/ 2 @ 18. 5 对旋风机, 行 2年节省下来的电费就可收回新购风机款。
6  结论
( 1) FBD Ò系列对旋式局部通风机, 不仅可以用于煤巷大断面、 长距离、 高瓦斯掘进工作面的通风, 显著提高瓦斯矿井局部通风的可靠性;还可以替代进口产品用于长大隧道和矿井长大断面的开拓巷道掘进通风。
( 2) FBDÒ系列对旋式局部通风机气动设计先进, 整机运行最高效率和国内外带内消声腔的对旋式局部通风机相比, 处于领先水平风机采用 5 次方流型时其出口扭速与等 A流型的比较如图 2 所示。从图中看出, 采用 5次方流型时, 在叶根和叶尖附近, 做功量可以设计得非常小, 使低效区尽量少消耗能量。这样,当两者的设计与使用条件相同时, 5 次方流型的效率要高于等 A流型。
在设计中, 把风机的效率高低放在首要位置, 因此翼型宜选用平底机翼型( 本文选用 LS翼型) 。最后通过经典的轴流通风机设计计算步骤即可得到空冷风机的各项气动数据。