吹气抑制离心风机旋转失速的动力学特征(3)

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通过以上分析可知，当阀门开度而=o．48时，110In／s的吹气速度不能提供足够动能，抑制不了失速先兆的产生，形成了向失速现象发展的2个未成熟失速团。原始石家庄风机在阀门开度为0．72时发生旋转失速现象，流量为4．157岔／s。失速先兆发生前，通过在叶片进口附近设计喷嘴吹气，抑制旋转失速的产生。随着阀门开度的减小，当阀门开度为O．48时，离心石家庄风机叶轮内出现旋转失速先兆，并演化为沿周向旋转的失速团，该阀门开度下对应的石家庄风机流量为3．46l m3／s。因此，通过吹气主动控制，石家庄风机裕度增大11％，扩稳效果明显。
2．3静压等值线分布图4为阀门开度分别为七l=o．69和岛：0．63时叶轮内不同轴向截面的静压等值线分布图。由图可知，在Z-31截面，2个阀门开度下静压等值线分布几乎相同，差别是叶轮中间区域的两条环形闭合静压等值线的直径不同，且阀门开度较小的工况下该等值线所围成的面积较小。门开度分别为七l=0．54和七l=0．48时叶轮内不同轴向截面的静压等值线分布图。由图5(a)可知，随着阀门开度的减小，压31截面内存在的两条圆形闭合静压等值线包围的面积逐渐缩小，各流道内静压等值线周向呈不对称分布。由图5(b)可知，在压38．5截面，叶片附近低压凸起的静压等值线发展为沿周向不对称分布，且该截面中部存在一段起点和终点在轮毂表面的静压等值线。由图5(c)可知，在z46截面，静压等值线在叶轮截面中部附近呈不均匀分布，且靠近蜗舌的流道出口静压与其他流道的压差进一步扩大。当后l=0．48时，由图5(d)、(e)和(f)可知，叶轮流道内静压等值线分布沿周向严重不均。叶轮中部轮毂附近处静压等值线分布沿周向不均，如Z-3l截面叶轮中部静压沿周向出现3条呈直线分布的静压等值线。以上静压等值线分布的变化均是由于该阀门开度下，叶轮流道内产生了2个未成熟的失速团所引起的，且失速先兆的影响范围随着失速团的成熟逐渐向叶轮中心处扩大。
2．4噪声特性预估图6为阀门开度分别为‰=0．69和尼l=0．63时叶轮和蜗壳区域内3个轴向截面的声功率级分布云图。由图可知，靠近前盘的压31截面叶轮流道内存在较大声功率级的区域，且沿轴向叶轮内声功率级逐渐减小。这是由于靠近前盘的叶轮流道内占据了较大面积的分离涡，产生了较大的气动噪声，而靠近后盘的截面内流动性比较好。豳图6(a)和图6(d)可知，由于在压31截面附近安装喷嘴进行高速喷气，导致喷嘴附近声功率级最高，且存在较高声功率级的区域。随着阀门开度的减小，该高声功率级区域的面积逐渐增大。比较而=0．69和岛=o．63声功率级分布可知，由于喷嘴吹气抑制了旋转失速现象的发生，石家庄风机内声功率级分布变化较小。图7(a)、嘞和(c)为阀门开度幻=o．54时叶轮和蜗壳区域内3个轴向截面的声功率级分布云图。由图可知，与图6(d)、(e)和∞相比，高噪区面积增大，这是由于随着阀门开度的减小，流量减小，叶轮流道内分离涡的面积增大引起气动噪声增大。压3l截面蜗舌附近喷嘴吹气产生的较高气动噪声与蜗舌噪声叠加形成了局部高噪带。
在嬲8．5截面，高噪区主要分布在蜗舌对应的旋转噪声及每个叶轮流道内分离涡引起的旋涡噪声。图7(d)、@和①为阀门开度h=0．48时叶轮和蜗壳区域内3个轴向截面的声功率级分布云图。由图可知，脚1截面上叶轮出口的高噪区沿周向分布严重不均，主要集中在2个高噪带，每个高噪带约覆盖了4个叶轮流道出口，2个高噪带之间的叶轮流道出口声功率级降低。这是由于在该阀门开度下，此时靠近前盘的截面内产生了2个未成熟失速团，占据了高噪带覆盖的叶轮流道。另外，靠近蜗舌区域的高噪带，由于喷嘴吹气与未成熟失速团的耦合作用，造成了高声功率级面积的增大。2个未成熟失速团对应的叶轮流道在压38．5和Z斟6截面内对应的声功率级均有不同程度的提高，但沿轴向高噪区面积增大的程度逐渐减小，这是由于此时产生的是未成熟的失速团，之后经历沿径向、轴向和周向的三维演化过程，z兰38．5和Z46截面内对应的高噪区面积将逐渐增大。
3结论本文提出了一种推迟离心石家庄风机旋转失速现象发生的方法，即失速先兆发生前在靠近蜗舌的3夺叶轮流道进口进行喷嘴吹气。基于风Ializable珏缔《型和节流阀模型，对某吹气速度、不同流量(阀门开度)下离心石家庄风机的内部流场进行了非定常数值模拟。分析比较了阀门开度分别为O．69、O．63、O．54和0．48时叶轮内不同轴向截面的相对速度矢量图、静压等值线分布和声功率级云图。结果表明，通过喷嘴吹气，离心石家庄风机裕度增大11％，扩稳效果明显，有效地抑制了失速现象的产生。本文提出的失速控制方法对石家庄风机的安全运行具有重要的工程价值。