鋒速達通風降溫系統
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豬場水簾_可逆式軸流風機的三維設計離心風機油封改造
1 引言
通常，在發生火災等緊急情況下，要求風機具有反向通風能力 , 這種風機稱為可逆風機，其翼型稱為可逆翼型。對可逆風機的具體要求就是風機在正向和逆向送風時，都能具有良好的氣動性能。文獻［1,2］對可逆翼型進行了一些研究， S 型葉片是可逆風機中比較常用的一種葉片，但是，研究表明，這種正反向性能相同的雙對稱翼型在升力系數與失速攻角方面并不令人滿意［1］。
有時并不要求正反向具有完全相同的性能要求，對地鐵而言，為了保持地鐵內良好的環境，正常情況下通風機都是常年在設計工況下工作的，從節能角度講，當然希望風機具有較高的工作效率。但是，一旦地鐵內發生火災，要求風機必須得具有迅速反向排風的功能，由于這種狀況極為罕見，因此，并不要求此時風機具有高效率，但要求排風量大。針對這一工程背景，受某風機制造廠的委托，對這類風機進行了設計研究。確認了風機運轉中的流場結構是風機設計的基礎，為此，根據軸流風機的三維雷諾平均 Navier-Stokes 方程來模擬其流道內的粘性流動。然后又仔細分析了流動中漩渦的產生機制，并結合風機正反向旋轉速度、風量、風壓和效率等要求，對地鐵用可逆式軸流風機的葉型和裝配角進行了設計，取得了良好的效果。
2 流動控制方程
在固連于風機的非慣性旋轉坐標系下觀察流體的絕對運動，流場是定常的。因此，將控制方程在非慣性的相對坐標系下表達對于計算來說是非常方便的。參照文獻[3] ，相對坐標系下的控制方程可以寫為下標 r 表示絕對量在相對坐標系的分量。
控制方程的空間離散采用的是中心有限體積格式，時間方向采用的是五步龍格 - 庫塔法求解。
3 設計結果與討論
由于三維風機粘性流場的計算非常耗時，所以無論是采用伴隨方程法或是采用遺傳算法等先進的設計方法，計算工作量都是難以承受的。經驗表明，在設計工況下 , 葉片流道中的漩渦越小，風機的通風量將越大，并且由粘性引起的能量消耗將越小。因此，本研究從工程應用和工程實際需求出發，采用了流場結構分析和葉片外形調整相結合的辦法來進行可逆式軸流風機的葉型和裝配角的優選設計，以分別達到正、反向旋轉速度下要求的風量和效率及全壓。從數百個算例中優選出最后的設計方案 , 應該指出 , 在同等條件下 , 得到的優選結果不一定是最優的 , 可能還有一定的潛力可以挖掘。
我公司動力分廠3臺蒸汽鍋爐配套的Y4-73-11No14D型引風機、G4-73-11No14D型送風機和7-29-11No16D型排粉機(離心式通風機)，軸承箱端蓋為鑄鐵件，油封采用接觸式氈圈密封。由于長時間使用，油封毛氈磨損嚴重，已起不到密封效果,豬棚通風降溫，滲油現象嚴重，潤滑油損耗加大，設備周圍環境污染加重，且一旦潤滑油不足又未及時處理，將導致風機軸承損壞甚至引發設備故障，影響裝置長周期運行。
1 軸承箱油封缺陷及失效分析
毛氈具有天然彈性，氈圈密封結構簡單，安裝方便，但缺點是密封圈與軸表面的壓緊力小，自復位性和補償性差，只適用于在線速度<5m/s的脂潤滑和油潤滑裝置上使用；而我公司的上述幾種風機軸承箱軸封處的線速度均在9m/s以上，顯然毛氈密封不適合我公司的這幾臺風機。另外，運行過程中因軸承旋轉、背帽離心甩油等使潤滑油飛濺并氣化，以及受油煙氣不能及時排出的影響，軸承箱內實際為微正壓，飛濺的潤滑油沿著旋轉軸流向氈圈，使氈圈很快吸油飽和并發生滲漏。
2 軸承箱油封結構改造
圖1(a)是改造前軸承端蓋簡圖。該軸封靠自然態氈圈密封潤滑油，易泄漏，氈圈更換既費時又費力，且無法調節。過緊,養豬用什么風機，易發熱燒損；過松，又易泄漏，而且端蓋內表面不能很好地回油。在不改變設備原有零部件結構尺寸并保證互換性的基礎上，將原氈圈密封形式改為填料壓蓋式密封[改后軸承端蓋密封結構簡圖如圖1(b)],豬場水簾降溫，并賦予填料室和壓蓋1:15的錐度，以提高氈圈在壓緊時的對中性和均勻性。如此不僅克服了氈圈更換困難、間隙不均、壓力不均等缺點，而且降低了摩擦能耗，延長了氈圈壽命。改造后的端蓋減輕了氈圈因吸附潤滑油飽和后而產生的泄漏，同時在端蓋內部增加回油槽，使潤滑油能夠及時地通過回油槽流到箱體底部，通過端蓋上的迷宮密封使潤滑油沿軸向衰減，保證流入氈圈的潤滑油減少，對端蓋軸封處泄漏起到了一定的緩解。此改造除加工改變改造部位的結構尺寸變化外，其他部位的結構尺寸不變。
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