工业生产中的锅炉风机特别是离心式风机应用很广泛,在一些生产装置中甚至属关键设备。风机的安全、可靠运行是实现稳定生产的重要保证。但由于种种原因,造成风机超过允许范围的振动的现象并不少见,严重的剧烈振动会造成风机本体及其关联设备破坏的设备事故,甚至还会造成人身安全事故。因此,必须高度重视风机的维护检查工作。企业的锅炉风机技术人员及其操作人员和维修人员在工作
锅炉风机
工业生产中的锅炉风机特别是离心式风机应用很广泛,在一些生产装置中甚至属关键设备。风机的安全、可靠运行是实现稳定生产的重要保证。但由于种种原因,造成风机超过允许范围的振动的现象并不少见,严重的剧烈振动会造成风机本体及其关联设备破坏的设备事故,甚至还会造成人身安全事故。因此,必须高度重视风机的维护检查工作。企业的锅炉风机技术人员及其操作人员和维修人员在工作中必须对风机的运行状况进行监测、巡查,及时发现故障隐患并及时排除,防患于未然。为符合实际运行状态,锅炉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]。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,应该能对生产中从事此类设备管理和维修的人员提供借鉴意义。
锅炉风机绝大多是由电动机驱动工作的主要由叶轮、蜗壳、轴和轴承座及一些控制附件组成,属动设备。动设备完全不振动是不可能的,只是振动的允许范围不同而已。一般来讲,大型高速风机轴承采用轴瓦,润滑采用润滑油强制喷射润滑,高速旋转的主轴悬浮于油膜上,正常工况时振动很低。中小型的中低速风机轴承采用滚动轴承,常采用润滑脂润滑或润滑油浸泡飞溅润滑,正常工况时振动稍大。进气箱对离心风机性能的影响可知在进气箱出口与锅炉风机叶轮进口处存在涡旋现象,研究中发现该涡旋与流量大小有关,在大流量区涡旋不明显,且位于进气箱侧的叶轮叶套的进口处,随着流量的减小,涡旋形状更加的明显,并向进气箱出口方向B侧偏移。振动无论大小,只要符合相关技术要求即可,但是异常的、超标的振动必须及时处理,否则振动会恶化,后造成事故和经济损失。
几何模型建立与网格划分
计算模型采用掘进工作面4-72-5.6A 防爆防腐蚀的离心式通风机,其主要参数:电机功率22 kW,转速2 930 r/min,流量10 122~25 736 m3/h,全压4 152~2 330 Pa。其主要由进风口、集流器、叶轮和蜗壳组成。
锅炉风机集流器中添加了米字形结构与环形挡环。风机结构复杂且叶片外形不规则,因此生成结构化网格比较困难,相反非结构化网格适应能力强,在处理复杂结构时有利于网格的自适应。
因此锅炉风机采用四面体非结构化网格。使用ANSYS 软件中的CFD 软件进行网格划分,加米字形集流器模型网格数1 072 503,网格节点数184 910;普通圆弧形模型网格数1 296 832,网格节点数223 847。以离心风机在掘进工作面环境下的运行工况为依据,进行锅炉风机参数设置:流量取22 806.54 m3/h,流速取6.335 15 m/s, 质量流量取7.491 3 kg/s。把Pro/E 建立的几何模型导入Fluent 中并对几何模型的边界条件计算参数进行设定。其中入口类型采用速度进口,出口设为压力边界条件,本计算采用的样机是矿用式离心风机, 出口静压可以近似为0,蜗壳内壁及叶轮壁面粗糙度均取0.5,集流器、叶轮、蜗壳等各流体区域结合处的公共面采用interface边界类型面, 将叶片的压力面和吸力面以及叶轮前盘、后盘和转轴的内外表面一起定义为旋转壁面。环境压力为101 325 Pa,取粉尘流体密度ρ=1.225 kg/m3。计算时采用SIMPLE 压力速度耦合方法进行。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,锅炉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。
锅炉风机对比分析
在额定转速下, 假定风机进出口处截面上动压静压均匀分布,对风机进口、出口压力及压差,集流器进出口压力及其压差进行统计。取点方法:在截面中心为轴心,周边均匀取了20 个点,之后计算取其平均值,可以看出,同流量下,加米字形集流器的静压和全压差分别为-4 389.0 Pa 和-2 252.9 Pa,而普通圆弧形集流器的压差为-982.9 Pa 和-32.1 Pa,相比可以看出,锅炉风机 加米字形集流器导流效果比普通圆弧形集流器好。但是同流量下,普通圆弧形集流器比加米字形集流器风机压差大,有效值大2 366 Pa,风机全压差加米字形比普通圆弧形小2 350.8 Pa,减少的这部分能量用于摩擦发热。说明集流器经过改造提高了粉尘流的导流能力,提高了风机的性能。对电站锅炉锅炉风机进气箱三维粘性流场进行了数值模拟,分析了进气箱内气体流动特性的影响,并对进气箱的设计和改造提出了建议。
本文对掘进工作面锅炉风机集流器结构进行了改进研究。并对改进前、后的结构的集流器导流效果做了理论分析。然后应用Fluent 流体软件对其进行了数值建模分析, 充分认识离心分机内部流场流体的流动规律,并得到集流器及整个风机的压力云图,截面所受阻力云图,并取点做了统计分析。研究结果表明:锅炉风机加米字形集流器使集流器进出口压差增加,明显地起到对粉尘流场的导流作用。但是集流器由于增加米字形支撑架,造成集流器截面的摩擦力增大,消耗了风机的一部分动能。4)相比于无进气箱的情况下,加进气箱后,风机随流量的增加,噪声提升的更快,且在大流量区明显高于不带进气箱的噪声。但对大型除尘离心风机总体来看,采用该结构大大减少制造难度和加工成本,提高了经济效益。
原锅炉风机和A 型改进风机在点的噪声频谱图。根据风机