动叶角度对轴流风机失速先兆影响机制的数值模拟研究

摘要

近年来，随着火电机组装机容量的不断增大，锅炉送、引风机和一次风机多采用动叶可调式轴流风机。轴流风机在小流量区会出现失速、喘振等非定常流动现象，引起流动恶化、噪声增大及叶片断裂。研究不同动叶角度下轴流风机的失速先兆诱发机制，对失速的主动控制及风机优化设计具有重要意义。
　　本文以某电厂两级动叶可调式轴流风机为研究对象，分析研究风机的级数、动叶角度对风机失速先兆的起始位置、表现形式以及失速三维非定常演化过程的影响机制。分析结果表明：动叶角度为3°时的两级风机在59.5 m3/s时发生旋转失速，失速先兆首先起始于第二级动叶叶顶区域，随后于第一级叶轮内也产生了失速先兆。两级动叶轮的交互作用使得两级先兆最终同步发展为完整的失速团，两级内出现的先兆转速为75％转子转速，失速团转速为55%转子转速，叶轮内产生了突尖型失速先兆。单级风机的模拟结果表明：风机在55.38 m3/s流量下发生旋转失速，先兆同样起始于叶顶区域，先兆在3个周向均匀分布的区域出现。3个先兆区出现存在先后顺序，最终在叶轮内形成3个旋转速度相同的成熟失速团，先兆表现形式为突尖型失速先兆。
　　对不同动叶角度下风机内旋转失速现象的数值模拟结果表明：在0°和9°两个动叶角度下，失速裕度最大，这也是风机工作区间选定在0°~13.5°的一个重要原因。动叶角度从27°到-18°的变化过程中，各动叶角度下对应的失速压力值依次减小，这与样本中的喘振曲线的压力变化规律一致。在27°动叶角度下，风机内出现的模态波型失速先兆主要是由靠近吸力面的回流诱发的，先兆起始于叶顶靠近吸力面附近，随着流场演化，失速先兆沿着叶顶流道由吸力面向压力面和沿流道由叶顶向叶根两个方向逐渐发展至成熟失速团。而在其他的5个动叶角度下，风机内出现的突尖型失速先兆主要是由叶顶间隙泄漏流诱发的，流场的不稳定流动起始于叶顶间隙区域，随后先兆向相邻流道的叶顶区域逐渐发展，最终在叶轮内形成一个占据了50%流道的失速团随叶轮稳定旋转。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 旋转失速先兆研究现状

1.3 失速先兆影响因素的研究

1.4 本文主要研究内容

第2章 轴流风机旋转失速的数值计算方法

2.1 数值计算方法

2.2 本章小结

第3章 级数对风机失速先兆影响机制的研究

3.1 双级风机失速模拟结果分析

3.2 单级风机失速模拟结果分析

3.3 单双级风机旋转失速过程对比分析

3.4 突尖型失速先兆特征

3.5 本章小结

第4章 动叶角度对风机失速先兆影响机制的研究

4.1 几何模型及网格划分

4.2 不同动叶角度风机失速模拟结果分析

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

致谢