叶顶形态对轴流风机性能及叶片动态特性影响的数值研究

摘要

随电站机组容量的日益增加，动叶可调式轴流通风机以其高比转速、大流量、高效率等优点成为大型火电机组的重要辅机之一。风机耗电量约占厂用电总量的25~30％，其运行方式及经济性直接关系到电厂的经济运行。因此寻求改善风机性能，提高风机效率的方案对降低厂总耗电量具有重要的现实意义。适当改变动叶叶顶结构可有效阻碍叶顶泄漏流的发展从而改善轴流通风机的性能。叶顶形态对轴流风机的气动性能、噪声及叶片动态特性等均有一定影响。
　　基于Fluent数值模拟软件及 Ansys有限元分析模块，以 OB-84型带后置导叶的单级动叶可调式轴流通风机为对象，研究风机性能的变化，主要分析不同叶顶形态下间隙内部及其附近流场、损失分布及泄漏流量情况。针对性能改善效果最显著的双凹槽叶顶，探讨开槽深度分别为1.5mm，3mm及6mm时风机的性能，寻求最优的开槽深度。对比原叶顶及双凹槽叶顶形态下叶片表面的等效应力、变形量、叶片各阶固有频率及振型图，研究开槽对叶片静力结构及振动特性的影响。
　　研究表明：叶顶开槽长度、型式及开槽部位对风机性能均有明显影响，叶顶改进后风机的全压均低于原风机，而效率却得到不同程度的提高；叶顶结构的改变扰乱了间隙内流场涡量场的分布，阻碍了泄漏流的发展，削弱了泄漏流与主流的掺混，并使泄漏损失减少。其中，双凹槽叶顶下风机具有最优的气动性能，设计流量下风机效率提高了1.05个百分点。开槽深度对风机性能有一定的影响，其中在设计流量附近开槽深度对风机性能影响较为显著，而在大流量下对风机性能影响不大；设计工况下叶顶开槽深度为3mm时风机具有最优的气动性能。叶顶形态改进后，风机整体噪声有较大幅度的增加，给风机正常运行带来不利影响。不同叶顶下叶片的静强度校核结果均满足要求，即采用双凹槽叶顶结构不会引起叶片的变形及断裂失效；同时叶片各阶固有频率较原叶顶时均有所增加且避开了叶片通过频率，即采用双凹槽叶顶结构不会引发叶片共振。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 叶顶间隙国内外研究现状

1.3 课题研究内容

第2章 叶顶开槽对轴流风机性能影响的数值研究

2.1 引言

2.2 数值计算方法

2.3 数值模拟结果验证

2.4叶顶开槽后间隙内的流场特征及损失分布

2.5叶顶开槽前后动叶区的内流特征

2.6 本章小结

第3章 双凹槽叶顶结构对轴流风机性能的数值研究

3.1 引言

3.2 开槽深度对风机性能的影响

3.3 不同开槽深度下叶轮内流特征及损失分布

3.4 噪声预估

3.5 本章小结

第4章 双凹槽叶顶对轴流风机叶片动态特性的影响

4.1 引言

4.2 有限元计算模型

4.3 叶片静力结构分析

4.4 单叶片模态分析

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 研究工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢