1、上海大学高等技术学院毕业（设计）论文 大型风机结构与气动性能试验分析 大型风机结构与气动性能试验分析 第一章 绪论 1.1 课题研究背景及意义 在现代技术的日益进步的情况，风机的存在是必不可少的。风机不仅在各个领域里都占有一席之地，而且正在处于稳步上升发展状态。日常生活中，风机也已经是人类生活不可或缺的一部分了。 风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。风机是我国对气体压缩和气体输送机械的习惯简称，通常所说的风机包括通风机，鼓风机，压缩机以及罗茨鼓风机，离心式风机 ,回转式风机 ,水环式风机 ,但是不包括活塞压缩机等容积式鼓风机和压缩机。气体 压缩和气体输
2、送机械是把旋转的机械转换为气体压力能和动能，并将气体输送出去的机械。 图 1-1 离心风机 风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电上海大学高等技术学院毕业（设计）论文 大型风机结构与气动性能试验分析 器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。 风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。 图 1-2 高压风机 上海大学高等技术学院毕业（设计）论文 大型风机结构与气动性能试验分析 图 1-3 风
3、机运行曲线 风机的性能 参数主要有流量、压力、功率，效率和转速。另外，噪声和振动的大小也是主要的风机设计指标。流量也称风量，以单位时间内流经风机的气体体积表示；压力也称风压，是指气体在风机内压力升高值，有静压、动压和全压之分；功率是指风机的输入功率，即轴功率。风机有效功率与轴功率之比称为效率。风机全压效率可达 90。 1.2 课题研究主要内容 我国目前中小容量机组 (200MW 及以下 )在火电厂中占相当大的比例，这些机组的监控模式为模拟控制系统加以常规仪表为主的数据采集系统。这种监控模式存在着检修维护工作量大、没有可靠的历史记录等缺点 。而且常规模拟仪表也进入老化淘汰期，设备可靠性明显降低，
4、某些仪表的备品备件也得不到保障，因此中小型机组监控系统的技术改造工作已势在必行。结合我国国情，借鉴国内类似系统的研制经验，开发出一套经济实用的 FDC-型分布式发电厂运行实时数据监测系统，既可用于中小机组技术改造，又可应用于变电站、供电局等电力生产、管理部门。 上海大学高等技术学院毕业（设计）论文 大型风机结构与气动性能试验分析 图 1-4 数据采集系统 数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。比如条码机、 扫描仪等都是数据采集工具（系统）。 图 1-5 数据采集 用来批量采集网
5、页，论坛等的内容，直接保存到数据库或发布到网络的一种信息化工具。可以根据用户设定的规则自动采集原网页，获取格式网页中需要的内容，也可以对数据进行处理。比如乐思（ Knowlesys）数据采集系统等。 上海大学高等技术学院毕业（设计）论文 大型风机结构与气动性能试验分析 目前我国国产机组热控装置的质量和主辅机的可控性不尽人意，设计、安装、调试、运行水平等都存在一些问题，针对这一现状设计了 FDC-型分布式发电厂运行实时数据监测系统。它是只有监视功能而没有控制功能的计算机监视系统，即数据采集系统 DAS。 该系统可以采集的发电厂运行数据包括电气参数和非电气参数两类。其中电气参数主要有电流、电压、功
6、率、频率等模拟量，断路器状态、隔离开关位置、继电保护动作信号等开关量以及表示电度的脉冲量等。而非电气参数种类较多，既可以是采集火力发电厂运行中的各种温度、压力、流量等热工信号，也可有水电厂中的水位、流速、流量等水工信号，还可以采集诸如绝缘介质状态、气象环境等其它信号。 该系统还包括用 VisualC+开发的后台处理软件，主要有数据处理、数据库管理、实时监视、异常处理、统计计算及报表、性能分析及运行指导等功 能。 该系统具有如下特点： a.数据采集通用性较强。不仅可采集电气量，亦可采集非电气量。电气参数采集用交流离散采样，非电气参数采集采用继电器巡测，信号处理由高精度隔离运算放大器 AD202J
7、Y 调理，线性度好，精度高。 b.整个系统采用分布式结构，软、硬件均采用了模块化设计。数据采集部分采用自行开发的带光隔离的 RS-485 网，通信效率高，安全性好，结构简单。后台系统可根据实际被监控系统规模大小及要求，构成 485 网、 Novell网及 WindowsNT 网等分布式网络。由于软、硬件均为分布式、模块化结构，因而便于系统升级、维护，且根据需要组成不同的系统。 c.数据处理在 WindowsNT 平台上采用 VisualC+语言编程，处理能力强、速度快、界面友好，可实现网络数据共享。 d.整个系统自行开发，符合我国国情。对发电厂原有系统的改动很小，系统造价较低，比较适合中小型发
8、电厂技术改造需要。 1.3 风机概述 风机主要由风叶、百叶窗、开窗机构、电机、皮带轮、进风罩、内框架、机壳、安全网等部件组成。开机时由电机驱动风叶旋转，并使开窗机上海大学高等技术学院毕业（设计）论文 大型风机结构与气动性能试验分析 构打开百叶窗排风。停机时百叶窗自动关闭。 风机按使用材质分类可以分好 几种，如铁壳风机（普通风机）、玻璃钢风机、塑料风机、铝风机、不锈钢风机等等 风机分类可以按气体流动的方向，分为离心式、轴流式、斜流式（混流式）和横流式等类型。 风机根据气流进入叶轮后的流动方向分为：轴流式风机、离心式风机和斜流 (混流 )式风机。 风机按用途分为压入式局部风机 (以下简称压入式风机
9、 )和隔爆电动机置于流道外或在流道内，隔爆电动机置于防爆密封腔的抽出式局部风机 (以下简称抽出式风机 )。 风机按照加压的形式也可以分单级、双级或者多级加压风机。如 4-72是单级加压，罗茨风机则是多级加 压风机 风机按照用途划分可以分为：轴流风机、混流风机、罗茨风机、屋顶风机、空调风机等。 风机按压力可分为低压风机 ,中压风机 ,高压风机 。 风机选型是一个技术性很强的工作，具体的选型方法也很多，比如：按无因次特性曲线选型、按对数坐标曲线选型、按有因次特性曲线或性能表选型、变型选型、按管网阻力选型等，目前还有通过 Web 网上选型系统和运用专门的选型软件来选型。方法纷繁复杂，有的方法的掌握需
10、要一定的专业知识。 对于一般业务人员，熟悉和掌握有因次性能表选型和风机专门的选型软件两种方法就可以了。这两种方 法简单容易操作。选用风机时，首先根据所需要风机的风量、全压这两个基本参数，就可以通过风机的有因次性能表（各家风机产品说明书都有相关数据）确定风机的型号和机号，这时可能不止一个产品满足要求；这时再结合风机用途、工艺要求、使用场合等，选择风机的种类、机型以及结构材质等以符合所需的工作条件，力求使风机的额定流量和额定压力，尽量接近工艺要求的流量和压力，从而使风机运行时使用工况点接近风机特性的高效区。具体原则如下： 在选择通风机前，应了解国内通风机的生产和产品质量情况，如生产上海大学高等技术
11、学院毕业（设计）论文 大型风机结构与气动性能试验分析 的通风机品种、规格和各种产品的特殊 用途，新产品的发展和推广情况等，还应充分考虑环保的要求，以便择优选用风机。 根据通风机输送气体的物理、化学性质的不同，选择不同用途的通风机。如输送有爆炸和易燃气体的应选防爆通风机；排尘或输送煤粉的应选择排尘或煤粉通风机；输送有腐蚀性气体的应选择防腐通风机；在高温场合下工作或输送高温气体的应选择高温通风机等。 在通风机选择性能图表上查得有二种以上的通风机可供选择时，应优先选择效率较高、机号较小：调节范围较大的一种，当然还应加以比较，权衡利弊而决定。 如果选定的风机叶轮直径较原有风机的叶轮直径 偏大很多时，为
12、了利用原有电动机轴、轴承及支座等，必须对电动机启动时间、风机原有部件的强度及轴的临界转速等进行核算。 选择离心式通风机时，当其配用的电机功率小于或等于 75KW 时，可不装设仅为启动用的阀门。当排送高温烟气或空气而选择离心锅炉引风机时，应设启动用的阀门，以防冷态运转时造成过载。 对有消声要求的通风系统，应首先选择效率高、叶轮圆周速度低的通风机，且使其在最高效率点工作；还应根据通风系统产生的噪声和振动的传播方式，采取相应的消声和减振措施。通风机和电动机的减振措施，一般可采用减振基础，如弹 簧减振器或橡胶减振器等。 在选择通风机时，应尽量避免采用通风机并联或串联工作。当不可避免时，应选择同型号、同
13、性能的通风机联合工作。当采用串联时，第一级通风机到第二级通风机之间应有一定的管路联结。 所选用的新风机应考虑充分利用原有设备、适合现场制作安装及安全运行等问题。 上海大学高等技术学院毕业（设计）论文 大型风机结构与气动性能试验分析 第二章 大型风机气动性能测试系统结构分析 2.1 轴流风机风管出气试验系统介绍 轴流风机，就是与风叶的轴同方向的气流，如电风扇，空调外机风扇就是轴流方式运行风机。之所以称为 “轴流式 ”，是因为气体平行于风机轴流动。轴流式风机通 常用在流量要求较高而压力要求较低的场合。轴流式风机固定位置并使空气移动 。 图 2-1 气动通风机 轴流式风机叶片的工作方式与飞机的机翼类
14、似。但是，后者是将升力向上作用于机翼上并支撑飞机的重量，而轴流式风机则固定位置并使空气移动。 轴流式风机的横截面一般为翼剖面。叶片可以固定位置，也可以围绕其纵轴旋转。叶片与气流的角度或者叶片间距可以不可调或可调。改变叶片角度或间距是轴流式风机的主要优势之一。小叶片间距角度产生较低的流量，而增加间距则可产生较高的流量。 先进的轴流式风机能够在风机运转时改变叶片间 距（这与直升机旋翼颇为相似），从而相应地改变流量。这称为动叶可调 (VP)轴流式风机。 轴流风机又叫局部通风机，是工矿企业常用的一种风机，安不同于一般的风机它的电机和风叶都在一个圆筒里，外形就是一个筒形，用于局部通风，安装方便，通风换气
15、效果明显，安全，可以接风筒把风送到指定的上海大学高等技术学院毕业（设计）论文 大型风机结构与气动性能试验分析 区域。 轴流式通风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。轴流通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式三种，小型的叶轮直径只有 100毫米左右，大型的可达 20 米以上。 小型低压轴流通风机由叶轮、机壳和集流器等部件组成，通常安装在建筑物的墙壁或天花板上；大型高压轴流通风机由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩散筒和传动部件组成。叶片均匀布置在轮毂上，数目一般为 2 24。叶片越多，风压越高；叶片安装角一般为 10 45，安
16、装角越大，风量和风压越大。轴流式通风机的主要零件大都用钢板焊接或铆接而成。 图 2-2 风机风管出气试验系统 性能测试 性能测试是通过自动化的测试工具模拟多种正常、峰值以及异常负载条件来对系统的各项性能指标进行测试。负载测试和压力测试都属于性能测试，两者可以 结合进行。通过负载测试，确定在各种工作负载下系统的性能，目标是测试当负载逐渐增加时，系统各项性能指标的变化情况。压力测试是通过确定一个系统的瓶颈或者不能接收的性能点，来获得系统能提供的最大服务级别的测试。 上海大学高等技术学院毕业（设计）论文 大型风机结构与气动性能试验分析 图 2-3 性能测试图象 1 性能测试在软件的质量保证中起着重要
17、的作用，它包括的测试内容丰富多样。中国软件评测中心将性能测试概括为三个方面：应用在客户端性能的测试、应用在网络上性能的测试和应用在服务器端性能的测试。通常情况下，三方面有效、合理的结合，可以达到对系统性能全面的分析和瓶颈的预测。目的是验证软 件系统是否能够达到用户提出的性能指标，同时发现软件系统中存在的性能瓶颈，优化软件，最后起到优化系统的目的。 包括以下几个方面 ：评估系统的能力，测试中得到的负荷和响应时间数据可以被用于验证所计划的模型的能力，并帮助作出决策。识别体系中的弱点：受控的负荷可以被增加到一个极端的水平，并突破它，从而修复体系的瓶颈或薄弱的地方。系统调优：重复运行测试，验证调整系统的活动得到了预期的结果，从而改进性能。 检测软件中的问题：长时间的测试执行可导致程序发生由于内存泄露引起的失败，揭示程序中的隐含的问题或冲突。验证稳 定性（ resilience）可靠性（ reliability）：在一个生产负荷下执行测试一定的时间是评估系统稳定性和可靠性是否满足要求的唯一方法。 图 2-4 性能测试图象 2 性能测试主要是通过自动化的测试工具模拟多种正常、峰值以及异常负载条件来对系统的各项性能指标进行测试。负载测试和压力测试都属于
