通风机优化思路
本模型采用Nelder - Mead的优化方法,用于非线性方程针对多目标的优化方法,通风机,能寻找到全局较小偏差,同时根据自变量的增加而线性增加计算负荷的大小。由于自变量的变化参数较多,为了避免出现非物理的优化结果,提高优化效率。本模型的优化将分为两个部分。
通风机设计点的模型优化
在设计点,风机内部流场状况较好,流动损失小,效率高。因为Koch & Smith的模型考虑了诸多物理因素并被广泛验证了其合理性,因此不予优化。有3 个参数需要优化:参考冲角、参考落后角和二次流损失。在一维计算时,由于模型中的经验公式是从大量压气机的实验数据中提取出来的,针对某一特定的风机几何尺寸,首先需要对采用的损失和落后角模型进行校验和标定。标定是根据风机在转速990r/min 时,通风机的安装角不变情况下的实验气动性能曲线。其次,利用优化得到的损失和落后角模型,对安装角分别为+ 10°、+ 5°、-10°、-5°的轴流风机的气动性能进行数值模拟并与实验结果进行对比分析,来验证本模型的准确性和可靠性。因为本风机并未给定相关设计点的参数,通风机模型中只能选取设计转速为990r/min 下高效率点为设计点,选取实验的气动性能曲线做为优化对象。
根据国家标准,通风机标准控制在V<4.6mm/s,电厂运行报警值设置为V<7.1mm/s,跳闸值设置为V<11mm/s,若担心仪表信号失真导致误跳闸,可设置二选二跳闸。测量振动位置可分为三个方向:水平方向、垂直方向和轴向。轴流风机壳体的中表面也是如此,这也是本标准允许的。对于运行中的风机,解决振动问题的关键是找到振动源。通常,在测量水平、垂直和轴向位置的较大振动位置时,应考虑到振动源。水平振动:可考虑轴承、转子平衡、气流发生和轴偏移引起的振动。
通风机垂直振动:可考虑产生风扇的基础,上下连接螺栓,风扇的固定部分引起振动。
轴向振动:可考虑中间联轴器弹簧受拉或受压引起的振动和轴承座轴向间隙。实际运行中,现场操作人员发现风机振动较大。他们首先想到的是平衡问题。无论振动源如何,就地平衡风机都是错误的。风机振动不平衡。为了找出振动超标的原因,首先要对振动源进行分析,然后采取适当的措施,有效地解决大振动问题。
通风机运行时轴承温度。轴承温度是衡量风机安全运行的一个指标,因为通风机使用的轴承是进口的,如FAG或SKF。一般情况下,警报设置为90,干燥设备通风机,跳闸设置为110C。轴承温度主要通过温升的变化来测量。风机运行时温升一般在20℃左右,温升控制在40℃以内,安全可靠。
将通风机叶轮模型引入到ANSYS中。叶轮整体材料为Q235普通碳素结构钢,烘干通风机,密度7850 kg/m3,弹性模量210gpa,泊松比0.3。叶片角度可调的叶轮,轮毂和叶片调节机构采用Q235普通碳素结构钢,叶片采用尼龙66。该材料阻燃、防爆、耐磨、耐热。它常被用作机械配件,而非有色金属,作为机械外壳或发动机叶片。该材料的密度为1150kg/m3,弹性模量为8.3gpa,泊松比为0.28。叶轮各部分采用可调叶片固定连接。在叶片角度可调的叶轮中,当叶片臂与轮毂连接时,配套通风机,通风机叶片臂可以旋转和调整,即接触面的法向可以分离,在切向上没有相对滑动。由于叶片的叶尖比整个叶轮机构中的其他零件更容易变形,因此叶片啮合时应减小网格尺寸,轮毂零件在整个结构中的变形较小。考虑计算时间,可以适当增大网格尺寸。在求解自由模态时,刚体有三个平移和三个旋转,因此前六个频率是系统的刚体模态。整个通风机叶轮机构为对称结构。计算了两个叶轮的前20个自由振型,并从中提取了前6个自由振型。
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