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車間負壓風(fēng)機_上振式振動篩工作原理分析汽車車速仿真跟蹤風(fēng)機系

　　隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，高爐產(chǎn)量連年增加，盡管燒結(jié)礦產(chǎn)量也在大幅度提高，但燒結(jié)礦入爐比仍從90 降到70 左右，供需矛盾日益突出。為此，廣鋼燒結(jié)廠在不斷進行技術(shù)改造的同時，狠抓生產(chǎn)管理，目前燒結(jié)礦年產(chǎn)量已突破90萬t ，獲得了較好的發(fā)展勢頭。該篩的特點是結(jié)構(gòu)簡單，單電機傳動，只有一個振動器，振動器內(nèi)的兩對偏心輪靠齒輪傳動；缺點是使用過程中易漏油，故障多，使用壽命短，且更換振動器的時間長。上振式振動篩替換了原來的熱振篩。新篩采用雙電機雙振動器結(jié)構(gòu)，使用后，振動器運行平穩(wěn)，噪音低，故障少，更換時間縮短至1～2小時，且無需經(jīng)常加油，篩分效率高，為燒結(jié)生產(chǎn)爭取了寶貴的時間。點火爐改造原點火爐系環(huán)縫式燒結(jié)點火爐，其爐膛高，體積大，煤氣消耗高，且壽命短。1995年～1996年大修時，我們采用了長沙院設(shè)計的雙斜帶式點火爐，其爐膛低，體積小，火焰集中，點火強度高，投產(chǎn)后大大改善了點火質(zhì)量，使煤氣消耗明顯降低。而且該點火爐的使用壽命長，投產(chǎn)至今已使用5年，爐體仍保持完好，預(yù)計其壽命可達燒結(jié)球團2.3大煙道改造燒結(jié)主抽風(fēng)機幾經(jīng)改造，風(fēng)量已大大增加，煙道內(nèi)的風(fēng)速也不斷加快，這一方面不利于粉塵的沉降，同時也加劇了煙道的磨損。為避免煙道磨穿而產(chǎn)生有害漏風(fēng)， 1997年在更換大煙道時，并將導(dǎo)風(fēng)管向外移動100mm使其與煙道相切。同時，取消了設(shè)計時用于調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)閘，以防使用過程中因兩端軸承卡死，失去調(diào)節(jié)功能，反而造成阻力上升。當需要進行空臺車復(fù)產(chǎn)時，可采用油氈紙、橡膠板或紙皮鋪蓋于臺車爐篦條上以代替風(fēng)閘，防止氣流短路。配料電子秤改造1998年我廠采用可編程序控制器和變頻技術(shù)對配料系統(tǒng)進行了改造，實現(xiàn)了一臺主機同時控制13臺電子秤。該系統(tǒng)投入運行后，配料精度大大提高，設(shè)備故障顯著減少，每年節(jié)約維修費用和電費超過25萬元，為增產(chǎn)降耗創(chuàng)造了條件。

　　上海市教委科技基金資助項目2000年8月21日收到上海市200092汽車車速仿真跟蹤風(fēng)機系統(tǒng)的研制王振亞陳禮番孫澤昌王菊弟同濟大學(xué)從氣動設(shè)計計算及葉輪強度校核兩個方面闡述了仿真跟蹤風(fēng)機的設(shè)計工作。介紹了電氣控制系統(tǒng)。給出了風(fēng)機性能試驗結(jié)果，得出了該風(fēng)機達到設(shè)計要求等結(jié)論。

　　一、前言在汽車試驗中，汽車在底盤測功機上能按多種工況進行模擬行駛，由于汽車相對地面是靜止的，所以需要風(fēng)機來冷卻發(fā)動機，以保證試驗的正常進行。近年來，底盤測功機成為汽車排放污染物測試的加載設(shè)備，它與廢氣分析儀一起構(gòu)成了汽車排放污染物的測試系統(tǒng)（見圖1）。根據(jù)測試規(guī)范要求，風(fēng)機的風(fēng)速與底盤測功機上汽車的車速應(yīng)該同步，嚴格控制多工況下進行測試的汽車發(fā)動機等部件的溫度，否則會影響排放試驗結(jié)果。

　　二、仿真跟蹤風(fēng)機設(shè)計根據(jù)研制仿真跟蹤風(fēng)機項目的要求，跟蹤風(fēng)機的最高跟蹤風(fēng)速v = 120km /h.為此在進行了兩種跟蹤風(fēng)機結(jié)構(gòu)方案的比較后，確定了GZF　11仿真跟蹤風(fēng)機的結(jié)構(gòu)方案和氣動設(shè)計參數(shù)。

　　跟蹤風(fēng)機的結(jié)構(gòu)采取了可移動的，變頻調(diào)速單級軸流風(fēng)機加氣流加速噴口方案，噴口截面為0.

　　2，大于桑塔那轎車的散熱器進風(fēng)口面積。氣動設(shè)計參數(shù)為：跟蹤風(fēng)速達120km /h時的風(fēng)機風(fēng)量全壓最高轉(zhuǎn)速1.仿真跟蹤風(fēng)機氣動設(shè)計計算根據(jù)以上確定的氣動設(shè)計參數(shù)，本跟蹤風(fēng)機采用孤立葉型法進行氣動計算，葉片扭曲按等環(huán)量規(guī)律分布（ΔC R=常數(shù)） ，具體計算結(jié)果如下。

　�。� 1）風(fēng)機的軸功率N電機配置功率N電（ 2）確定輪轂比，葉輪外徑及輪轂直徑輪轂比ν= 0. 4葉輪外徑D輪轂直徑d□設(shè)計試驗2.仿真跟蹤風(fēng)機葉輪強度校核計算軸流風(fēng)機的葉輪在旋轉(zhuǎn)時，葉片上受到離心力和氣流壓力的作用而產(chǎn)生拉伸和彎曲應(yīng)力。這兩種應(yīng)力的疊加在葉片根部達到最大值。本葉輪強度校核是在n下計算出葉片根部的總應(yīng)力后根據(jù)安全系數(shù)來進行強度校驗的，具體計算結(jié)果如下。

　　（ 1）總應(yīng)力： e（ 2）強度校驗： n=根據(jù)以上校核計算， GZF 11仿真跟蹤風(fēng)機的葉輪完全滿足了超速10工況的強度要求。

　　三、仿真跟蹤風(fēng)機電氣控制系統(tǒng)仿真風(fēng)機風(fēng)速是否能跟蹤底盤測功機上汽車的車速是由電氣控制部分來實現(xiàn)的。該電氣控制系統(tǒng)如圖2.

　　該控制系統(tǒng)具有以下功能。

　�。� 1）風(fēng)機出口風(fēng)速能自動跟蹤底盤測功機上按各種工況運行的汽車車速。

　�。� 2）系統(tǒng)應(yīng)具備手動和自動風(fēng)速設(shè)定及運行控制，兩種控制方式可方便地進行切換。

　　（ 3）系統(tǒng)為車速測量信號設(shè)置模擬與數(shù)字兩種接口，以便與其他底盤測功機匹配。

　　（ 4）系統(tǒng)能直接顯示風(fēng)機出口風(fēng)速值，同時也能監(jiān)控風(fēng)機驅(qū)動電機及系統(tǒng)自身的工況狀況。

　　1.電氣控制系統(tǒng)的控制方法系統(tǒng)運行時，汽車底盤測功機上的車速傳感器輸出的電壓作為實際車速信號傳送給圖2中的單片機控制器M C，單片機控制器按圖3曲線將車速傳感器輸出電壓換算成對應(yīng)的變頻器控制電壓V c，從而控制電機轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)機流量使得風(fēng)機噴口氣流速度與車速一致。

　　2.跟蹤風(fēng)機電機制動能耗控制電路為了實現(xiàn)仿真風(fēng)機的跟蹤控制，風(fēng)機電力驅(qū)動系統(tǒng)必須滿足試驗過程中對電機加減速的要求。筆者對電機容量及變頻器容量進行了合理的選擇（電機容量為22kV A，變頻器容量為33.

　　具有1分鐘120的過載能力） ，因此完全能滿足對加速的要求。但是當風(fēng)機從高轉(zhuǎn)速區(qū)域以較大的減速度減速至低轉(zhuǎn)速乃至零轉(zhuǎn)速時，僅靠氣流對葉輪產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩是不夠的。所以風(fēng)機驅(qū)動電機還必須能提供一定的制動轉(zhuǎn)矩以克服葉輪的慣性。根據(jù)異步電動機變頻調(diào)速原理，當電機供電頻率迅速降低時，風(fēng)機葉輪的一部分動能將反饋給變頻器，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷骰芈返碾妶瞿�，從而使電動機以再生制動方式提供相應(yīng)的制動轉(zhuǎn)矩，這部分被轉(zhuǎn)化的電場能必須及時地通過一個制動能耗電路消耗掉，否則會導(dǎo)致變頻器中間直流回路過電壓而使變頻器進入保護狀態(tài)，中斷制動過程。

　　在本控制系統(tǒng)中還采用了自行研制的制動能耗控制單元。跟蹤風(fēng)機電機制動能耗控制電路如圖4所示。

　　四、仿真跟蹤風(fēng)機的性能試驗仿真跟蹤風(fēng)機性能試驗的主要目的就是要了解：a.仿真跟蹤風(fēng)機是否能達到設(shè)計要求（即最高跟蹤風(fēng)速v汽車散熱器進氣口處氣流流場不均勻度如汽車車速仿真跟蹤風(fēng)機系統(tǒng)的研制何c.仿真跟蹤風(fēng)機風(fēng)速跟蹤響應(yīng)的時間。

　　1.仿真跟蹤風(fēng)機最高跟蹤風(fēng)速試驗試驗的目的是讓風(fēng)機在滿足葉輪強度和振動要求的情況下，盡可能地提高風(fēng)機轉(zhuǎn)速以觀察距離噴口1. 5m處截面氣流速度能達到多高。試驗結(jié)果。

　　風(fēng)機轉(zhuǎn)速（ r /min）1. 5m處風(fēng)速圓周速度風(fēng)機額定工況（ 1450）排放法規(guī)最高工況（ 1600）風(fēng)機極限工況（ 1750）試驗環(huán)境條件： p從試驗結(jié)果分析看， GZF 11仿真跟蹤風(fēng)機氣動性能完全能夠滿足設(shè)計要求，即最高跟蹤風(fēng)速可達123km /h，此時的葉輪圓周速度為92. 1 m /s符合強度校核要求。風(fēng)機經(jīng)過30分鐘10超速運行后，葉輪和轉(zhuǎn)動部件未出現(xiàn)異常情況。

　　2.汽車散熱器進氣口處氣流流場不均勻度的測量和評價將跟蹤風(fēng)機氣流出口至汽車頭部進風(fēng)口之間的距離調(diào)整到1. 5m，用變頻器將跟蹤風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)至760r /min，使離車頭進氣口40mm處測量截面中心點上的氣流速度恒定在60km /h ，然后用固定在三維坐標架上的氣動探針按事先畫好的坐標位置測量沿噴口高度方向和寬度方向上的氣流速度。由于每小時60km /h左右的跟蹤風(fēng)速是在按法規(guī)檢測汽車排放的整個過程中最為普遍應(yīng)用的，所以采用此跟蹤風(fēng)速來考核測量截面上的流場品質(zhì)是比較實際的。圖5為車頭進風(fēng)口處的氣流速度場。根據(jù)計算：（ 1）發(fā)散氣流面積比_風(fēng)機噴口后發(fā)散氣流面積比不大于2 （ 2）有效風(fēng)速截面上的氣流速度不均勻度Y= 0. 086.可見，車頭進風(fēng)口有效截面上的氣流速度3.仿真跟蹤風(fēng)機風(fēng)速跟蹤響應(yīng)測試試驗時，采用多通道數(shù)據(jù)采集儀實時采集風(fēng)機的轉(zhuǎn)速信號和車速信號，并對所得到的波形進行數(shù)字濾波處理得到試驗曲線，見圖6.

　　由跟蹤性能試驗曲線可知,負壓風(fēng)機廠，跟蹤風(fēng)機的跟蹤性能相當好，響應(yīng)時間很短，兩者的波形基本一致，響應(yīng)時間小于2s.由于按排放法規(guī)做汽車15工況試驗時加速、減速過程相對比較緩慢,大型屋頂風(fēng)機，風(fēng)機葉輪的轉(zhuǎn)動慣量和氣動載荷也相對比較小，所以,鐵皮廠房通風(fēng)降溫，從試驗曲線圖6看，風(fēng)速在V= 0～60km /h范圍內(nèi)跟蹤響應(yīng)是相當令人滿意的。

　　五、結(jié)論通過對仿真跟蹤風(fēng)機的研制以及對試驗結(jié)果的分析可以得出以下結(jié)論。

　�。� 1）本仿真跟蹤風(fēng)機跟蹤風(fēng)速最高可達運行平穩(wěn)可靠，達到項目規(guī)定的要求。

　�。� 2）仿真跟蹤風(fēng)機的氣動性能和強度符合設(shè)計要求。

　�。� 3）車頭散熱器進氣口處的氣流流場的不均勻度 10 （日本小野公司同類型的風(fēng)機的氣流流場不均勻度為10 ）。

　　（ 4）采用變頻開環(huán)控制技術(shù)，風(fēng)速跟蹤響應(yīng)最大滯后時間 2s，達到試驗規(guī)范要求。

　　（ 5）本跟蹤風(fēng)機系統(tǒng)可以替代同類進口配套設(shè)備，所需費用只是進口設(shè)備的20左右。

　　□設(shè)計試驗


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