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通風(fēng)降溫工程風(fēng)機運行中常見故障原因分析及排除措施UG 軟件及其
1 風(fēng)機軸承振動超標(biāo)
風(fēng)機軸承振動是運行中常見的故障，風(fēng)機的振動會引起軸承和葉片損壞、螺栓松動、機殼和風(fēng)道損壞等故障，嚴(yán)重危及風(fēng)機的安全運行。風(fēng)機軸承振動超標(biāo)的原因較多，如能針對不同的現(xiàn)象分析原因采取恰當(dāng)?shù)奶幚磙k法，往往能起到事半功倍的效果。
1．1 不停爐處理葉片非工作面積灰引起風(fēng)機振動
這類缺陷常見于鍋爐引風(fēng)機，現(xiàn)象主要表現(xiàn)為風(fēng)機在運行中振動突然上升。這是因為當(dāng)氣體進(jìn)入葉輪時，與旋轉(zhuǎn)的葉片工作面存在一定的角度，根據(jù)流體力學(xué)原理，氣體在葉片的非工作面一定有旋渦產(chǎn)生，于是氣體中的灰粒由于旋渦作用會慢慢地沉積在非工作面上。機翼型的葉片最易積灰。當(dāng)積灰達(dá)到一定的重量時由于葉輪旋轉(zhuǎn)離心力的作用將一部分大塊的積灰甩出葉輪。由于各葉片上的積灰不可能完全均勻一致，聚集或可甩走的灰塊時間不一定同步，結(jié)果因為葉片的積灰不均勻?qū)е氯~輪質(zhì)量分布不平衡，從而使風(fēng)機振動增大。
在這種情況下，通常只需把葉片上的積灰鏟除，葉輪又將重新達(dá)到平衡，從而減少風(fēng)機的振動。在實際工作中，通常的處理方法是臨時停爐后打開風(fēng)機機殼的人孔門，檢修人員進(jìn)入機殼內(nèi)清除葉輪上的積灰。這樣不僅環(huán)境惡劣，存在不安全因素，而且造成機組的非計劃停運，檢修時間長，勞動強度大。經(jīng)過研究，提出了一個經(jīng)實際證明行之有效的處理方法。如圖1所示，在機殼喉舌處（A點，徑向?qū)χ~輪）加裝一排噴嘴（4～5個），將噴嘴調(diào)成不同角度。噴嘴與沖灰水泵相連，將沖灰水作為沖洗積灰的動力介質(zhì)，降低負(fù)荷后停單側(cè)風(fēng)機，在停風(fēng)機的瞬間迅速打開閥門，利用葉輪的慣性作用噴洗葉片上的非工作面，打開在機殼底部加裝的閥門將沖灰水排走。這樣就實現(xiàn)了不停爐而處理風(fēng)機振動的目的。用沖灰水作清灰的介質(zhì)，和用蒸汽和壓縮空氣相比，具有對噴嘴結(jié)構(gòu)要求低、清灰范圍大、效果好、對葉片磨損小等優(yōu)點。
1．2 不停爐處理葉片磨損引起的振動
磨損是風(fēng)機中最常見的現(xiàn)象，風(fēng)機在運行中振動緩慢上升，一般是由于葉片磨損，平衡破壞后造成的。此時處理風(fēng)機振動的問題一般是在停爐后做動平衡。根據(jù)風(fēng)機的特點，經(jīng)過多次實踐，總結(jié)了以下可在不停爐的情況下對風(fēng)機進(jìn)行動平衡試驗工作。
1）在機殼喉舌徑向?qū)χ~輪處（如圖1）加裝一個手孔門，因為此處離葉輪外圓邊緣距離最近，只有200mm多，人站在風(fēng)機外面，用手可以進(jìn)行內(nèi)部操 作。風(fēng)機正常運行的情況下手孔門關(guān)閉。
2）振動發(fā)生后將風(fēng)機停下（單側(cè)停風(fēng)機），將手孔門打開，在機殼外對葉輪進(jìn)行試加重量。
3）找完平衡后，計算應(yīng)加的重量和位置，對葉輪進(jìn)行焊接工作。在實際工作中，用三點法找動平衡較為簡單方便。試加重量的計算公式為
P＜＝250×A0×G／D（3000／n）2（g）
為了盡快找到應(yīng)加的重量和位置，應(yīng)根據(jù)平時的數(shù)據(jù)多總結(jié)經(jīng)驗。根據(jù)經(jīng)驗，Y4－73－11－22D的風(fēng)機振動0．10mm時不平衡重量為2000g；M5－29－11－18D的排粉機振動0．10mm時不平衡重量120g；軸流ASN2125／1250型引風(fēng)機振動為0．10mm時不平衡重量只有80g左右。為了達(dá)到不停爐處理葉片磨損引起的振動問題的目的，平時須加強對風(fēng)門擋板的維護(hù)，減少風(fēng)門擋板的漏風(fēng)，在單側(cè)風(fēng)機停運時能防止熱風(fēng)從停運的送風(fēng)機處漏出以維持良好的工作環(huán)境。
1．3 空預(yù)器的腐蝕導(dǎo)致風(fēng)機振動間斷性超標(biāo)
這種情況通常發(fā)生在燃油鍋爐上。燃油鍋爐引風(fēng)機前一般沒有電除塵，煙、風(fēng)道較短，空預(yù)器的波紋板和定位板由于低溫腐蝕，波紋板腐蝕成小薄鋼片，小薄鋼片隨煙氣一起直接打擊在風(fēng)機葉片上，一方面造成風(fēng)機的受迫振動，另一方面一些小薄鋼片鑲嵌在葉片上，由于葉片的動不平衡使風(fēng)機振動。這種現(xiàn)象是筆者在長期的實際生產(chǎn)中觀察到的結(jié)果。處理方法是及時更換腐蝕的波紋板，采用方法防止空預(yù)器的低溫腐蝕，提高排煙溫度和進(jìn)風(fēng)溫度（一般應(yīng)高于60℃以避開露點），波紋板也可使用耐腐蝕的考登鋼或金屬搪瓷。
1．4 風(fēng)道工程振動導(dǎo)致引風(fēng)機的振動
煙、風(fēng)道的振動通常會引起風(fēng)機的受迫振動。這是生產(chǎn)中容易出現(xiàn)而又容易忽視的情況。風(fēng)機出口擴散筒隨負(fù)荷的增大，進(jìn)、出風(fēng)量增大，振動也會隨之改變，而一般擴散筒的下部只有4個支點，如圖2所示，另一邊的接頭石棉帆布是軟接頭，這樣一來整個擴散筒的60％重量是懸吊受力。從圖中可以看出軸承座的振動直接與擴散筒有關(guān)，故負(fù)荷越大，軸承產(chǎn)生振動越大。針對這種狀況，在擴散筒出口端下面增加一個活支點（如圖3），可升可降可移動。當(dāng)機組負(fù)荷變化時，只需微調(diào)該支點，即可消除振動。經(jīng)過現(xiàn)場實踐效果非常顯著。該種情況在風(fēng)道較短的情況下更容易出現(xiàn)。
1．5 動、靜部分相碰引起風(fēng)機振動
在生產(chǎn)實際中引起動、靜部分相碰的主要原因：
（1）葉輪和進(jìn)風(fēng)口（集流器）不在同一軸線上。
（2）運行時間長后進(jìn)風(fēng)口損壞、變形。
（3）葉輪松動使葉輪晃動度大。
（4）軸與軸承松動。
（5）軸承損壞。
（6）主軸彎曲。
根據(jù)不同情況采取不同的處理方法。引起風(fēng)機振動的原因很多，其它如連軸器中心偏差大、基礎(chǔ)或機座剛性不夠、原動機振動引起等等，有時是多方面的原因造成的結(jié)果。實際工作中應(yīng)認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗，多積累數(shù)據(jù)，掌握設(shè)備的狀態(tài)，摸清設(shè)備劣化的規(guī)律，出現(xiàn)問題就能有的放矢地采取相應(yīng)措施解決。
2 軸承溫度高
風(fēng)機軸承溫度異常升高的原因有三類：潤滑不良、冷卻不夠、軸承異常。離心式風(fēng)機軸承置于風(fēng)機外，若是由于軸承疲勞磨損出現(xiàn)脫皮、麻坑、間隙增大引起的溫度升高，一般可以通過聽軸承聲音和測量振動等方法來判斷，如是潤滑不良、冷卻不夠的原因則是較容易判斷的。而軸流風(fēng)機的軸承集中于軸承箱內(nèi)，置于進(jìn)氣室的下方，當(dāng)發(fā)生軸承溫度高時，由于風(fēng)機在運行，很難判斷是軸承有問題還是潤滑、冷卻的問題。實際工作中應(yīng)先從以下幾個方面解決問題。
�。�1）加油是否恰當(dāng)。應(yīng)當(dāng)按照定期工作的要求給軸承箱加油。軸承加油后有時也會出現(xiàn)溫度高的情況，主要是加油過多。這時現(xiàn)象為溫度持續(xù)不斷上升，到達(dá)某點后（一般在比正常運行溫度高10℃～15℃左右）就會維持不變，然后會逐漸下降。
�。�2）冷卻風(fēng)機小，冷卻風(fēng)量不足。引風(fēng)機處的煙溫在120℃～140℃，軸承箱如果沒有有效的冷卻，軸承溫度會升高。比較簡單同時又節(jié)約廠用電的解決方法是在輪轂側(cè)軸承設(shè)置壓縮空氣冷卻。當(dāng)溫度低時可以不開啟壓縮空氣冷卻，溫度高時開啟壓縮空氣冷卻。
�。�3）確認(rèn)不存在上述問題后再檢查軸承箱。
3 動葉卡澀
軸流風(fēng)機動葉調(diào)節(jié)是通過傳動機構(gòu)帶動滑閥改變液壓缸兩側(cè)油壓差實現(xiàn)的。在軸流風(fēng)機的運行中，有時會出現(xiàn)動葉調(diào)節(jié)困難或完全不能調(diào)節(jié)的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象通常會認(rèn)為是風(fēng)機調(diào)節(jié)油工程故障和輪轂內(nèi)部調(diào)節(jié)機構(gòu)損壞等。但在實際中通常是另外一種原因：在風(fēng)機動葉片和輪轂之間有一定的空隙以實現(xiàn)動葉角度的調(diào)節(jié)，但不完全燃燒造成碳垢或灰塵堵塞空隙造成動葉調(diào)節(jié)困難。動葉卡澀的現(xiàn)象在燃油鍋爐和采用水膜除塵的鍋爐比較普遍，解決的措施主要有
�。�1）盡量使燃油或煤燃燒充分，減少碳黑，適當(dāng)提高排煙溫度和進(jìn)風(fēng)溫度，避免煙氣中的硫在空預(yù)器中的結(jié)露。
�。�2）在葉輪進(jìn)口設(shè)置蒸汽吹掃管道，當(dāng)風(fēng)機停機時對葉輪進(jìn)行清掃，保持葉輪清潔，蒸汽壓力＜＝0．2MPa，溫度＜＝200℃。
�。�3）適時調(diào)整動葉開度，防止葉片長時間在一個開度造成結(jié)垢，風(fēng)機停運后動葉應(yīng)間斷地在0～55°活動。
（4）經(jīng)常檢查動葉傳動機構(gòu)，適當(dāng)加潤滑油。
4 旋轉(zhuǎn)失速和喘振
旋轉(zhuǎn)失速是氣流沖角達(dá)到臨界值附近時，氣流會離開葉片凸面，發(fā)生邊界層分離從而產(chǎn)生大量區(qū)域的渦流造成風(fēng)機風(fēng)壓下降的現(xiàn)象。喘振是由于風(fēng)機處在不穩(wěn)定的工作區(qū)運行出現(xiàn)流量、風(fēng)壓大幅度波動的現(xiàn)象。這兩種不正常工況是不同的，但是它們又有一定的關(guān)系。風(fēng)機在喘振時一般會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流，但旋轉(zhuǎn)失速的發(fā)生只決定于葉輪本身結(jié)構(gòu)性能、氣流情況等因素，與風(fēng)煙道工程的容量和形狀無關(guān)，喘振則風(fēng)機本身與風(fēng)煙道都有關(guān)系。旋轉(zhuǎn)失速用失速探針來檢測，喘振用U形管取樣，兩者都是壓差信號驅(qū)動差壓開關(guān)報警或跳機。但在實際運行中有兩種原因使差壓開關(guān)容易出現(xiàn)誤動作：1）煙氣中的灰塵堵塞失速探針的測量孔和U形管容易堵塞；2）現(xiàn)場條件振動大。該保護(hù)的可靠性較差。由于風(fēng)機發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速和喘振時，爐膛風(fēng)壓和風(fēng)機振動都會發(fā)生較大的變化，在風(fēng)機調(diào)試時通過動葉安裝角度的改變使風(fēng)機正常工作點遠(yuǎn)離風(fēng)機的不穩(wěn)定區(qū)，隨著目前風(fēng)機設(shè)計制造水平的提高，可以將風(fēng)機跳閘保護(hù)中喘振保護(hù)取消，改為“發(fā)訊”，當(dāng)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速或喘振信號后運行人員通過調(diào)節(jié)動葉開度使風(fēng)機脫離旋轉(zhuǎn)脫流區(qū)或喘振區(qū)而保持風(fēng)機連續(xù)穩(wěn)定運行，從而減少風(fēng)機的意外停運。
5 結(jié)束語
UG 軟件及其二次開發(fā)在葉輪機械葉片模型生產(chǎn)中的應(yīng)用
周紅梅 蘇莫明 / 西北工業(yè)大學(xué)
摘要：采用UG軟件的二次開發(fā)工具 UG/OPEN GRIP和UG/OPEN API開發(fā)了兩種根據(jù)給定的葉輪機械葉片數(shù)據(jù)繪制出三維葉片模型片體的程序及實現(xiàn)可視化。并在UG的建模環(huán)境中進(jìn)行了三維葉片片體的縫合、修改和實體渲染以及對葉片的光滑度、曲率、強度、型面點數(shù)等的分析。提高了葉片模型的精確程度，從而提高了實際的生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：UG 軟件 葉輪 葉片模型
中圖分類號：TP311.56 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B
文章編號：1006-8155（2007）02-0039-05
App li cation of Impeller machine UG and Its Secondary Exploitation for Production of Blade Model in Turbo-machine
Abstract: UG and its secondary exploitation tools UG/OPEN GRIP and UG/OPEN API were used to develop programs for drawing of three-dimensional blade model s li p on the basis of impeller machine blade data and achieve visua li zation. In the mode li ng environment of UG, sewed 、 modified and entity romanced of 3D blade body were carried out. The smoothness 、 the curvanture 、 the strength and the number points on model face of blade were analyzed. The definition of blade model was improved, and so the actual working efficiency was raised.
Key words : UG software Impeller Blade model
0 引言
葉輪機械廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)部門，而葉輪機械中最重要的構(gòu)件就是葉片，設(shè)計出性能優(yōu)良的葉片，才能保證葉輪機械高效率工作。在葉片模型的生產(chǎn)中, 繪出比較精準(zhǔn)的三維葉片圖形是至關(guān)重要的。UG[1]是一種純粹的三維參數(shù)化造型軟件，它直接采用了統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫?矢量化和關(guān)聯(lián)性處理? 三維建模與二維工程圖相關(guān)聯(lián)等技術(shù)，提高了工作效率。但如果直接使用UG的繪圖命令實現(xiàn)葉片成型，數(shù)據(jù)繁多，既容易出錯，又加大了工作量，且對于每種不同的葉片，都要重復(fù)同樣的工作。因而，利用UG CAD/CAM軟件的二次開發(fā)工具UG/OPEN GRIP和UG/OPEN API，分別用GRIP語言和Microsoft Visual C++[2，3]來編寫程序，讓計算機自動讀入數(shù)據(jù)，繪制所需圖形，只要數(shù)據(jù)文件格式相同，便可無限次重復(fù)使用程序。
葉片實體成型后，宏觀上也許能令用戶滿意，但在某些細(xì)微的地方可能存在不易發(fā)現(xiàn)的瑕疵。若直接進(jìn)行加工，當(dāng)成品出來后，若發(fā)現(xiàn)某些地方誤差較大或有明顯錯誤時就遲了。此時就需要對生成的計算機葉片模型進(jìn)行細(xì)致的分析。分析與修改完畢就可以初步加工 ，由于葉片的加工比較特殊，以往需要大量的計算點來擬合出加工的刀徑曲線，現(xiàn)在均可由計算機通過生成的模型給出，而UG和許多類型的數(shù)控機床都有接口，加工的NC程序都可以在UG下生成。
1 UG/OPEN GRIP 與 UG/OPEN API
筆者在UG/OPEN GRIP 和 UG/OPEN API模塊中各編寫了一個應(yīng)用程序， 目的在于體驗二者各自的優(yōu)越性，從而明確在葉輪機械葉片模型生產(chǎn)中二次開發(fā)工具的選擇。
1.1 UG/OPEN GRIP
(1)簡單：UG/OPEN GRIP[4]創(chuàng)建類似 FORTRAN 一樣的語言，與UG工程緊密集成，完成與UG的各種交互操作。
(2)易學(xué)，易用：不需要許多編程方面的知識，也無需用戶掌握多種編程語言，只要有編程的初級知識就可以。用GRIP高級開發(fā)環(huán)境GRADE進(jìn)行GRIP程序的編譯和調(diào)試，不需要制作界面。
(3)應(yīng)用范圍：同類零件編程，特有的幾何分析，繪圖和數(shù)據(jù)訪問等。
1.2 UG/OPEN API
(1)實用性強：UG/OPEN API[5]是UG與外部應(yīng)用程序之間的接口，它是一系列函數(shù)的集合，通過其編程，用戶幾乎可以實現(xiàn)所有的UG功能。
(2)應(yīng)用范圍：用戶化定制CAD環(huán)境、開發(fā)在Unigraphics軟件平臺上的用戶專用軟件、開發(fā) Unigraphics軟件與其他CAD軟件的接口。
(3)對用戶掌握的編程語言和編程知識要求較高。在Visual C++6.0可視化編程環(huán)境中編程 控制數(shù)據(jù)流向并制作出直觀、易于使用的用戶界面。
2 理論依據(jù)
葉輪機械的葉片表面是光滑過渡曲面，如何使用合適的方法把給出的葉片表面坐標(biāo)數(shù)據(jù)點擬合成較理想曲面是關(guān)鍵。
Beize 曲面是B－樣條曲面的一個特殊類型[6] ，B－樣條曲面和Beize曲面統(tǒng)稱為B－曲面。 B －曲面由特征多面體定義，曲面的形狀逼進(jìn)該多面體。
在給定以下的量后，就可以定義一張k×l階張量積B－樣條曲面：
�。�1）給定靠近曲面而不是在曲面上的控制頂點的陣列（極點），它們控制給定一張控制網(wǎng)格或控制多面體；
B-曲面的形態(tài)用U方向的階數(shù)和V方向的階數(shù)描述， 如果階數(shù)值較高，則曲面“剛硬”，曲面偏離控制頂點較遠(yuǎn)，形狀平坦； 如果 階數(shù)的值較低，則曲面“柔軟”，曲面逼進(jìn)控制頂點。在UG環(huán)境下，階數(shù)能從1到24之間變動，推薦使用UG創(chuàng)建B-曲面默認(rèn)的階數(shù)為3。
本實例的數(shù)據(jù)格式： 每一坐標(biāo)點xyz為一行，xyz之間以空格隔開，每一型面42個數(shù)據(jù)點且在一塊區(qū)域，共11組數(shù)據(jù)點即11個型面。創(chuàng)建B?曲面的指令為 obj=bsurf/curve,ent(1..k),endof,p(1..k)or bsurf_obj_id ??
B-曲面能很好擬合不在同一平面上的點，使生成的曲面看上去非常平滑。如圖1所示，從型面上可以看出葉片的大致扭曲規(guī)律。
3 葉片成型
3.1 葉片片體成型
在UG/OPEN GRIP模塊中采用曲線組的方法創(chuàng)建B-曲面的指令為
obj=bsurf/curve,ent(1..k),endof,p(1..k)
即生成含有11條B-樣條曲線的曲線組再通過上述命令擬合成曲面。
在UG/OPEN API模塊中 讀取程序界面（圖2）上的數(shù)據(jù)命令為 UF_STYLER_ask_value(dialog_id,&data);
在讀完數(shù)據(jù)后，即可以使用 UF MODL general.h下的函數(shù)命令進(jìn)行三維繪圖，通過點創(chuàng)建B－曲面的命令為
UF_MODL_create_bsurf_thru_pts(create_mode, u_closed_status ，v_closed_status, u_degree, v_degree, num_rows, pts_info_per_row, &bsurf_obj_id)
u_degree 為U 方向階數(shù)；v_degree 為V方向階數(shù)； num_rows為型面數(shù)；pts_info_per_row 為每個型面點的信息；bsurf_obj_id 為 創(chuàng)建B曲面的標(biāo)識。
進(jìn)入UG環(huán)境，在gateway 狀態(tài)下從“二次開發(fā)”菜單里選擇“葉片成型”，進(jìn)入程序。
通過程序控制形成的B曲面即葉片片體如圖3。
3.2 葉片實體成型
為能夠創(chuàng)建一個葉片實體，葉片的兩端就必須各有一個面來形成閉合的葉片。為此需要在已有的葉片表面基礎(chǔ)上，在葉根和葉尖兩端創(chuàng)建兩個順滑的過渡表面。通過創(chuàng)建橋接表面操作實現(xiàn)的步驟為
�。�1）進(jìn)入建模模塊，從菜單選擇 Insert → Free Form Feature → Bridge…
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