摘要： 利用 PIV 和鎖相技術(shù)相結(jié)合的手段，對(duì)一軸流壓縮機(jī)動(dòng) / 靜葉相干現(xiàn)象對(duì)內(nèi)部流動(dòng)的影響做了測(cè)量試驗(yàn)，提出了數(shù)據(jù)的處理方法，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞： 軸流式壓縮機(jī)；動(dòng) / 靜葉相干；內(nèi)部流動(dòng)

中圖分類(lèi)號(hào)： TH453 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

文章編號(hào)： 1006 - 8155 （ 2008 ） 02-0017-04

Test Research on the In fl uence of Rotor/and Stator Interaction on Internal Fl ow of Axial- fl ow Compressor

Abstract: The measurement test for the in fl uence of rotor/and stator interaction on internal fl ow of axial- fl ow compressor is carried out based on the combination of PIV and PLL technology. The treatment for the data is pointed out and the analysis on test result is specified.

Key words: axial- fl ow compressor; rotor/stator interaction; internal fl ow

0　 引言

　　壓縮機(jī)內(nèi)部流動(dòng)的好壞對(duì)整臺(tái)壓縮機(jī)的綜合性能有較大的影響，開(kāi)展對(duì)壓縮機(jī)內(nèi)部流動(dòng)的研究顯得尤為重要。目前對(duì)壓縮機(jī)內(nèi)部流動(dòng)非定常的研究越來(lái)越多，從內(nèi)容來(lái)看主要集中在數(shù)值研究和試驗(yàn)研究上。 在文獻(xiàn)[1] 中，用 PIV 測(cè)量?jī)x器測(cè)量了動(dòng)葉和靜葉不同相對(duì)位置下的流動(dòng)情況；文獻(xiàn)[2] 在葉尖處詳細(xì)測(cè)量了不同位置上的流動(dòng)情況。鄭新前、周盛對(duì)低速軸流壓縮機(jī)尾部撞擊效應(yīng)做了數(shù)值模擬[3] ，文中驗(yàn)證了低速壓縮機(jī)中尾流撞擊效應(yīng)正效果的有效性，指出在低速軸流壓縮機(jī)中，盡管時(shí)序效應(yīng)對(duì)提高整機(jī)的性能沒(méi)有明顯的效果，但是動(dòng)靜葉相干這一固有非定�，F(xiàn)象存在著巨大的潛能，這將為固有非定常的利用開(kāi)辟一條新的途徑。楊海濤、楊洪雁等采用二維非定常數(shù)值模擬的方法研究了動(dòng)葉相對(duì)位置的改變對(duì)整個(gè)壓縮機(jī)性能的影響[4] ，結(jié)果顯示不同的動(dòng)葉相對(duì)位置，會(huì)改變上游動(dòng)葉尾跡與下游動(dòng)葉之間的相對(duì)位置，以及下游周?chē)�的周期性和湍流性速度波�?dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，上游尾跡被輸運(yùn)到下游葉列前緣附近的時(shí)候?qū)��?yīng)較高的級(jí)效率，當(dāng)上游尾跡被輸運(yùn)到下游葉排葉道中部的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的級(jí)效率較低，正確的分布動(dòng)葉的相對(duì)位置會(huì)減少第二列動(dòng)葉表面上的非定常性，對(duì)葉片性能有改善的作用。從研究和工程應(yīng)用表明：葉排間尾跡的撞擊作用，對(duì)葉輪機(jī)械整體的氣動(dòng)性能有顯著的影響[ 5-6 ] 。 不同的研究者得出的結(jié)果可能差異很大，如Simt h 關(guān)于一臺(tái)低速壓縮機(jī)的試驗(yàn)表明 [7] ：將軸向間距由37 ％弦長(zhǎng)縮短至 7 ％時(shí)，壓縮機(jī)的效率將提高1 ％～2 ％，靜壓提高 2 ％～ 4 ％；然而， Hetherington 和 Moritz 關(guān)于另一臺(tái)壓縮機(jī)的研究 [8] 得到了相反的趨勢(shì)，他們發(fā)現(xiàn)將軸向間距增大 3 倍，壓縮機(jī)的性能反而提高；還有Dorney 等 [9] 研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子上游靜葉排與下游靜葉排的相對(duì)位置（ clocking 現(xiàn)象），讓第一級(jí)靜葉的尾跡打到第二級(jí)靜葉的壓力面上時(shí)，壓縮機(jī)的效率可提高 0.6 ％～ 0.7 ％�？梢�(jiàn)葉排之間的相互影響對(duì)整個(gè)壓縮機(jī)內(nèi)部流動(dòng)影響是比較顯著的，把PIV 技術(shù)和相位鎖定觸發(fā)技術(shù)結(jié)合起來(lái)研究動(dòng) / 靜葉相干現(xiàn)象，對(duì)整個(gè)流場(chǎng)產(chǎn)生的影響具有重要的意義。本文利用PIV 和鎖相技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)對(duì)一 11/2級(jí)（導(dǎo)葉、動(dòng)葉、靜葉）壓縮機(jī)內(nèi)部流動(dòng)做了測(cè)量，對(duì)工程實(shí)際設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值，也彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)用試驗(yàn)測(cè)量研究壓縮機(jī)內(nèi)部動(dòng) / 靜葉相干非定常流動(dòng)現(xiàn)象較少的不足。

1 試驗(yàn)裝置及過(guò)程

　　試驗(yàn)裝置如圖1所示，氣體由集流器進(jìn)入風(fēng)道，經(jīng)過(guò)導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)子和靜葉最后從出口排出。試驗(yàn)裝置參數(shù)：導(dǎo)葉為 40 片，動(dòng)葉為19片，靜葉為13片；機(jī)殼內(nèi)徑為450mm ，輪轂比為0.75，葉高為56.25mm ，轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙為3.6mm ，導(dǎo)葉與動(dòng)葉距離可調(diào)（試驗(yàn)時(shí)距離為13mm）。為了保證光路順利進(jìn)入所測(cè)區(qū)域，把動(dòng)葉周?chē)�外�?cè)加工成為有機(jī)玻璃材質(zhì)。由于激光片光源有一定的焦距，為了保證激光光路在所要求的距離范圍內(nèi)，在風(fēng)道進(jìn)口和導(dǎo)葉之間合適的位置開(kāi)一小孔，內(nèi)側(cè)安裝一光學(xué)反光鏡，用反光鏡反射的激光進(jìn)入動(dòng)葉葉道內(nèi)部，就保證了測(cè)試區(qū)域在激光片光源焦距上。在測(cè)量過(guò)程中，葉片表面對(duì)激光的反光作用很強(qiáng)，反射的激光不僅使靠近葉片區(qū)域無(wú)法測(cè)量，強(qiáng)烈的激光也會(huì)對(duì)CCD造成損害，所以要避免強(qiáng)烈的激光反射，這就需要對(duì)葉片表面進(jìn)行處理。先在葉片表面用噴霧器噴上一層薄薄的黑漆，然后再撒一層碳粉，最后用棉布打磨平整，不僅遏制了強(qiáng)烈的激光反射，而且也沒(méi)有改變?nèi)~片的形狀，對(duì)流場(chǎng)不會(huì)造成影響。用鎖相技術(shù)對(duì)動(dòng)葉不同位置進(jìn)行鎖相，測(cè)量了動(dòng)/ 靜葉3個(gè)不同相對(duì)位置上的流場(chǎng)。把導(dǎo)葉一個(gè)葉道平均分成3個(gè)位置，對(duì)每個(gè)位置進(jìn)行鎖相，具體操作時(shí)先把動(dòng)葉掃過(guò)每個(gè)位置時(shí)所用的時(shí)間確定好，通過(guò)調(diào)節(jié)編碼器脈沖延遲時(shí)間加以改變鎖相位置。具體鎖相位置如圖2所示。受結(jié)構(gòu)的限制，測(cè)量區(qū)域只能測(cè)量葉道內(nèi)吸力面附近的區(qū)域，壓力面流動(dòng)無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，如圖3 所示，矩形區(qū)域代表激光進(jìn)入葉道前情形，近似梯形為測(cè)量區(qū)域。用 PIV 測(cè)量時(shí)，示蹤粒子的選取與播撒也是一個(gè)較為重要的環(huán)節(jié)，選取祭祀用的香作為示蹤粒子，粒子直徑較小，跟隨性好；但是煙霧容易在壁面上凝結(jié)，做一個(gè)工況要停機(jī)擦拭一次，以保證激光順利通過(guò)。

2 　數(shù)據(jù)的處理

　　數(shù)據(jù)的后期處理對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)有較大的影響，沒(méi)有詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理也不能很好地表現(xiàn)結(jié)果。在數(shù)據(jù)處理上分為兩步，先用 PIV 專(zhuān)用軟件 Insight 對(duì)所拍圖片進(jìn)行處理，得到vector文件；然后用所編程序和tecplot 做進(jìn)一步處理。由于用 PIV 測(cè)量的速度都是用絕對(duì)速度表示，在旋轉(zhuǎn)的葉輪機(jī)械里面往往用相對(duì)速度表達(dá)更為合適，用所編程序?qū)�絕對(duì)速度文件進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)化為相對(duì)速度，在轉(zhuǎn)化時(shí)用絕對(duì)速度減去牽連速度（葉輪圓周速度）得到。在測(cè)量過(guò)程中測(cè)量了設(shè)計(jì)流量、近失速流量和失速流量下的速度分布情況；沿葉高測(cè)量了葉根（距葉根 20 ％處），葉中（葉片中部）和葉高（距葉頂 20 ％處）3個(gè)位置；每個(gè)位置測(cè)量了不同鎖相位置上的流動(dòng)情況。由于數(shù)據(jù)量較多，在數(shù)據(jù)處理時(shí)采取用多個(gè)時(shí)刻平均進(jìn)行處理，即在結(jié)果中用平均場(chǎng)來(lái)表示，把3個(gè)相位上的平均場(chǎng)進(jìn)行比較得到鎖相位置對(duì)內(nèi)部流動(dòng)的影響。

3　 試驗(yàn)結(jié)果

　　由于測(cè)量工況較多，數(shù)據(jù)量較大，限于篇幅，不能把所有結(jié)果加以表現(xiàn)，現(xiàn)只把設(shè)計(jì)流量 (2.46 ～ 2.50kg/s) 和失速流量（ 1.79 ～ 1.95kg/s ）工況下，葉片中部和葉尖處不同相位的結(jié)果加以表達(dá)，葉片根部流動(dòng)情況只作簡(jiǎn)單描述，葉根流動(dòng)情況圖片就不再顯示，葉片根部的流動(dòng)情況比較穩(wěn)定，出現(xiàn)分離現(xiàn)象較少，在葉片根部失速流量只有下相位3上出現(xiàn)了完全分離現(xiàn)象，而在葉中和葉尖各個(gè)相位都出現(xiàn)了分離現(xiàn)象。

　　首先分析葉片中部流動(dòng)情況，其中，圖4為設(shè)計(jì)流量下葉片中部在不同相位上的流動(dòng)情況；圖5是失速流量下葉片中部在不同相位上的流動(dòng)情況；圖6是失速流量下葉片中部某一時(shí)刻在分離情況下的流動(dòng)情況。從葉中流動(dòng)情況可以看到，流動(dòng)在相位1時(shí)最為穩(wěn)定，在相位3上流動(dòng)最為紊亂，在設(shè)計(jì)流量下和失速流量下都是這種現(xiàn)象，都符合從相位 1 到相位3流動(dòng)是從穩(wěn)定到紊亂的發(fā)展過(guò)程。在失速流量下瞬時(shí)時(shí)刻頻繁出現(xiàn)了分離現(xiàn)象，其中相位1上出現(xiàn)完全分離的時(shí)刻較少，而在相位3上較多，相位2居中。分離時(shí)絕對(duì)速度表現(xiàn)為氣流跟著葉片一起旋轉(zhuǎn)，很少氣流從葉道流出，相對(duì)速度表現(xiàn)為氣流在葉道內(nèi)部有大量的漩渦。在每個(gè)相位上經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，用平均流場(chǎng)表現(xiàn)了動(dòng) / 靜葉相干在流道內(nèi)部的非定�，F(xiàn)象，流動(dòng)在相位 1 上情況良好，在相位3上流動(dòng)最為紊亂，說(shuō)明分離漩渦在相位1上是產(chǎn)生的過(guò)程，經(jīng)過(guò)相位2 加強(qiáng)，到相位3 上達(dá)到最大，這種現(xiàn)象在葉道里面是周期性重復(fù)的過(guò)程。

　　
　　葉尖處流動(dòng)情況，其中圖7 是設(shè)計(jì)流量下葉尖處在不同相位上的流動(dòng)情況；圖8是在失速流量下葉尖處在不同相位上的流動(dòng)情況；圖9是失速流量下葉尖處某一時(shí)刻在分離情況下的流動(dòng)情況。從圖中可以看出，在葉尖處流動(dòng)情況沿著相位 1 到相位3 渦量是從弱到強(qiáng)的過(guò)程，也符合在相位1上流動(dòng)最為穩(wěn)定，在相位3上流動(dòng)最為紊亂，和葉片中部流動(dòng)情況相似。這就進(jìn)一步說(shuō)明了葉道內(nèi)部的流動(dòng)分離從相位1到相位3分離是逐漸加強(qiáng)的過(guò)程，分離漩渦沿著相位 1 到相位 3 是產(chǎn)生、發(fā)展和加強(qiáng)的過(guò)程。這里沒(méi)有展示葉根處流動(dòng)情況，實(shí)際上葉根處也符合這一規(guī)律。

通焊接(fan)是依靠輸入的機(jī)械能，提高氣體壓力并排送氣體的機(jī)械，它是一種從動(dòng)的流體機(jī)械。

　　通焊接廣泛用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車(chē)輛、船舶和建筑物的通風(fēng)、排塵和冷卻；鍋爐和工業(yè)爐窯的通風(fēng)和引風(fēng)；空氣調(diào)節(jié)設(shè)備和家用電器設(shè)備中的冷卻和通風(fēng)；谷物的烘干和選送；風(fēng)洞風(fēng)源和氣墊船的充氣和推進(jìn)等。


　　通焊接的工作原理與透平壓縮機(jī)基本相同，只是由于氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。


　　通風(fēng)機(jī)已有悠久的歷史。中國(guó)在公元前許多年就已制造出簡(jiǎn)單的木制礱谷風(fēng)車(chē)，它的作用原理與現(xiàn)代離心通風(fēng)機(jī)基本相同。1862年，英國(guó)的圭貝爾發(fā)明離心通風(fēng)機(jī)，其葉輪、機(jī)殼為同心圓型，機(jī)殼用磚制，木制葉輪采用后向直葉片，效率僅為40%左右，主要用于礦山通風(fēng)。1880年，人們?cè)O(shè)計(jì)出用于礦井排送風(fēng)的蝸形機(jī)殼，和后向彎曲葉片的離心通風(fēng)機(jī)，結(jié)構(gòu)已比較完善了。


　　1892年法國(guó)研制成橫流通風(fēng)機(jī)；1898年，愛(ài)爾蘭人設(shè)計(jì)出前向葉片的西羅柯式離心通風(fēng)機(jī)，并為各國(guó)所廣泛采用；19世紀(jì)，軸流通風(fēng)機(jī)已應(yīng)用于礦井通風(fēng)和冶金工業(yè)的鼓風(fēng)，但其壓力僅為100～300帕，效率僅為15～25%，直到二十世紀(jì)40年代以后才得到較快的發(fā)展。


　　1935年，德國(guó)首先采用軸流等壓通風(fēng)機(jī)為鍋爐通風(fēng)和引風(fēng)；1948年,丹麥制成運(yùn)行中動(dòng)葉可調(diào)的軸流通風(fēng)機(jī)；旋軸流通風(fēng)機(jī)、子午加速軸流通風(fēng)機(jī)、斜流通風(fēng)機(jī)和橫流通風(fēng)機(jī)也都獲得了發(fā)展。


　　按氣體流動(dòng)的方向，通風(fēng)機(jī)可分為離心式、軸流式、斜流式和橫流式等類(lèi)型。


　　離心通風(fēng)機(jī)工作時(shí)，動(dòng)力機(jī)(主要是電動(dòng)機(jī))驅(qū)動(dòng)葉輪在蝸形機(jī)殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，空氣經(jīng)吸氣口從葉輪中心處吸入。由于葉片對(duì)氣體的動(dòng)力作用，氣體壓力和速度得以提高，并在離心力作用下沿著葉道甩向機(jī)殼，從排氣口排出。因氣體在葉輪內(nèi)的流動(dòng)主要是在徑向平面內(nèi)，故又稱(chēng)徑流通風(fēng)機(jī)。


　　離心通風(fēng)機(jī)主要由葉輪和機(jī)殼組成，小型通風(fēng)機(jī)的葉輪直接裝在電動(dòng)機(jī)上中、大型通風(fēng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器或皮帶輪與電動(dòng)機(jī)聯(lián)接。離心通風(fēng)機(jī)一般為單側(cè)進(jìn)氣，用單級(jí)葉輪；流量大的可雙側(cè)進(jìn)氣，用兩個(gè)背靠背的葉輪，又稱(chēng)為雙吸式離心通風(fēng)機(jī)。


　　葉輪是通風(fēng)機(jī)的主要部件，它的幾何形狀、尺寸、葉片數(shù)目和制造精度對(duì)性能有很大影響。葉輪經(jīng)靜平衡或動(dòng)平衡校正才能保證通風(fēng)機(jī)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)。按葉片出口方向的不同，葉輪分為前向、徑向和后向三種型式。前向葉輪的葉片頂部向葉輪旋轉(zhuǎn)方向傾斜；徑向葉輪的葉片頂部是向徑向的，又分直葉片式和曲線型葉片；后向葉輪的葉片頂部向葉輪旋轉(zhuǎn)的反向傾斜。

浙江降溫設(shè)備
山東負(fù)壓風(fēng)機(jī)
負(fù)壓風(fēng)機(jī)廠家

鋒速達(dá)是水簾生產(chǎn)廠家|環(huán)�？照{(diào)生產(chǎn)廠家|屋頂風(fēng)機(jī)廠家|，鋒速達(dá)承接規(guī)劃：豬場(chǎng)降溫|車(chē)間降溫|廠房降溫|豬場(chǎng)通風(fēng)|車(chē)間通風(fēng)|廠房通風(fēng)|屋頂排風(fēng)機(jī)|屋頂排熱|廠房通風(fēng)降溫|車(chē)間通風(fēng)降溫|通風(fēng)換氣排熱降溫工程|屋頂風(fēng)機(jī)安裝|負(fù)壓風(fēng)機(jī)安裝|水簾安裝|環(huán)保空調(diào)安裝|通風(fēng)設(shè)備安裝|通風(fēng)降溫設(shè)備|通風(fēng)系統(tǒng)安裝案例|通風(fēng)降溫系統(tǒng)|屋頂通風(fēng)機(jī)|屋頂排風(fēng)系統(tǒng)
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