地鐵風(fēng)機(jī)反風(fēng)方法及裝置
在地鐵通風(fēng)系統(tǒng)中,有的夏天需要將外面的新鮮空氣引入地下通道,而在冬天則需要風(fēng)機(jī)反向送風(fēng),也稱/反風(fēng)“,將通道中的污濁空氣排放到外面,一年之中風(fēng)機(jī)需要兩次換向工作;還有的要求隔天一次的頻繁換向;特別在緊急情況下,例如發(fā)生火災(zāi)或毒氣時(shí)的應(yīng)急反風(fēng),這就需要一種”可逆風(fēng)機(jī)“。國際通用慣例及國家標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)風(fēng)機(jī)規(guī)定了反風(fēng)時(shí)的風(fēng)量和效率,同時(shí)還有反風(fēng)操作時(shí)間,一般要求其反風(fēng)工作時(shí)的風(fēng)量是正向時(shí)的60% ~80%,而反風(fēng)動(dòng)作應(yīng)在10min內(nèi)完成。迄今為止,幾乎所有地鐵風(fēng)機(jī)的反風(fēng)都是通過將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子逆向旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的,而風(fēng)機(jī)動(dòng)葉及靜葉又彎又扭的特殊造型和結(jié)構(gòu),決定了它只能在正向時(shí)高效率工作,風(fēng)機(jī)的逆向旋轉(zhuǎn)工作恰恰是其最不利的工作狀態(tài),它會(huì)使風(fēng)機(jī)的風(fēng)量下降,風(fēng)壓降低,風(fēng)機(jī)效率也很低。為了解決這個(gè)矛盾,不得不犧牲正向工作時(shí)的高效率,將葉型改成”對(duì)稱翼型“,這就使風(fēng)機(jī)常年在低效率下工作,造成了電力的極大浪費(fèi);有的還研究了各種動(dòng)、靜葉的配置結(jié)構(gòu)。近年來出現(xiàn)了一種/S型”葉型的風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)的反風(fēng)性能有所提高,但由于風(fēng)機(jī)葉型偏離機(jī)翼翼型太多,風(fēng)機(jī)正向效率不高也就很自然的了。
因此,既要堅(jiān)持通過反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)反風(fēng),又要從氣動(dòng)設(shè)計(jì)方面入手。那么,試圖設(shè)計(jì)一種新翼型來兼得正、反風(fēng)同樣的高效工作,這無疑是走進(jìn)了死胡同。既然單純氣動(dòng)的路子走不通,就不妨換個(gè)思路,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手又會(huì)怎樣本文就此作了一次嘗試。
2技術(shù)方案地鐵風(fēng)機(jī)的一個(gè)基本要求是結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小。從結(jié)構(gòu)上解決風(fēng)機(jī)反風(fēng)的問題有兩種方法。
2.1旋轉(zhuǎn)葉片法如果將風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉和靜葉分別旋轉(zhuǎn)約180*,則可以實(shí)現(xiàn)較高效率的反風(fēng)。只不過此時(shí)的動(dòng)葉位于靜葉的下風(fēng)向,其效率要低于正風(fēng)效率,而且風(fēng)機(jī)葉片在葉根處的稠度(即實(shí)度)較大,葉片的旋轉(zhuǎn)會(huì)造成相鄰葉片間的干涉,因此不得不每隔一個(gè)葉片分兩組進(jìn)行旋轉(zhuǎn),這樣才能完成反風(fēng)動(dòng)作。所以這種反風(fēng)方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不容易實(shí)施。
2.2風(fēng)機(jī)整體旋轉(zhuǎn)法仔細(xì)分析地鐵風(fēng)機(jī)的具體結(jié)構(gòu)是十分有益的。地鐵風(fēng)機(jī)一般都是水平安置的,且都是單級(jí)的(一級(jí)動(dòng)葉加一級(jí)靜葉)電機(jī)內(nèi)置。因此,其軸向長度很短,與其直徑差不多,有的比直徑還小。這樣,就提供了一個(gè)契機(jī):當(dāng)需要反風(fēng)時(shí),只需將地鐵風(fēng)機(jī)整機(jī)(包括轉(zhuǎn)子、機(jī)殼和電機(jī))原地繞垂直于其旋轉(zhuǎn)軸線的縱向?qū)ΨQ軸旋轉(zhuǎn)180*即可完成反風(fēng)。這種操作并不需要額外的通道空間,且能保證風(fēng)機(jī)在正向和反風(fēng)時(shí)工作狀態(tài)完全相同,因此也同樣具有高性能。
3風(fēng)機(jī)反風(fēng)裝置總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及工作原理整個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)分成三部分:A部分軸流風(fēng)機(jī);B部分一風(fēng)機(jī)換向機(jī)構(gòu);C部分(包括Cl、2)風(fēng)筒移動(dòng)機(jī)構(gòu),如所示。風(fēng)機(jī)正向工作時(shí),氣流如圖中實(shí)線箭頭方向所示。當(dāng)需要反風(fēng)時(shí),通過預(yù)先設(shè)置的一系列程序指令執(zhí)行反風(fēng)動(dòng)作:首先執(zhí)行停機(jī)指令,然后通過控制裝置將風(fēng)筒移動(dòng)機(jī)構(gòu)C1、C2與風(fēng)機(jī)沿軸向分開,并各自沿軸向向兩側(cè)移動(dòng)預(yù)定的一小段距離,再由風(fēng)機(jī)換向機(jī)構(gòu)將風(fēng)機(jī)繞垂直于其軸線的縱向?qū)ΨQ軸旋轉(zhuǎn)180*,最后再通過控制裝置使風(fēng)筒移動(dòng)機(jī)構(gòu)C1、C2回移復(fù)位,并完成與風(fēng)機(jī)的對(duì)接,使二者快速牢固連接,從而完成了反風(fēng)動(dòng)作;按下啟動(dòng)按鈕,風(fēng)向立即改變,如中虛線箭頭所示。
1.固定風(fēng)筒2.軟連接風(fēng)筒3.活動(dòng)通風(fēng)筒4.軸流風(fēng)機(jī)5.作動(dòng)筒6.密封環(huán)7.風(fēng)機(jī)換向驅(qū)動(dòng)裝置8.風(fēng)機(jī)換向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)9.旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)反風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)反風(fēng)裝置總體結(jié)構(gòu)的三維圖象如所示,其風(fēng)機(jī)換向驅(qū)動(dòng)裝置為垂直布局方案。
4風(fēng)機(jī)反風(fēng)裝置的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到反風(fēng)動(dòng)作必須在10min內(nèi)完成的要求,該反風(fēng)裝置各部件設(shè)計(jì)則要求各個(gè)分解動(dòng)作必須能夠在最短的時(shí)間內(nèi)完成。
4.1軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)高性能的軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)高效率反風(fēng)的基礎(chǔ)。原則上,本技術(shù)可以在任何軸流通風(fēng)機(jī)上實(shí)施,它可以保證風(fēng)機(jī)的反風(fēng)性能與正風(fēng)性能相同。用航空技術(shù)設(shè)計(jì)的軸流通風(fēng)機(jī)效率可達(dá)85%以上。
由于本技術(shù)的關(guān)鍵在于風(fēng)機(jī)需繞其縱向?qū)ΨQ軸旋轉(zhuǎn)18tf,因此與通常的風(fēng)機(jī)不同,其機(jī)殼的兩端不能與其前后通風(fēng)道的風(fēng)筒固定聯(lián)接,而必須是能夠密封的活動(dòng)聯(lián)接;最簡單的是采取端面密封的端面對(duì)接。而為了保證橡膠密封圈的密封效果,必須得為其提供足夠的壓緊力,這種力可由作動(dòng)筒靠氣動(dòng)或液壓提供,但是作動(dòng)筒由于長期處于工作狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致漏氣或漏油。因此,可考慮采用預(yù)先設(shè)定的彈簧力壓緊密封環(huán)來保證密封,而作動(dòng)筒僅在需要移動(dòng)活動(dòng)通風(fēng)筒時(shí)才使用。
風(fēng)機(jī)反風(fēng)裝置的三維圖象4.2風(fēng)筒移動(dòng)機(jī)構(gòu)由前面的分析可知,風(fēng)機(jī)繞其縱向?qū)ΨQ軸旋轉(zhuǎn)18Cf,實(shí)現(xiàn)反風(fēng)而無需額外的空間是可能的。但是在實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作之前,前后兩側(cè)的風(fēng)筒必須采用軟連接,并向兩側(cè)分開,以留出足夠的空間。完成動(dòng)作之后,又必須退回原位,并給密封圈足夠的壓力以保持密封。
4.2.1活動(dòng)通風(fēng)筒最小移動(dòng)距離的估計(jì)由于風(fēng)機(jī)兩側(cè)的通風(fēng)筒都是“空心”的,在風(fēng)機(jī)繞其縱軸旋轉(zhuǎn)的過程中不會(huì)遇到熱和阻礙,所以其所需的,向兩側(cè)最小移動(dòng)距離S(mm)很小,并可由下式估算:D2風(fēng)機(jī)葉輪外徑,mm tl*-葉輪尖部與機(jī)殼間的徑向間隙,h機(jī)殼法蘭高度,mm則有因此,兩側(cè)活動(dòng)通風(fēng)筒只需向兩邊移動(dòng)58.2mm,風(fēng)機(jī)就有足夠的空間旋轉(zhuǎn)180*,這就降低了整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。
4.2.2軟連接風(fēng)筒為了使風(fēng)機(jī)前、后方的風(fēng)筒能夠移動(dòng),而且還得保證密封,必須采用如中的活動(dòng)通風(fēng)筒3,而活動(dòng)通風(fēng)筒與更遠(yuǎn)的上、下游固定風(fēng)筒連接的最簡單方法是采用可以伸縮的軟連接風(fēng)筒,如中的2所示,這種軟連接實(shí)現(xiàn)上述58.2mm的移動(dòng)是很方便的?;顒?dòng)通風(fēng)筒與軟連接風(fēng)筒一起靠作動(dòng)筒5支撐并固連于固定風(fēng)筒1上。
4.2.3活動(dòng)通風(fēng)筒的移動(dòng)活動(dòng)通風(fēng)筒與軟連接風(fēng)筒向風(fēng)機(jī)兩側(cè)的移動(dòng)靠沿圓周均布的3個(gè)作動(dòng)筒5執(zhí)行,而作動(dòng)筒是由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓泵驅(qū)動(dòng)(未示出)。
4.3風(fēng)機(jī)換向機(jī)構(gòu)風(fēng)機(jī)換向機(jī)構(gòu)是該反風(fēng)方法的關(guān)鍵部件。
風(fēng)機(jī)繞其縱向?qū)ΨQ軸旋轉(zhuǎn)180*,即水平換向靠一套旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來完成。風(fēng)機(jī)的整個(gè)質(zhì)量通過一個(gè)支架穩(wěn)穩(wěn)地坐落在可旋轉(zhuǎn)的底盤上,底盤與底座之間有一圈大滾珠,形似一個(gè)大的“止推軸承”。風(fēng)機(jī)的換向旋轉(zhuǎn)靠一根與風(fēng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)底盤垂直聯(lián)結(jié)的粗大的軸帶動(dòng)。和該軸聯(lián)接的齒輪與特別設(shè)計(jì)的大傳動(dòng)比減速器嚙合;減速器由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng),電機(jī)的工作和轉(zhuǎn)速由專門設(shè)計(jì)的單片機(jī)程序控制,它使風(fēng)機(jī)剛好轉(zhuǎn)過18tf,并在換向操作開始和結(jié)束時(shí)使轉(zhuǎn)速減慢,以減少開始時(shí)啟動(dòng)力矩和結(jié)束時(shí)慣性造成的沖擊力。最后用止動(dòng)裝置定位。
4.3.1風(fēng)機(jī)換向速度的確定在設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)換向機(jī)構(gòu)之前,首先必須確定換向速度,即風(fēng)機(jī)水平換向需要多少時(shí)間,這是因?yàn)槿缦略颉?/p>
必須得在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成換向,這是對(duì)“可逆風(fēng)機(jī)”設(shè)計(jì)的基本要求。
換向時(shí)間又不能太短,即風(fēng)機(jī)水平換向旋轉(zhuǎn)不能太快,因?yàn)榈罔F風(fēng)機(jī)是一個(gè)龐然大物,其質(zhì)量少則也有1~ 2t,其旋轉(zhuǎn)慣性很大。因此,水平換向時(shí)間分為3段:然后用止動(dòng)裝置定位。旋轉(zhuǎn)的啟動(dòng)速度不能太快,以減少開始時(shí)的啟動(dòng)力矩;同樣,換向旋轉(zhuǎn)接近完成時(shí)的速度也不宜太快,否則當(dāng)停止旋轉(zhuǎn)時(shí),旋轉(zhuǎn)慣性會(huì)對(duì)止動(dòng)銷產(chǎn)生很大的沖擊力;其余就是中間一段時(shí)間了,為了縮短總的換向時(shí)間,不妨可以轉(zhuǎn)得快些。
2風(fēng)機(jī)換向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如中的8所示,主要指減速器和換向旋轉(zhuǎn)軸。
2.1換向旋轉(zhuǎn)軸該軸是風(fēng)機(jī)的縱向?qū)ΨQ軸,因此應(yīng)精確定位在軸流通風(fēng)機(jī)4機(jī)殼縱向子午面內(nèi)的1/2處,其強(qiáng)度應(yīng)能傳遞足夠的扭矩以驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)水平換向,而不必承受風(fēng)機(jī)本體的質(zhì)量。
4.3.2.2齒輪轉(zhuǎn)盤該轉(zhuǎn)盤裝在風(fēng)機(jī)的換向旋轉(zhuǎn)軸上,軸向固定,構(gòu)成減速器的一部分,并承受風(fēng)機(jī)本體的全部質(zhì)量;風(fēng)機(jī)下部分別裝有兩個(gè)支架,以使風(fēng)機(jī)坐落在齒輪轉(zhuǎn)盤上,并使其承受風(fēng)機(jī)的質(zhì)量。
3減速器的設(shè)計(jì)減速器是風(fēng)機(jī)水平換向操作中必不可少的部件,因?yàn)橥ǔ?dòng)減速器的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很快,而風(fēng)機(jī)水平換向的旋轉(zhuǎn)速度又很慢,只有大減速比的減速器才可以完成。
3.1減速器型式的選擇減速器型式的選擇在很大程度上取決于減速比。假定風(fēng)機(jī)水平換向,即風(fēng)機(jī)繞縱向?qū)ΨQ軸在2min內(nèi)完成18(b的旋轉(zhuǎn),則換向轉(zhuǎn)速為0. 25r/min;又假定電機(jī)轉(zhuǎn)速為500iVmin(這種多極電機(jī)結(jié)構(gòu)較大),于是要求減速器的減速比為1000,如果限定使用結(jié)構(gòu)緊湊的減速器,就只有選用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)了;如選用多級(jí)圓柱-圓錐齒輪減速器,結(jié)構(gòu)將會(huì)很大。
3.2電機(jī)的選擇風(fēng)機(jī)換向驅(qū)動(dòng)裝置,如中的7,主要指電機(jī),一般電機(jī)轉(zhuǎn)速太高,使減速器設(shè)計(jì)很困難,因此最好使用調(diào)頻電機(jī),它可以對(duì)換向轉(zhuǎn)速進(jìn)行任意調(diào)整。
4控制器的設(shè)計(jì)對(duì)控制器的設(shè)計(jì)要求則是能按預(yù)定程序來控制水平換向的旋轉(zhuǎn)速度。如,換向開始和終了時(shí)速度要慢,中間可適當(dāng)加快,整個(gè)動(dòng)作時(shí)間就在2min內(nèi)完成。
4.4系統(tǒng)控制方案的確定當(dāng)需要反風(fēng)時(shí),由通風(fēng)系統(tǒng)控制室發(fā)出指令,使風(fēng)機(jī)進(jìn)入換向工作狀態(tài)。
首先使風(fēng)機(jī)電機(jī)電源斷開(因此其轉(zhuǎn)速會(huì)逐漸降低,直到停機(jī)),此時(shí)段約需30s,無需等待風(fēng)機(jī)完全停機(jī),即可執(zhí)行以下步驟。
啟動(dòng)風(fēng)筒移動(dòng)機(jī)構(gòu):首先接通該機(jī)構(gòu)的控制電源,于是電機(jī)就帶動(dòng)氣泵或液壓泵工作,并緩慢驅(qū)動(dòng)3個(gè)作動(dòng)筒來壓縮軟連接風(fēng)筒(同時(shí)反抗彈簧的拉力),并將活動(dòng)通風(fēng)筒向風(fēng)機(jī)兩側(cè)移動(dòng),當(dāng)移到預(yù)定位置時(shí)自動(dòng)停止,此時(shí)段約接通風(fēng)機(jī)換向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的電源,其電機(jī)按預(yù)定程序驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)整體,以順時(shí)針方向或逆時(shí)針方向,繞其縱向?qū)ΨQ軸以/慢-稍快-慢“的順序旋轉(zhuǎn)180°,當(dāng)觸及止動(dòng)銷時(shí)則停止轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)風(fēng)機(jī)剛好到達(dá)反風(fēng)位置,此時(shí)段約需3min.再次接通風(fēng)筒移動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制電源,使氣泵或液壓泵泄壓,3個(gè)作動(dòng)筒卸荷,于是在彈簧力的驅(qū)動(dòng)下,活動(dòng)通風(fēng)筒由兩側(cè)向風(fēng)機(jī)移動(dòng),使軟連接風(fēng)筒恢復(fù)到自由狀態(tài);彈簧的剩余拉伸狀態(tài)仍有足夠的壓力將活動(dòng)通風(fēng)筒壓緊在風(fēng)機(jī)的密封環(huán)上,以產(chǎn)生所需的密封效果。然后關(guān)閉控制電源,此時(shí)段約需2min.接通風(fēng)機(jī)的內(nèi)置電機(jī),使風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)段約需30s.至此,風(fēng)機(jī)的反風(fēng)工作狀態(tài)己經(jīng)建立,總共需時(shí)約8min,完全達(dá)到國標(biāo)要求。當(dāng)然,各段時(shí)間還可以根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。
5結(jié)論提出了一種地鐵風(fēng)機(jī)反風(fēng)新方法,從而用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法替代氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法,為提高風(fēng)機(jī)反風(fēng)性能指出了一種新途徑。
風(fēng)機(jī)整體水平換向?qū)崿F(xiàn)反風(fēng)的方法可以使風(fēng)機(jī)在正、反風(fēng)狀態(tài)下都能以高效率工作,有重要的節(jié)能價(jià)值。
提出的結(jié)構(gòu)方案操作簡便,結(jié)構(gòu)緊湊、合理,占地面積小,特別適用于城市地鐵建設(shè),也適用于礦井等需要反風(fēng)的環(huán)境,該結(jié)構(gòu)方案尚可進(jìn)一步完善。
責(zé)任編輯:任江強(qiáng)
-
1
除塵風(fēng)機(jī)滾動(dòng)軸承失效表現(xiàn)
461
18
-
2
離心通風(fēng)機(jī)剛度計(jì)算方法
485
18
-
3
風(fēng)機(jī)防磨、防振、防積灰的措...
453
18
-
4 防止和消除風(fēng)機(jī)磨損
419
18
-
5 緊記風(fēng)機(jī)選型事項(xiàng)
436
18
-
6 風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法及合理選擇風(fēng)...
1057
18
-
7 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇與計(jì)算
646
18
-
8 風(fēng)機(jī)的變型設(shè)計(jì)
469
18
-
9 旋轉(zhuǎn)脫流與喘振的關(guān)系
526
18
-
10 高壓風(fēng)機(jī)修正計(jì)算
482
18
- 19 半裸旋蝸殼 467
- 20 軸流式通風(fēng)機(jī)蝸殼 471
- 21 螺旋形蝸殼 718
- 22 軸向蝸殼 451
- 23 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)性能不佳的原因 461
- 24 系統(tǒng)阻力曲線對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的... 650
- 25 內(nèi)蝸殼 441
- 26 圓截面蝸殼 479
- 27 出口消音器 461
- 28 風(fēng)機(jī)技術(shù)研究中心 489
周口市通用鼓風(fēng)機(jī)有限公司
地址:河南省周口市川匯區(qū)周西路37號(hào)
電話微信同號(hào):13137650060
傳真:0394-8233409
郵箱:930948608@qq.com