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提高葉片局部粗糙度對(duì)風(fēng)機(jī)效率影響的實(shí)驗(yàn)研究霍福鵬孟繁娟鐘洪亮陳佐一蔣正苗楊乃鐸孫穩(wěn)立清華大學(xué)熱能工程系，北京北京風(fēng)機(jī)二廠，北京摘要通過對(duì)三種風(fēng)機(jī)在葉片上進(jìn)行了加大局部粗糙度的實(shí)驗(yàn)，研究了風(fēng)機(jī)葉片上不同位置的粗糙度變化對(duì)風(fēng)機(jī)效率的影響，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉片內(nèi)弧尾緣加大粗糙度時(shí)風(fēng)機(jī)的效率會(huì)提高。 　　實(shí)驗(yàn)得到了通過增加葉片局部粗糙度提高風(fēng)機(jī)效率的粗糙帶最佳寬度及其位置，并對(duì)不同的粗糙度對(duì)效率的影響進(jìn)行了初步的探討。 　　本工作為風(fēng)機(jī)節(jié)能開辟了一條新路。 　　關(guān)鍵詞風(fēng)機(jī)葉片變粗糙度節(jié)能冬不目叮舀在傳統(tǒng)的理論及現(xiàn)行的葉片設(shè)計(jì)與加工中，為了保證較好的氣動(dòng)性能，要求透平與壓氣機(jī)的葉片表面盡可能光潔。 　　而最新的理論研究表明，在葉片局部加大粗糙度會(huì)使葉片的升阻比呈某一規(guī)律性變化，而在適當(dāng)?shù)奈恢眉哟蟠植诙?，葉片的升阻比會(huì)有所提高。 　　在相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，對(duì)孤立的葉片和平面葉柵中的葉片加大其內(nèi)弧尾緣的粗糙度，升阻比確有一定的提高。 　　但這種葉片的升阻比的提高在實(shí)際工作的葉輪機(jī)械中對(duì)效率的影響是如何體現(xiàn)的，同時(shí)不同位置的粗糙度變化對(duì)風(fēng)機(jī)效率影響的規(guī)律，目前在國際國內(nèi)均未見系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。 　　本文對(duì)加大葉片局部粗糙度引起的風(fēng)機(jī)效率變化進(jìn)行了研究，初步給出了在不同位置加大粗糙度對(duì)風(fēng)機(jī)效率影響的曲線，并給出了在不改變?nèi)~型條件下僅通過增加葉片局部粗糙度能提高風(fēng)機(jī)效率的具體位置，為在不改變?nèi)~型條件下提高壓氣機(jī)及透平的效率開辟了一條新路。 　　實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)由北京風(fēng)機(jī)二廠分別選取了三種型號(hào)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在有計(jì)劃的加大風(fēng)機(jī)葉片某些部位的粗糙度的情況下對(duì)比風(fēng)機(jī)的效率，從而確定局部粗糙度變化對(duì)風(fēng)機(jī)效率的影響。 　　加大葉片局部粗糙度的方法是在較光滑的風(fēng)機(jī)葉片表面貼粗糙帶，本實(shí)驗(yàn)采用的粗糙帶為普通砂紙。 　　在實(shí)驗(yàn)中粗糙帶未發(fā)生翹起脫落等異常情況，砂紙的厚度與重量對(duì)風(fēng)機(jī)的影響均可以忽略不計(jì)。 　　可以認(rèn)為風(fēng)機(jī)效率的變化僅與粗糙帶的位置與粗糙度的大小有關(guān)。 　　實(shí)驗(yàn)的對(duì)比結(jié)果為風(fēng)機(jī)的流量一效率變化曲線，對(duì)比兩種情況的最大效率。 　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論對(duì)不同的風(fēng)機(jī)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一些共同的結(jié)果日期一修訂日期一基金項(xiàng)目國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目霍福鵬一男（滿族），遼寧鞍山人，博士研究生，主要從事氣動(dòng)熱力學(xué)研究。 　　工程熱物理學(xué)報(bào)卷在風(fēng)機(jī)葉片壓力面的不同位置粘貼相同寬度的粗糙帶，風(fēng)機(jī)的效率隨粗糙帶的位置變化而變化，如圖所示。 　?。ㄆ渲袨榇植趲У膶挾?，為粗糙帶的后沿到葉片出氣邊的距離）從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，在內(nèi)弧風(fēng)機(jī)效率隨粗糙帶從尾緣向前緣移動(dòng)而逐步降低，在背弧則是加粗糙帶效率均比不加粗糙帶低。 　　在內(nèi)弧尾緣粘貼不同寬度的粗糙帶，風(fēng)機(jī)效率隨粗糙帶寬度變化而變化。 　　對(duì)軸流式風(fēng)機(jī)和一離心式風(fēng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。 　　在葉片壓力面尾沿貼適當(dāng)寬度的粗糙帶后風(fēng)機(jī)的效率確有提高，其效率的提高可達(dá)到以上。 　　對(duì)不同的葉型存在不同的最佳粗糙帶寬度，此時(shí)達(dá)到最高效率，若粗糙帶的寬度再提高，效率的增加將降低。 　　對(duì)兩種風(fēng)機(jī)進(jìn)行了最佳寬度的實(shí)驗(yàn)。 　　圖是軸流式風(fēng)機(jī)在最佳寬度條件下效率與流量的關(guān)系圖。 　　粗糙度的變化主要是采用不同粗糙度的砂紙來保證。 　　圖是型軸流式風(fēng)機(jī)的不同粗糙帶的效率對(duì)比圖。 　　由該圖可以得出粗糙度較大的情況下該風(fēng)機(jī)的效率比較高。 　　通期霍福鵬等提高葉片局部粗糙度對(duì)風(fēng)機(jī)效率影響的實(shí)驗(yàn)研究過分析，粗糙度也應(yīng)存在一個(gè)最佳值，超過該最佳值效率將下降。 　　實(shí)驗(yàn)的結(jié)論風(fēng)機(jī)效率隨粗糙帶在內(nèi)弧從尾緣向前緣移動(dòng)而逐步降低，在背弧加粗糙帶效率降低。）在葉片內(nèi)弧尾緣貼適當(dāng)寬度的粗糙帶后風(fēng)機(jī)的效率提高，最大可以達(dá)到以上。 　　對(duì)不同的葉型有不同的寬度范圍。 　　每一個(gè)葉型存在其最佳寬度，在該點(diǎn)風(fēng)機(jī)的效率達(dá)到最大值。 　　實(shí)驗(yàn)結(jié)論的應(yīng)用前景利用在葉片局部增加粗糙度的方法來提高二維葉片和翼型的升阻比的理論研究，數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究均已證明，該方法是可行且有價(jià)值的。 　　本實(shí)驗(yàn)是在實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)機(jī)上進(jìn)行的，通過實(shí)際的測量也證明了在實(shí)際應(yīng)用上該方案是可行的。 　　現(xiàn)有的結(jié)果可以應(yīng)用于壓氣機(jī)和風(fēng)機(jī)的節(jié)能，也可應(yīng)用于風(fēng)力透平的高效率發(fā)電。

變頻調(diào)速技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于低壓異步電動(dòng)機(jī)。在高壓（3kV及以上）電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，盡管技術(shù)趨于成熟，但造價(jià)偏高，受到一定限制。因此，首先進(jìn)行投資分析，再結(jié)合工藝要求、現(xiàn)場實(shí)際和多方案對(duì)比，決定采用ABBACS1000變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。 　　系統(tǒng)借助具有模擬輸入輸出的可編程序控制器（PLC）與變頻器相結(jié)合，按工藝要求控制風(fēng)機(jī)在全范圍內(nèi)的調(diào)速、檢測、控制。變頻裝置采用（閉環(huán)）自動(dòng)控制和（開環(huán)）手動(dòng)控制兩種方式，并聚苯模殼可方便切換。其控制要點(diǎn)： 　　（1）根據(jù)煉鋼工藝要求，按梯級(jí)方式控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或通過手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)全范圍調(diào)速。 　　（2）檢測煙塵含量，通過PID、PLC進(jìn)行閉環(huán)連續(xù)或跳躍（即設(shè)定梯級(jí)轉(zhuǎn)速）調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)之間的切換。 　?。?）考慮到與原有DCS系統(tǒng)的通信，PLC采用SIMENSS7200系列，其輸入來自從現(xiàn)場設(shè)備中采集的信號(hào)，其輸出控制變頻器、電動(dòng)機(jī)及工業(yè)過程中的其他設(shè)備。