葉學(xué)民，　王　豐，　丁學(xué)亮，　李春曦

(1.華北電力大學(xué) 電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與控制教育部重點實驗室，河北保定 071003;

2.中國航空工業(yè)新能源投資有限公司，北京 100027)

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異常動葉周向位置關(guān)系對軸流風(fēng)機(jī)性能的影響

葉學(xué)民1，王豐2，丁學(xué)亮1，李春曦1

(1.華北電力大學(xué) 電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與控制教育部重點實驗室，河北保定 071003;

2.中國航空工業(yè)新能源投資有限公司，北京 100027)

摘要：以某兩級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)為研究對象，采用全三維定常數(shù)值模擬方法分析了兩級葉輪上異常葉片的4種周向位置關(guān)系對風(fēng)機(jī)性能和內(nèi)流特征的影響.結(jié)果表明：偏離角Δβ較小時，異常情形下的全壓與正常情形下相近，效率有小幅降低；隨Δβ增大，葉輪出口截面上的總壓和湍動能的規(guī)律性分布被破壞，湍動能強(qiáng)度整體升高，導(dǎo)致全壓規(guī)律性顯著惡化，效率降低，體積流量較小時更為突出；總體上，F(xiàn)1和S2葉片異常偏離時的影響最顯著，F(xiàn)1和S1葉片異常時的影響次之，F(xiàn)1和S3葉片異常時的影響最小.

關(guān)鍵詞：動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)； 兩級葉輪； 動葉偏離； 周向位置； 性能； 內(nèi)流特征

隨著火力發(fā)電機(jī)組增容及對變工況運行要求的提高，動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)以高效、運行范圍寬等優(yōu)點廣泛用于風(fēng)煙系統(tǒng)中.風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運行直接影響到主機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)性.而實際運行中，葉片安裝角非同步調(diào)整或漂移是該類風(fēng)機(jī)的常見故障[1-3]，不僅會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)性能惡化及不規(guī)律振動，嚴(yán)重時還會引發(fā)喘振、失速乃至葉片斷裂等重大事故[4-6].

雖然動葉異常引起的軸流風(fēng)機(jī)故障較多，但對其內(nèi)流特征及作用機(jī)理的研究尚不完善，已有研究多以離心風(fēng)機(jī)為對象[7-10].因此，迫切需要深入的研究來解析風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動的本質(zhì)，為軸流風(fēng)機(jī)運行優(yōu)化和節(jié)能改造提供支持.馬宏偉等[11]利用三維激光多普勒測速儀測量了某軸流風(fēng)機(jī)通道葉尖區(qū)的三維流場，對于尖部負(fù)荷較小的平板彎曲葉片，探討了泄漏流、泄漏渦的產(chǎn)生位置及作用機(jī)制.肖朋等[12-15]以O(shè)B-84型帶后置導(dǎo)葉的動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)為對象，模擬了多種工況下的內(nèi)流特征，所得模擬特征與試驗結(jié)果吻合良好，揭示了大型動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)特征流面上的流動特征.方恒和等[16]通過數(shù)值模擬得到了某軸流風(fēng)機(jī)的氣動噪聲和流動損失分布，分析了流動損失產(chǎn)生的原因，并在此基礎(chǔ)上引入大渦模擬和三維FW-H聲學(xué)模型，預(yù)測了該風(fēng)機(jī)的離散噪聲分布特性，提出了風(fēng)機(jī)節(jié)能降噪措施.李新穎[17]通過模擬某兩級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)前后級葉輪分別發(fā)生動葉安裝角非同步調(diào)整時的風(fēng)機(jī)性能，探討了動葉異常對內(nèi)流特征、噪聲、熵產(chǎn)率分布及葉輪做功能力的影響.

然而，上述研究多集中在單級或兩級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)在不同工況或發(fā)生單動葉異常偏離時的風(fēng)機(jī)性能和內(nèi)流特征變化，對動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)發(fā)生多枚葉片同時異常偏離的研究還較少，僅葉學(xué)民等[18-19]分析了OB-84型單級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)發(fā)生相鄰和相間兩動葉及相鄰三動葉異常非同步調(diào)整時的風(fēng)機(jī)性能和內(nèi)流特征.為此，筆者針對某600 MW機(jī)組配套的兩級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，當(dāng)兩級葉輪上各有一枚異常葉片、但處于不同周向位置時，采用Fluent軟件模擬兩異常葉片發(fā)生同角度正偏離(即動葉向開度增大的方向偏轉(zhuǎn))情形下的風(fēng)機(jī)性能，探討異常動葉偏離度和異常葉片間的周向位置關(guān)系對風(fēng)機(jī)性能及內(nèi)流特征的影響.

1計算模型

以某600 MW機(jī)組配套的兩級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)為研究對象，該風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 490 r/min，動葉外徑為1 778 mm，每級葉輪配備24枚動葉.風(fēng)機(jī)安裝兩級后置導(dǎo)葉，每級導(dǎo)葉數(shù)為23，且第一級導(dǎo)葉為長短復(fù)合式葉片相間布置[17].動葉與導(dǎo)葉均沿周向均勻分布.設(shè)計工況下，葉片安裝角為+3°，體積流量為82.4 m3/s，風(fēng)機(jī)全壓為11 865 Pa，筆者基于此工況進(jìn)行分析.

數(shù)值模擬采用Fluent軟件.風(fēng)機(jī)模型分為集流區(qū)、兩級動葉區(qū)、兩級導(dǎo)葉區(qū)和擴(kuò)壓區(qū)等6個分區(qū)，以集流器進(jìn)口截面和擴(kuò)壓器出口截面作為模型的進(jìn)口和出口，對動葉區(qū)尤其葉頂間隙及葉片表面進(jìn)行局部網(wǎng)格加密.控制方程組采用帶旋流修正的Realizablek-ε湍流模型[18-19]，初始進(jìn)口湍動能和湍流耗散率通過經(jīng)驗公式確定.不同計算區(qū)域的交界面使用interface進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，動葉區(qū)使用多重參考坐標(biāo)系進(jìn)行模擬，輪轂及葉片為旋轉(zhuǎn)壁面.模型通過網(wǎng)格無關(guān)性驗證，網(wǎng)格數(shù)約510萬，每級葉輪網(wǎng)格數(shù)約為170萬，模擬所得全壓和效率曲線的平均相對偏差分別為4.32%和-3.81%.

為研究兩級葉輪上異常動葉不同周向位置關(guān)系的影響，圖1(a)標(biāo)出了其周向位置.設(shè)計工況下，所有葉片安裝角均為+3°，即處于正常狀態(tài)，偏離角Δβ=0°；規(guī)定葉片向動葉開度增大方向偏離為異常正偏離，即Δβ>0°，如圖1(b)所示.為簡化描述，第一級葉輪上的異常葉片記為F1，第二級葉輪上的異常葉片分別記為S1、S2、S3和S4，其與F1間的周向相位差分別為0°、45°、90°和180°.因葉片角度由同一液壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此兩異常葉片的偏離角相同.筆者針對上述不同相位關(guān)系，在相同偏離角(Δβ=5°、8°、10°)時的工況進(jìn)行模擬，進(jìn)而對比風(fēng)機(jī)性能曲線、內(nèi)流特征、葉輪做功能力和導(dǎo)葉效率的變化.

(a)異常葉片周向位置(b)偏離角示意圖

圖1異常葉片周向位置及偏離角示意圖

Fig.1Schematic diagram of relative circumferential position between abnormal blades and the deviation angle

2風(fēng)機(jī)性能

圖2和圖3為葉片正常和4種異常情形下的全壓和效率曲線.由圖2和圖3可知，周向位置不同的葉片異常對風(fēng)機(jī)性能有明顯影響，在所研究的異常工況下，風(fēng)機(jī)效率均有不同程度降低，且隨Δβ增大，全壓和效率降幅增大，風(fēng)機(jī)性能惡化甚至無法正常運行.Δβ=5°時(圖2(a)和圖3(a))，4種異常情形下的性能曲線變化與正常情形一致,且異常葉片對全壓影響較小,但風(fēng)機(jī)效率卻明顯降低，尤其體積流量較小時降幅更為顯著；F1和S4葉片異常時，在整個體積流量范圍內(nèi)，其全壓均高于正常情形，其他3種情形下，全壓僅在體積流量較大時高于正常情形，這是由于異常葉片排擠氣流產(chǎn)生的局部全壓增加值高于其造成的流動損失所致[18-19].Δβ=8°時(圖2(b)和圖3(b))，4種異常情形下的全壓和效率均降低，風(fēng)機(jī)性能顯著惡化，其中F1和S2葉片異常時的全壓和性能降幅最大，F(xiàn)1和S3葉片異常的影響最小，F(xiàn)1和S4葉片異常時次之；此外，F(xiàn)1和S1葉片及F1和S2葉片異常時，額定體積流量附近出現(xiàn)明顯的失速區(qū)，由此導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運行不穩(wěn)定甚至被迫停機(jī).Δβ=10°時(圖2(c)和圖3(c))，風(fēng)機(jī)性能進(jìn)一步惡化，F(xiàn)1和S3葉片及F1和S4葉片異常時，全壓和效率下降幅度比Δβ=8°時更明顯，失速區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大；而F1和S1葉片及F1和S2葉片異常時，失速區(qū)擴(kuò)大至研究的整個體積流量范圍，從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)無法運行.

(a) Δβ=5°

(b) Δβ=8°

(c) Δβ=10°

(a) Δβ=5°

(b) Δβ=8°

(c) Δβ=10°

為量化異常葉片周向位置關(guān)系對風(fēng)機(jī)性能的影響程度，表1給出了與正常情形相比，不同異常情形下體積流量為80.0～92.5 m3/s范圍內(nèi)風(fēng)機(jī)全壓和效率的平均相對變化率.由表1可知，F(xiàn)1和S2葉片異常時的性能下降最嚴(yán)重，F(xiàn)1和S1葉片異常的影響次之；F1和S3及F1和S42種葉片異常情形的影響較小.兩級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣流經(jīng)過第一級葉輪、第一級導(dǎo)葉區(qū)后，第二級葉輪也已轉(zhuǎn)過一定角度，因此第二級葉輪上與F1對相同氣流做功的葉片(下稱F1的動態(tài)同步葉片)并不與F1處于相同周向位置.由本節(jié)分析可知，S1、S2葉片在位置上更接近第二級葉輪上F1的動態(tài)同步葉片.

3葉輪相對總壓升系數(shù)和相對導(dǎo)葉效率

為深入分析異常動葉周向位置對風(fēng)機(jī)性能的影響，表2和表3給出了設(shè)計體積流量下風(fēng)機(jī)的葉輪相對總壓升系數(shù)和相對導(dǎo)葉效率，以表征葉輪做功能力強(qiáng)弱和導(dǎo)葉回收動能的能力.下文以第一級葉輪及導(dǎo)葉參數(shù)為基準(zhǔn)，正常情形下，第二級葉輪的相對總壓升系數(shù)為1.024，相對導(dǎo)葉效率為0.982.

Δβ=5°時，異常情形下的兩級葉輪相對總壓升系數(shù)均小幅提高，但相對導(dǎo)葉效率則小幅降低，這與Δβ=5°時風(fēng)機(jī)性能曲線的變化一致.Δβ=8°時，4種異常情形下的葉輪相對總壓升系數(shù)和相對導(dǎo)葉效率均低于正常情形；此外，第二級葉輪做功能力和第二級相對導(dǎo)葉效率的降幅總體均大于第一級葉輪及其導(dǎo)葉；F1和S1葉片及F1和S2葉片異常情形下的相對總壓升系數(shù)和相對導(dǎo)葉效率低于另2種異常情形.Δβ=10°時，風(fēng)機(jī)葉輪做功能力和相對導(dǎo)葉效率進(jìn)一步下降，尤其是F1和S1葉片及F1和S2葉片異常時對應(yīng)的第二級葉輪及其導(dǎo)葉，由此導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出力顯著降低，這與圖2和圖3中的結(jié)論相符.

表1　全壓和效率的相對變化率

表2　動葉異常時的葉輪相對總壓升系數(shù)

表3　動葉異常時的相對導(dǎo)葉效率

4內(nèi)流特征

為闡明兩級葉輪徑向和周向上的內(nèi)流特征和異常葉片對流場的影響，在設(shè)計體積流量下，分析不同異常情形下葉輪出口截面的總壓和湍動能分布特征，并與設(shè)計工況進(jìn)行對比.

4.1出口截面上的總壓分布

圖4為設(shè)計工況下，兩級葉輪出口截面的總壓分布.由圖4可知，第一級葉輪出口截面的總壓基本對稱分布，第二級葉輪總壓分布的對稱性稍差，整體上呈現(xiàn)高壓區(qū)與次高壓區(qū)交替分布的特性[20]；第二級葉輪出口截面上的總壓約為第一級葉輪出口總壓的2倍，這與對葉輪總壓升系數(shù)的分析相符.兩級葉輪出口截面上，沿葉高增加方向，出口截面上的總壓呈現(xiàn)先升后降的趨勢，流道中上部靠近葉頂?shù)奈恢眯纬蓤F(tuán)狀高壓區(qū)，高壓區(qū)流道間形成狹窄的低壓區(qū)，此外，葉頂處由于葉頂泄漏也形成較小范圍的低壓區(qū).

(a)第一級葉輪(b)第二級葉輪

圖4設(shè)計工況下葉輪出口截面上的總壓分布

Fig.4Total pressure distribution on impeller exit section

under design condition

圖5～圖7為不同偏離角下兩級葉輪出口截面的總壓分布，并在圖中標(biāo)出了異常葉片.由圖5～圖7可知，隨Δβ增大，葉輪出口截面的總壓分布受影響程度也隨之提高.Δβ=5°時(圖5)，異常情形下的葉輪出口截面的總壓分布與正常情形相近，僅異常葉片逆旋轉(zhuǎn)方向鄰近流道的總壓分布被打亂；對于第一級葉輪出口截面，4種異常情形對其總壓的影響相當(dāng)，逆旋轉(zhuǎn)方向F1葉片鄰近流道的高壓區(qū)被排擠直至消失，并在流道中部衍生出較明顯的團(tuán)狀低壓區(qū)，而逆旋轉(zhuǎn)方向F1葉片鄰近流道中下部低壓區(qū)及葉頂?shù)蛪簠^(qū)范圍均擴(kuò)大；對于第二級葉輪出口截面，4種異常情形下，異常葉片逆旋轉(zhuǎn)方向上鄰近流道的低壓區(qū)范圍有所擴(kuò)大.

Δβ=8°時(圖6)，葉輪出口截面上的總壓分布變化顯著，異常葉片附近2～5個葉片流道的總壓分布發(fā)生明顯變化.F1和S1葉片與F1和S2葉片異常時葉輪出口截面總壓值與正常情形相近，而其他2種葉片異常情形下，兩級葉輪出口截面總壓值整體大幅升高.對于F1和S1葉片與F1和S2葉片異常情形，在第一級葉輪出口截面，F(xiàn)1葉片逆旋轉(zhuǎn)方向鄰近流道內(nèi)由高壓區(qū)演變成的低壓區(qū)較Δβ=5°時更加明顯，并向葉頂方向擴(kuò)展；對于第二級葉輪出口截面，除F1和S3葉片異常時，其他3種異常情形下，S3葉片附近1/6葉輪流道內(nèi)靠近葉頂位置出現(xiàn)帶狀低壓區(qū)，其中F1和S2葉片異常時該低壓區(qū)最明顯；此外，4種異常情形下，S2葉片位置鄰近流道高壓區(qū)的范圍增大，總壓均有所升高.

(a) F1和S1葉片異常

(c) F1和S3葉片異常

(a) F1和S1葉片異常

(c) F1和S3葉片異常

Δβ=10°時(圖7)，葉輪出口截面總壓分布進(jìn)一步惡化，總壓分布的規(guī)律性嚴(yán)重畸變.F1和S1葉片異常的影響最大，第一級葉輪出口截面的總壓對稱分布特征整體被破壞，逆旋轉(zhuǎn)方向F1葉片鄰近2/5葉輪流道發(fā)展出明顯低壓區(qū)，并在整個葉輪范圍內(nèi)衍生出2個較明顯的高壓區(qū)，此外，總壓較低的葉頂?shù)蛪簠^(qū)范圍也顯著增大.F1和S2葉片異常的影響僅次于前者，其第一級葉輪上順旋轉(zhuǎn)方向F1葉片鄰近2/5葉輪流道被高壓區(qū)覆蓋，逆旋轉(zhuǎn)方向F1葉片鄰近2/5葉輪流道的葉頂?shù)蛪簠^(qū)顯著擴(kuò)展，第二級葉輪上沿S2葉片順旋轉(zhuǎn)方向的葉輪流道受影響明顯，衍生出2個明顯的高壓區(qū)和1個靠近葉頂?shù)牡蛪簠^(qū).F1和S3葉片異常的影響較小，其總壓分布的規(guī)律性與正常情形相近，僅異常葉片附近的流道受較大影響.F1和S4葉片異常時，第一級葉輪出口截面上，逆旋轉(zhuǎn)方向F1葉片鄰近1/4葉輪流道總壓分布受到影響，而第二級葉輪出口截面上，順旋轉(zhuǎn)方向S4葉片鄰近1/2葉輪流道的總壓顯著升高，并產(chǎn)生明顯的葉頂?shù)蛪簠^(qū).

(a) F1和S1葉片異常

(c) F1和S3葉片異常

4.2出口截面上的湍動能分布

湍動能是湍流強(qiáng)度的度量，其大小和空間的不均勻性在一定程度上反映了黏性耗散損失和脈動擴(kuò)散的大小和發(fā)生范圍.圖8給出了設(shè)計工況下，兩級葉輪出口截面上的湍動能分布.第一級葉輪出口截面上的湍動能整體呈周向?qū)ΨQ分布，第二級葉輪的對稱性略差；最小湍動能區(qū)位于葉片流道中部，高湍動能區(qū)位于葉頂位置，葉頂處也存在較大的湍動能梯度；此外，第二級葉輪出口截面上的湍動能整體高于第一級葉輪，即第二級葉輪處工質(zhì)的耗散損失較大.

圖9～圖11給出了4種異常情形下兩級葉輪出口截面上的湍動能分布.Δβ=5°時(圖9)，4種異常情形下兩級葉輪出口截面上的湍動能分布與正常情形相近，僅逆旋轉(zhuǎn)方向上異常葉片鄰近流道的低湍動能區(qū)被排擠，形成沿徑向貫穿葉輪流道的條帶狀高湍動能區(qū)，且其葉頂高湍動能區(qū)進(jìn)一步發(fā)展，局部湍流強(qiáng)度增大.

(a)第一級葉輪(b)第二級葉輪

圖8設(shè)計工況下葉輪出口截面上的湍動能分布

Fig.8Turbulent energy distributions on impeller exit section

under design condition

(a) F1和S1葉片異常

(c) F1和S3葉片異常

(a) F1和S1葉片異常

(c) F1和S3葉片異常

(a) F1和S1葉片異常

(c) F1和S3葉片異常

Δβ=8°時(圖10)，出口截面上的湍動能分布變化明顯，各異常情形下湍動能的最大值遠(yuǎn)高于正常情形；對于第一級葉輪出口截面，在逆旋轉(zhuǎn)方向F1葉片鄰近流道靠近葉頂位置均產(chǎn)生明顯的團(tuán)狀高湍動能區(qū)，其峰值可達(dá)500 m2/s2；對于第二級葉輪出口截面，F(xiàn)1分別與S1、S2和S4葉片異常的3種情形下，在以S3葉片位置為中心的1/5葉輪流道葉頂間隙位置形成狹窄的高湍動能帶，而F1和S3葉片異常時，該帶狀高湍動能區(qū)因S3葉片異常而被打斷，此處湍動能也達(dá)到500 m2/s2；此外，第二級葉輪出口截面逆旋轉(zhuǎn)方向上異常葉片鄰近流道依然存在貫穿流道的條狀高湍動能區(qū)，并向逆旋轉(zhuǎn)方向鄰近流道的葉頂位置擴(kuò)展.

Δβ=10°時(圖11)，F(xiàn)1和S1葉片及F1和S2葉片異常情形下，葉輪出口截面上的高湍動能區(qū)范圍與整體強(qiáng)度均高于另外2種異常情形，這與性能曲線的變化一致.F1和S1葉片及F1和S2葉片異常時，對于第一級葉輪出口截面，逆旋轉(zhuǎn)方向F1葉片鄰近流道的條帶狀高湍動能區(qū)仍然存在，并在與F1葉片順旋轉(zhuǎn)方向間隔1/5葉輪流道的位置衍生出覆蓋超過1/4葉輪流道的高湍動能帶，與相同異常情形下第一級葉輪出口截面形成的高壓區(qū)位置基本重合，其湍動能達(dá)到500 m2/s2；對于第二級葉輪出口截面，這2種異常情形下，出口截面上近3/5葉輪流道的湍動能分布被破壞，其中2/5葉輪流道的湍動能強(qiáng)度顯著升高，并形成7個明顯的湍動能峰值中心，且沿順旋轉(zhuǎn)方向由葉頂位置向流道中部排列，該區(qū)域中心湍動能達(dá)到750 m2/s2.F1和S3及F1和S42種葉片異常情形下，對于第一級葉輪出口截面，逆旋轉(zhuǎn)方向F1葉片鄰近流道的團(tuán)狀高湍動能區(qū)進(jìn)一步發(fā)展，湍動能強(qiáng)度有所提高；對于第二級葉輪出口截面，2種異常情形下，包括S3葉片位置在內(nèi)的近2/5葉輪流道的湍動能分布被破壞，其湍動能強(qiáng)度整體提高，其中F1和S4葉片異常情形下該高湍動能區(qū)范圍較大；此外，S4葉片位置逆旋轉(zhuǎn)方向鄰近流道的葉頂區(qū)湍動能強(qiáng)度均顯著升高.

5結(jié)論

(1) 偏離角Δβ較小時的風(fēng)機(jī)全壓與正常情形相近，效率則小幅降低；隨Δβ增大，全壓規(guī)律性顯著惡化，效率降低，體積流量較小時更為突出；尤其F1和S1及F1和S22種葉片異常情形下，出現(xiàn)了明顯的失速區(qū)，并擴(kuò)大至設(shè)計體積流量附近；Δβ=10°時風(fēng)機(jī)性能嚴(yán)重畸變，在整個體積流量范圍內(nèi)風(fēng)機(jī)均處于不穩(wěn)定狀態(tài).

(2) Δβ=5°時，4種異常情形下葉輪的相對總壓升系數(shù)均有小幅升高；而在Δβ=5°和8°時，葉輪的相對總壓升系數(shù)和相對導(dǎo)葉效率均降低，且隨Δβ增大，降低幅度更加顯著.F1和S3及F1和S42種葉片異常情形下，葉輪相對總壓升系數(shù)和相對導(dǎo)葉效率的降幅小于另2種異常情形；隨Δβ增大，F(xiàn)1和S2葉片異常對相對導(dǎo)葉效率的影響明顯強(qiáng)于F1和S1葉片異常情形.

(3) 兩級葉輪上異常葉片的相對周向位置關(guān)系對風(fēng)機(jī)性能有明顯的影響.Δβ較小時，4種異常情形下葉輪出口截面上的全壓和湍動能分布與正常情形相近，隨Δβ增大，其分布的規(guī)律性被破壞，葉輪出口截面湍動能強(qiáng)度整體升高，流動損失增加.此外，Δβ較大時，F(xiàn)1和S1葉片及F1和S2葉片異常情形下對全壓和湍動能分布的影響程度明顯大于另2種異常情形.

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Effect of Relative Circumferential Position Between Abnormal Blades on Performance of a Variable-pitch Axial-flow Fan

YEXuemin1,WANGFeng2,DINGXueliang1,LIChunxi1

(1. Key Lab of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment, North China Electric Power University, Baoding 071003, Hebei Province, China; 2. China Aviation Industry Renewable Energy Corporation, Beijing 100027, China)

Abstract：Taking a two-stage variable-pitch axial-flow fan as an example, a 3D steady numerical simulation was performed to study the effect of 4 relative circumferential positions between abnormal blades located separately in two impellers on the fan performance and internal flow dynamics. Results show that for smaller deviation of blade installation angle Δβ, the full pressure under abnormal cases is approximately same as under normal case, while the efficiency declines slightly. With the increase of Δβ, the regular distributions of total pressure and turbulence energy on impeller exit sections are disturbed notably, and the intensity of turbulence energy is generally augmented, resulting in deteriorated distribution of full pressure and reduced efficiency, especially in low flowrate regions. Generally, the fan performance and flow characteristics are affected mostly by relative circumferential position between abnormal blades F1 and S2, followed by that between abnormal blades F1 and S1, and minimally by that between abnormal blades F1 and S3.

Key words：variable-pitch axial-flow fan; two-stage impeller; blade deviation; circumferential position; performance; internal flow characteristic

文章編號：1674-7607(2016)03-0218-09

中圖分類號：TH4；O355

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A學(xué)科分類號：470.30

作者簡介：葉學(xué)民(1973-)，男，河北邢臺人，教授，博士，主要從事流體機(jī)械、流體動力學(xué)理論及應(yīng)用和新能源技術(shù)等方面的研究.

基金項目：河北省自然科學(xué)基金資助項目(E2012502016)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項基金資助項目(13MS98)

收稿日期：2015-05-15

修訂日期：2015-05-28

電話(Tel.)：13932203443；E-mail：yexuemin@163.com.