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     為了風(fēng)洞試驗驗證對比，我們從一族新設(shè)計翼型中選出FJZX08、FJZX10和FJZX12三個翼型，其參數(shù)見表2，還選用了兩個常用翼型CLARK—Y(相對厚度為11.7%)和RAF—6E(相對厚度10.2%)，一共加工了5個翼型模型進行風(fēng)洞試驗，各翼型形狀如圖1所示?？紤]到使用雷諾數(shù)比較低，因此，有可能要求新設(shè)計翼型翼面上保持較長的層流段，以便降低阻力，提高升阻比。但是，過長的層流段，會使翼型在非設(shè)計狀態(tài)下的性能迅速變壞。因此，我們規(guī)定50%層流段作為設(shè)計目標(biāo)。軸流風(fēng)機葉輪的氣動性能是決定風(fēng)機性能好壞的主要因素，而葉輪葉片的剖面形狀(翼型)又是決定風(fēng)機性能的關(guān)鍵。有關(guān)文獻中已有許多種翼型，其中最先進的莫過于航空上使用的飛機機翼翼型；其它領(lǐng)域或行業(yè)對翼型的研究沒有投入或投入較少，常常參照采用航空用翼型。但是，由于使用條件，特別是雷諾數(shù)的差異太大，簡單采用航空的已有翼型作為風(fēng)機葉輪葉片形狀，并不能充分發(fā)揮翼型的最佳作用。因此，我們采用航空科學(xué)上的先進氣動設(shè)計分析技術(shù)，針對風(fēng)機的使用條件，設(shè)計出系列風(fēng)機專用翼型，經(jīng)過風(fēng)洞試驗驗證，新翼型的性能高于原有翼型。用同樣的風(fēng)機設(shè)計方法，而葉輪剖面采用兩種不同的翼型——新翼型和原有翼型設(shè)計風(fēng)機，在風(fēng)機試驗臺上進行對比試驗，結(jié)果表明采用新翼型的風(fēng)機效率高于原有翼型。按照德國DIN24163-2、英國BS848-1、國際ISO/DIS5801，并參考中國GB1236-85等氣體減壓器性能測試標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計并建造了目前國內(nèi)最大的氣體減壓器性能測試裝置，該裝置既可測常規(guī)的離心、軸流、混流氣體減壓器，又可測特殊的屋頂氣體減壓器，測量氣體減壓器葉輪直徑最大至2.4m，風(fēng)量達5×105m3/h，由于配用了變頻調(diào)速的輔助風(fēng)機，可測量試驗氣體減壓器零靜壓時的流量。工況點的各項數(shù)據(jù)由計算機自動采集、計算、打印數(shù)據(jù)、繪制性能曲線，全過程一般不超過20min，經(jīng)近4年的使用證明，該套裝置通用性強，自動化程度高，操作方便，測試準(zhǔn)確，效果良好。測試是在穩(wěn)定工況下進行，為防止差壓變送器零點漂移，測試前采用計算機進行零點校正并自動記錄校正數(shù)據(jù)，所有測量數(shù)據(jù)經(jīng)多次采集剔除異常值后取平均值。
    系統(tǒng)測量誤差直接與儀表精度有關(guān)，根據(jù)誤差傳遞理論，計算結(jié)果如表2所示。微機系統(tǒng)與接口：微機部分由計算機、顯示儀與鍵盤組成，采用工控機配用HP激光打印機，繪圖機采用Roland 1150型(A3)，計算機接口模板共3種：AD板、數(shù)字量板、開關(guān)量板，開關(guān)量用于控制壓力切換器的電磁閥，以便選用不同量程的壓力變送器。大型氣體減壓器測試數(shù)據(jù)通過計算，提供標(biāo)準(zhǔn)進氣狀態(tài)和指定轉(zhuǎn)速下的流量、壓力(全壓與靜壓)、功率、效率(全壓效率與靜壓效率)、噪聲(A聲級與比A聲級)，打印全套測試結(jié)果，并通過繪圖機繪制性能曲線圖。大氣壓測量：由于氣體減壓器性能測試時間短，通常不超過0.5h，因而大氣壓變化可忽略不計，試驗時，采用動槽式水銀大氣壓力計，讀數(shù)為常數(shù)輸入計算機，測試誤差為±0.25Mg。轉(zhuǎn)速測量：采用光電轉(zhuǎn)速傳感器與轉(zhuǎn)速顯示儀組合測量轉(zhuǎn)速，通過轉(zhuǎn)速顯示儀BCD編碼與數(shù)字量模板聯(lián)接，轉(zhuǎn)速測量精度為±1r/min。功率測量：對于大型氣體減壓器，功率測量采用電測法，電動機輸出軸功率根據(jù)損耗分析法確定，本裝置配用三相三線有功功率變送器，滿量程為4kW，精度0.2級，為滿足各種風(fēng)機功率測量，配用多量程電流互感器，0.1級精度，為滿足各種風(fēng)機功率測量，配用多量程電流互感器，0.1級精度。為使功率測量穩(wěn)定，在整個試驗裝置電流輸入端裝有容量為160kW的自動調(diào)壓器，控制臺設(shè)有功率、電壓、頻率等數(shù)字顯示儀表。溫度與濕度測量：溫度傳感器采用半導(dǎo)體集成敏感器，溫度傳感器采用高分子醋酸纖維素薄膜電器敏感器件，本儀表將溫度傳感器與變送器設(shè)計成一體，另配數(shù)字顯示儀輸出信號，通過端子板接至AD模板，測量精度溫度±0.3℃，相對濕度誤差±3%。噪聲測量：把現(xiàn)場噪聲傳感器的信號引入噪聲測量儀，信號處理后經(jīng)RS232口接至計算機，測量誤差為±0.5dB(A)。通過流量調(diào)節(jié)閥改變試驗管道的阻力，也就改變試驗工況點，從而可獲得氣體減壓器的氣動特性曲線，流量調(diào)節(jié)閥的形式采用對開的風(fēng)閥葉片，前后附帶整流格柵，閥的通流面積為2.4×2.4m，試驗時通過控制臺調(diào)節(jié)(也可由計算機自控)，同時，控制臺儀表同步數(shù)顯0～100%任一開度［1］。所有錐形擴散管單邊擴散角均為4°，可與相應(yīng)6種規(guī)格的噴嘴尺寸分別配套，使用時根據(jù)試驗風(fēng)機的流量選擇安裝。裝置的主要設(shè)計參數(shù)為：流量Q=5×103～5×105m3/h，靜壓P=0～2000Pa；試驗風(fēng)機葉輪直徑D=1.0～2.4m(D＜1m，另建小型測試裝置)；試驗風(fēng)機的類型：離心、軸流、混流、屋頂氣體減壓器。
    流量測量部分的設(shè)計為滿足試驗裝置的流量測量，采用通用性強、安裝方便的進口噴嘴流量測量方式，根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［1、3］，選用1/4圓周進口測量噴嘴，規(guī)劃了6種規(guī)格，根據(jù)雷諾數(shù)下限Re0,min=105，空氣溫度在0～40℃時，空氣運動粘度υ=1.5×10-5m2/s，現(xiàn)取平均流量系數(shù)α0=0.99，膨脹系數(shù)ε0=1，進口密度ρ0=1.2kg/m3，則噴嘴喉部最小速度由得風(fēng)室本體(見圖1)由兩部分組成，前部用于測量屋頂氣體減壓器，后部用于測量常規(guī)的離心、軸流、混流氣體減壓器。測量屋頂氣體減壓器時，常規(guī)氣體減壓器安裝處密封，氣體流過45°且開孔率為45%整流網(wǎng)均勻向上，經(jīng)過試驗的屋頂氣體減壓器流向外側(cè)，在屋頂氣體減壓器安裝處內(nèi)壁水平方向布置4只壁面靜壓測孔用于測量風(fēng)室靜壓。測量常規(guī)氣體減壓器時，前部屋頂氣體減壓器安裝孔口外密封，氣流從進口管道水平地經(jīng)過45°整流網(wǎng)后，依次通過開孔率分別為60、50、45%的整流網(wǎng)均勻進入常規(guī)氣體減壓器的進口處，在整流網(wǎng)后與試驗氣體減壓器進口前內(nèi)壁豎直方向布置4個測壓孔用于常規(guī)氣體減壓器的靜壓測量。測試系統(tǒng)如圖1所示，由測試臺、控制臺、試驗風(fēng)機、各類傳感器及其相應(yīng)的顯示儀表(包括溫度、濕度、流量壓差、壓力、轉(zhuǎn)速、功率、噪聲等)、壓力切換器、各種輸入模板、計算機部分(包括打印機、繪圖機)組成，測試系統(tǒng)簡介如下壓力測量：壓力測量包括流量壓差與風(fēng)室靜壓測量(常規(guī)風(fēng)機與屋頂風(fēng)機各自分開)兩部分，由壓力切換器自動切換，根據(jù)壓力，計算機能在4只不同量程的差壓變送器中讀取最佳量程的數(shù)值，確保測量精度。差壓變送器輸出信號通過接線端聯(lián)到AD模板。選用的差壓變送器量程規(guī)格為：微壓差2只，0～120MPa，0～250Pa，0.5級精度；低壓差2只，0～1250Pa，0～2000Pa，0.2級精度。選用整流網(wǎng)規(guī)格不宜使網(wǎng)孔太小，以免長期使用易集灰塵。本裝置選用整流網(wǎng)為網(wǎng)絲，規(guī)格為8目，絲徑分別為1.02、0.91、0.71mm，可選黃銅或不銹鋼材料，以確保長期使用不生銹，在風(fēng)室橫截面積6×6m的平面內(nèi)，每層采用6套扁鋼框架，上下兩頭固定在壁面槽溝內(nèi)，扁鋼材料順氣流方向面積最小，垂直方向三層網(wǎng)的每只框架之間相互固定，以防試驗時振動。根據(jù)試驗風(fēng)機安裝位置，風(fēng)室式又可分為進口側(cè)風(fēng)室與出口側(cè)風(fēng)室，參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［3、5］，進口側(cè)風(fēng)室所需橫截面積一般是試驗氣體減壓器進口喉部面積的5～8倍，而出口側(cè)風(fēng)室，對于軸流氣體減壓器性能試驗所需橫截面積是風(fēng)機出口面積的16倍，因此，在無特定的要求時，選用進口側(cè)風(fēng)室能大大減小尺寸、節(jié)省空間與材料。多數(shù)大型氣體減壓器在工作系統(tǒng)中以抽風(fēng)方式運行，更適合選用進口側(cè)風(fēng)室進行性能試驗。另外，壓力較高風(fēng)機進行進口側(cè)風(fēng)室試驗時，室內(nèi)處于負壓，操作更加安全。對于大型氣體減壓器的性能試驗，DIN標(biāo)準(zhǔn)僅涉及進口側(cè)風(fēng)室、出口側(cè)風(fēng)室由于尺寸龐大而未討論。氣體減壓器性能試驗裝置基本分為風(fēng)管式與風(fēng)室式兩大類，由于風(fēng)室式能在寬廣的風(fēng)機尺寸范圍內(nèi)不需改換風(fēng)室本體，具有較大的通用性，并可測量氣體減壓器完整的性能曲線，更適合低壓氣體減壓器及特殊氣體減壓器測量要求。根據(jù)DIN、BS標(biāo)準(zhǔn)［2、3］，選用進口側(cè)風(fēng)室可以把特殊的屋頂氣體減壓器性能試驗裝置統(tǒng)一在一套裝置中，擴大了氣體減壓器試驗種類，通用風(fēng)室本體橫截面積采用正方形，風(fēng)室本體相關(guān)尺寸、內(nèi)部構(gòu)造、風(fēng)室進口管道符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求［1～4］，基本形式參見圖1的試驗臺本體部分。氣體減壓器使用面廣量大，種類繁多，遍及國民經(jīng)濟各部門，為確保其質(zhì)量需進行性能測試，中小型氣體減壓器(一般指葉輪直徑＜1m)各制造廠及部分配套部門較為廣泛使用性能測試裝置，其中少數(shù)單位采用計算機進行試驗數(shù)據(jù)采集與處理的自動測試方式，而對于具有通用型的大型氣體減壓器性能自動測試裝置，目前國內(nèi)尚未見報道。#p#分頁標(biāo)題#e#
    隨著近年來電站、地鐵、隧道等大型工程建設(shè)數(shù)量不斷增長，大型氣體減壓器使用量日益增加，為確保其性能與可靠性，需建立相應(yīng)的性能試驗裝置，以便能直接提供出廠試驗。大型氣體減壓器性能試驗裝置由于臺體龐大、建造經(jīng)費可觀，除了要正確選擇裝置的形式，降低造價外，更要重視裝置的通用性，我們在多次建造中小型氣體減壓器性能自動測試臺的基礎(chǔ)上，根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［1～4］，為江蘇申海集團股份有限公司設(shè)計并建造了大型氣體減壓器性能自動測試裝置由所測量的翼型表面的靜壓以及尾流區(qū)的靜壓和總壓，求出翼型表面的法向力系數(shù)和弦向力系數(shù)，再由法向力系數(shù)和弦向力系數(shù)最后求出升力系數(shù)、阻力系數(shù)和力矩系數(shù)。翼型的迎角變化范圍為-4°開始至失速以后若干迎角為止。在最小迎角附近和大迎角時變化間隔為0.5°或1°，其余一般為2°，通過翼型表面壓力分布測量并積分計算出翼型的升力系數(shù)CL，與繞1/4弦線處的俯仰力矩系數(shù)CM，通過測量模型尾跡區(qū)的總壓分布與靜壓，根據(jù)動量定理計算翼型的阻力系數(shù)CD測量各有關(guān)參數(shù)所用儀器為：壓力用補償微壓器，大氣壓用無汞大氣壓力計，功率用功率表，轉(zhuǎn)速用光電轉(zhuǎn)速表，噪聲用精密噪聲儀。所用上述儀器儀表均經(jīng)計量部門檢定合格并在檢定有效日期內(nèi)使用，其精度符合GB1236—85及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。風(fēng)機的空氣動力性能試驗按照GB1236—85《氣體減壓器空氣動力性能試驗方法》進行，噪聲性能按照GB28888—82《風(fēng)機和羅茨鼓風(fēng)機噪聲測量方法》進行，采用風(fēng)機出氣口噪聲測量方法測量噪聲，進口集流器測量流量，兩瓦特表法測量功率。在與風(fēng)機出口軸線45°距出口中心1m處測量A聲級。所使用的翼型設(shè)計分析方法和風(fēng)機設(shè)計系統(tǒng)能可靠地設(shè)計出針對使用條件的新翼型和滿足用戶使用要求的新風(fēng)機。針對風(fēng)機使用條件設(shè)計的新翼型，經(jīng)翼型風(fēng)洞試驗和用于風(fēng)機葉片剖面風(fēng)機試驗臺試驗表明，新翼型性能高于所選用的現(xiàn)有翼型。