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冷却塔风机叶片倾角测量

发布日期:2017-01-17   点击数: 877

目前机械通风冷却塔风机叶片材料有钢板(含不锈钢板)、铝合金及玻璃钢等,各有优缺点,但玻璃钢风机的优特点更为显著,其叶形为空心薄壁结构,空腔内填泡沫塑料,以增强度。玻璃钢叶片不仅可节省大量的铝合金和钢材,而且具有许多金属叶片达不到的优点,如体积小、风量大、效率高、重量轻、制作工艺简单、成形方便、投资小,可以制造较为复杂的叶形、表面光滑,具有优良的抗酸碱腐蚀能力,不会在湿热空气下造成气蚀等。实践证明玻璃钢叶片很少需要维护,降低了维护费用,提高风机安全运行的可靠性。

但玻璃钢风机的弹性模量较低,因此对叶形的设计要求严格,否则容易产生刚度小的弱点。

在机械通风冷却塔中,目前三种材质的风机均有采用,但钢板风机相对采用较少,在中小型冷却塔中,采用铝合金风机的多于玻璃钢风机;而在大型冷却塔中,目前基本上多 采用玻璃钢风机,采用铝合金少。

冷却塔内气流能量及阻力


在冷却塔的工作条件下,风机的通风量决定于冷却塔的全部空气动力阻力,而这一阻力等于风机的全风压力。风机的工作点使以风机的特性曲线与冷却塔的空气动力阻力性能曲线的交点来表示。

1. 能量方程

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气体在冷却塔内的流动如同管道内流动相似,其连续性方程式是质量守恒原理在流体运动中的表现形式。气体在进行稳定流动时,从某段一端流入的质量等于另一端流出的质量,如图9-4 所示,即单位时间内流过每一截面的流体质量为一常数,用式表示为:

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式中 γ1、v1、F1——表示断面121 处气体的密度(kg·s2/m4 )、面积(m2 )和流速(m/s);

γ2、v2、F2——表示断面222 处气体的密度、 面积和流速。

此式称为“连续性方程式”。对于空气来说,虽然压缩性很大,但在冷却塔中流动时,通风阻力较小,一般为10~30mm H2O ,前后压力变化很小,这些变化可认为忽略不计,故可当作不可压缩来看待,即ρ1 =ρ2 ,则式(9-12 )可变成为v1F1 =v2F2 = 常数。

按图9-4 ,气体在塔内流动的能量方程主要描述气体流动时的压能、动能及位能三者相互变化的规律,这个规律表明理想气体在塔内作无扰动现象流动时,任何一个截面的压能、动能、位能三者之和是一个常数,即伯努利方程:

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式中 P 1、P 2——截面1-1、2-2 上的压力(kg/m2 );

γ——气体的密度(kg/m3 );

v 1、v 2——截面1-1、2-2 上的流速(m/s);

g——重力加速度,9.81m/s2 ;

Z1、Z 2——截面1-1、2-2 距基准面(020 )的高度(m )。

实际气体在塔内流动时,是有压力损耗的,使总能逐渐减小,如采用ΣH 表示阻力损耗的能量,则空气在塔内流动时的实际能量方程为:

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等式两边乘γ,可写成:

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式中 P 、Z·γ、(v2/2g)·γ 分别被称为静压、位压(位能)、速压(动能),而ΣH·γ=ΣΔP 表示压力损失总和。

静压是冷却塔内气体垂直作用在物体上的压力,可正可负;位压亦叫位能,由重力作用而引起,距地面越高位能越大;速压亦称动能又称速度头,由速度引起,随速度大小而变化,它的方向与速度方向一致,永远是正值。

静压和动压在一定条件下会互相转化,并且可用来克服塔内的阻力。以圆形逆流式机械通风冷却塔来说,中塔体和风筒(不是扩散风筒)的截面是不变的,收缩段的截面是变化的。如果气流均匀分布,则气体在截面不变段流动时,如果流速不变则动压不变,所以阻力只能用压能(静压)的消耗来克服;气体在截面变化段流动时,如果要保持静压不变,就必须利用动压的变化来补偿阻力损失。能量的转化可用下式计算:

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可见,由于流速降低而增加的静压力等于阻力损失,即静压增加值全部消耗在克服阻力上。

2. 冷却塔的压力损失

1 )动压力损失

在塔内流动的空气,因具有速度故要消耗部分动能,即动压力,其值计算为:

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式中 v ——空气的流速(m/s ),一般来说,冷却塔的风量是不变的,但风经过的断面是变化的,故风速也是变化的,其变化的范围为20m/s >v > 1m/s。

γ——空气的密度(kg/m3 ),根据 等参数查有关图表。

2 )局部阻力 局部阻力可分为两类:一是流量不变时产生的局部阻力;二是流量改变时产生的局部阻力,冷却塔属前种。但局部阻力都可按下式计算:

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式中 ΔP z——各部件的局部阻力(kg/m2 或mm H2O )。

ξ——局部阻力系数,表示部分动压消耗在克服部件阻力上。一般用实验方法确定。

3 )总局部阻力 冷却塔通风阻力包括沿程摩阻、局部阻力和动压损失等3 个部分。总的局部阻力如《冷却塔的设计与计算》那章所述,由进风口、导流设施、淋水装置、配水系统、收水器、风筒、气流的收缩、扩大、转弯等组成。总局部阻力表达式为:

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式中 ξi ——局部阻力系数; vi ——相应部位的空气流速(m/s);

γi ——相应部位的空气密度(kg/m3 );

g——重力加速度(9.81m/s2 )。

风机的全压及安装角度

1. 风机的全压及转速

风机具有的总压力称为全压,是由风机具有的静压力和动压力两者组成(两者之和)。常用毫米水柱(mm H2O )表示。在风机型号及样本中,有的用全压表示,而有的用静压表示。如LF 型、L 型等风机主要性能介绍中为“全压”;而JT2LZ 风机等主要性能介绍中为“静压”。风机的全压一般在8~19mm H2O 之间;风机的静压通常在4~10mm H2O之间。如用压力表示,则单位为kg/m2 。

小型风机由电动机直接驱动(机械效率为100 %),因此叶轮转速较快。一般风机叶轮直径≤ 2000m m 的,转速均在300r/min 以上, 最高的可达960r/min (叶轮直径仅600m m );风机直径> 2000m m 的,一般转速小于320r/min ,风机叶轮直径越大,转速越小,如风机叶轮直径为9140m m ,风量2730000m3/h 时,转速仅为110r/min 。同一直径的风机,其安装角度和转速不同,则风量也不同,而风量的不同,则全压和静压也随之不同。也就是说,为改变风量(增加或减少风量),可采取改变风机安装角度与改变风机转速来解决。

2. 风机的安装角度与测量

风机铭牌上一般表明三档风量,不同风量其全压和叶片的安装角度也随之相应不同,其共同点是随着风量增加,则叶片安装角度增大,全压增大,电机轴功率也增大。有的风机铭牌(样本)上只表明一种叶片的安装角度及其相应的风量(含全压)。风机的这一工作点就是风机的特性曲线与冷却塔空气动力阻力性能曲线的交点。

风机的安装角度和风量不是可任意(无限)变化的,仅局限在一定的范围内,通常风机叶片的安装角度变化范围在8°~24°之间,角度太小则风量不足,不能充分发挥风机的潜力和作用;安装角度太大,则振动和噪声增大,影响塔体与风机的寿命。多数冷却塔通常的风机叶片安装角度为8°~15°之间。安装角度在20°以上的相对来说较少。

冷却塔在试运行之前,必须检查风机叶片的倾角(安装角度)和叶片端头距风筒内壁的间隙大小(距离),风机安装在风筒内的下部分,风筒直径比风机叶片直径大1 %~2 %(大风机取小值,小风机取大值)。在小型风机中,叶片端头与风筒内壁间隙距离最小值为8m m 。间隙距离过大会造成局部涡流,降低风机效率。

风机全部叶片应安装得相同,保持要求的角度。在试转之前,按风机生产厂提供的要求和规定,对风机叶片的倾角进行测量。现以风机直径5m 和7m ,其倾斜角的测量方法为:沿叶片边缘作两个记号,其位置在离端点500m m (5m 风机)或者700m m (7m 风机)处,把这两个记号垂直向下引到下面框架的同梁上,再测量出离开梁的垂直距离H 1 及H 2和相互间的水平距离L ,即离端点的距离处的叶片宽度。则叶片的倾斜角α按下式计算:

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