吹氣抑制離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)失速的動(dòng)力學(xué)特征(3)

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通過以上分析可知，當(dāng)閥門開度而=o．48時(shí)，110In／s的吹氣速度不能提供足夠動(dòng)能，抑制不了失速先兆的產(chǎn)生，形成了向失速現(xiàn)象發(fā)展的2個(gè)未成熟失速團(tuán)。原始石家莊風(fēng)機(jī)在閥門開度為0．72時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象，流量為4．157岔／s。失速先兆發(fā)生前，通過在葉片進(jìn)口附近設(shè)計(jì)噴嘴吹氣，抑制旋轉(zhuǎn)失速的產(chǎn)生。隨著閥門開度的減小，當(dāng)閥門開度為O．48時(shí)，離心石家莊風(fēng)機(jī)葉輪內(nèi)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速先兆，并演化為沿周向旋轉(zhuǎn)的失速團(tuán)，該閥門開度下對(duì)應(yīng)的石家莊風(fēng)機(jī)流量為3．46l m3／s。因此，通過吹氣主動(dòng)控制，石家莊風(fēng)機(jī)裕度增大11％，擴(kuò)穩(wěn)效果明顯。
2．3靜壓等值線分布圖4為閥門開度分別為七l=o．69和島：0．63時(shí)葉輪內(nèi)不同軸向截面的靜壓等值線分布圖。由圖可知，在Z-31截面，2個(gè)閥門開度下靜壓等值線分布幾乎相同，差別是葉輪中間區(qū)域的兩條環(huán)形閉合靜壓等值線的直徑不同，且閥門開度較小的工況下該等值線所圍成的面積較小。門開度分別為七l=0．54和七l=0．48時(shí)葉輪內(nèi)不同軸向截面的靜壓等值線分布圖。由圖5(a)可知，隨著閥門開度的減小，壓31截面內(nèi)存在的兩條圓形閉合靜壓等值線包圍的面積逐漸縮小，各流道內(nèi)靜壓等值線周向呈不對(duì)稱分布。由圖5(b)可知，在壓38．5截面，葉片附近低壓凸起的靜壓等值線發(fā)展為沿周向不對(duì)稱分布，且該截面中部存在一段起點(diǎn)和終點(diǎn)在輪轂表面的靜壓等值線。由圖5(c)可知，在z46截面，靜壓等值線在葉輪截面中部附近呈不均勻分布，且靠近蝸舌的流道出口靜壓與其他流道的壓差進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)后l=0．48時(shí)，由圖5(d)、(e)和(f)可知，葉輪流道內(nèi)靜壓等值線分布沿周向嚴(yán)重不均。葉輪中部輪轂附近處靜壓等值線分布沿周向不均，如Z-3l截面葉輪中部靜壓沿周向出現(xiàn)3條呈直線分布的靜壓等值線。以上靜壓等值線分布的變化均是由于該閥門開度下，葉輪流道內(nèi)產(chǎn)生了2個(gè)未成熟的失速團(tuán)所引起的，且失速先兆的影響范圍隨著失速團(tuán)的成熟逐漸向葉輪中心處擴(kuò)大。
2．4噪聲特性預(yù)估圖6為閥門開度分別為‰=0．69和尼l=0．63時(shí)葉輪和蝸殼區(qū)域內(nèi)3個(gè)軸向截面的聲功率級(jí)分布云圖。由圖可知，靠近前盤的壓31截面葉輪流道內(nèi)存在較大聲功率級(jí)的區(qū)域，且沿軸向葉輪內(nèi)聲功率級(jí)逐漸減小。這是由于靠近前盤的葉輪流道內(nèi)占據(jù)了較大面積的分離渦，產(chǎn)生了較大的氣動(dòng)噪聲，而靠近后盤的截面內(nèi)流動(dòng)性比較好。豳圖6(a)和圖6(d)可知，由于在壓31截面附近安裝噴嘴進(jìn)行高速噴氣，導(dǎo)致噴嘴附近聲功率級(jí)最高，且存在較高聲功率級(jí)的區(qū)域。隨著閥門開度的減小，該高聲功率級(jí)區(qū)域的面積逐漸增大。比較而=0．69和島=o．63聲功率級(jí)分布可知，由于噴嘴吹氣抑制了旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的發(fā)生，石家莊風(fēng)機(jī)內(nèi)聲功率級(jí)分布變化較小。圖7(a)、嘞和(c)為閥門開度幻=o．54時(shí)葉輪和蝸殼區(qū)域內(nèi)3個(gè)軸向截面的聲功率級(jí)分布云圖。由圖可知，與圖6(d)、(e)和∞相比，高噪?yún)^(qū)面積增大，這是由于隨著閥門開度的減小，流量減小，葉輪流道內(nèi)分離渦的面積增大引起氣動(dòng)噪聲增大。壓3l截面蝸舌附近噴嘴吹氣產(chǎn)生的較高氣動(dòng)噪聲與蝸舌噪聲疊加形成了局部高噪帶。
在嬲8．5截面，高噪?yún)^(qū)主要分布在蝸舌對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)噪聲及每個(gè)葉輪流道內(nèi)分離渦引起的旋渦噪聲。圖7(d)、@和①為閥門開度h=0．48時(shí)葉輪和蝸殼區(qū)域內(nèi)3個(gè)軸向截面的聲功率級(jí)分布云圖。由圖可知，腳1截面上葉輪出口的高噪?yún)^(qū)沿周向分布嚴(yán)重不均，主要集中在2個(gè)高噪帶，每個(gè)高噪帶約覆蓋了4個(gè)葉輪流道出口，2個(gè)高噪帶之間的葉輪流道出口聲功率級(jí)降低。這是由于在該閥門開度下，此時(shí)靠近前盤的截面內(nèi)產(chǎn)生了2個(gè)未成熟失速團(tuán)，占據(jù)了高噪帶覆蓋的葉輪流道。另外，靠近蝸舌區(qū)域的高噪帶，由于噴嘴吹氣與未成熟失速團(tuán)的耦合作用，造成了高聲功率級(jí)面積的增大。2個(gè)未成熟失速團(tuán)對(duì)應(yīng)的葉輪流道在壓38．5和Z斟6截面內(nèi)對(duì)應(yīng)的聲功率級(jí)均有不同程度的提高，但沿軸向高噪?yún)^(qū)面積增大的程度逐漸減小，這是由于此時(shí)產(chǎn)生的是未成熟的失速團(tuán)，之后經(jīng)歷沿徑向、軸向和周向的三維演化過程，z蘭38．5和Z46截面內(nèi)對(duì)應(yīng)的高噪?yún)^(qū)面積將逐漸增大。
3結(jié)論本文提出了一種推遲離心石家莊風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象發(fā)生的方法，即失速先兆發(fā)生前在靠近蝸舌的3奪葉輪流道進(jìn)口進(jìn)行噴嘴吹氣。基于風(fēng)Ializable玨締《型和節(jié)流閥模型，對(duì)某吹氣速度、不同流量(閥門開度)下離心石家莊風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流場進(jìn)行了非定常數(shù)值模擬。分析比較了閥門開度分別為O．69、O．63、O．54和0．48時(shí)葉輪內(nèi)不同軸向截面的相對(duì)速度矢量圖、靜壓等值線分布和聲功率級(jí)云圖。結(jié)果表明，通過噴嘴吹氣，離心石家莊風(fēng)機(jī)裕度增大11％，擴(kuò)穩(wěn)效果明顯，有效地抑制了失速現(xiàn)象的產(chǎn)生。本文提出的失速控制方法對(duì)石家莊風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行具有重要的工程價(jià)值。