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广州市谱源气体有限公司
标准气减压器的安全使用
2009-4-14 21:17:00
为了风洞试验验证对比，我们从一族新设计翼型中选出FJZX08、FJZX10和FJZX12三个翼型，其参数见表2，还选用了两个常用翼型CLARK—Y(相对厚度为11.7%)和RAF—6E(相对厚度10.2%)，一共加工了5个翼型模型进行风洞试验，各翼型形状如图1所示。考虑到使用雷诺数比较低，因此，有可能要求新设计翼型翼面上保持较长的层流段，以便降低阻力，提高升阻比。但是，过长的层流段，会使翼型在非设计状态下的性能迅速变坏。因此，我们规定50%层流段作为设计目标。轴流风机叶轮的气动性能是决定风机性能好坏的主要因素，而叶轮叶片的剖面形状(翼型)又是决定风机性能的关键。有关文献中已有许多种翼型，其中最先进的莫过于航空上使用的飞机机翼翼型；其它领域或行业对翼型的研究没有投入或投入较少，常常参照采用航空用翼型。但是，由于使用条件，特别是雷诺数的差异太大，简单采用航空的已有翼型作为风机叶轮叶片形状，并不能充分发挥翼型的最佳作用。因此，我们采用航空科学上的先进气动设计分析技术，针对风机的使用条件，设计出系列风机专用翼型，经过风洞试验验证，新翼型的性能高于原有翼型。用同样的风机设计方法，而叶轮剖面采用两种不同的翼型——新翼型和原有翼型设计风机，在风机试验台上进行对比试验，结果表明采用新翼型的风机效率高于原有翼型。按照德国DIN24163-2、英国BS848-1、国际ISO/DIS5801，并参考中国GB1236-85等气体减压器性能测试标准，设计并建造了目前国内最大的气体减压器性能测试装置，该装置既可测常规的离心、轴流、混流气体减压器，又可测特殊的屋顶气体减压器，测量气体减压器叶轮直径最大至2.4m，风量达5×105m3/h，由于配用了变频调速的辅助风机，可测量试验气体减压器零静压时的流量。工况点的各项数据由计算机自动采集、计算、打印数据、绘制性能曲线，全过程一般不超过20min，经近4年的使用证明，该套装置通用性强，自动化程度高，操作方便，测试准确，效果良好。测试是在稳定工况下进行，为防止差压变送器零点漂移，测试前采用计算机进行零点校正并自动记录校正数据，所有测量数据经多次采集剔除异常值后取平均值。
系统测量误差直接与仪表精度有关，根据误差传递理论，计算结果如表2所示。微机系统与接口：微机部分由计算机、显示仪与键盘组成，采用工控机配用HP激光打印机，绘图机采用Roland 1150型(A3)，计算机接口模板共3种：AD板、数字量板、开关量板，开关量用于控制压力切换器的电磁阀，以便选用不同量程的压力变送器。大型气体减压器测试数据通过计算，提供标准进气状态和指定转速下的流量、压力(全压与静压)、功率、效率(全压效率与静压效率)、噪声(A声级与比A声级)，打印全套测试结果，并通过绘图机绘制性能曲线图。大气压测量：由于气体减压器性能测试时间短，通常不超过0.5h，因而大气压变化可忽略不计，试验时，采用动槽式水银大气压力计，读数为常数输入计算机，测试误差为±0.25Mg。转速测量：采用光电转速传感器与转速显示仪组合测量转速，通过转速显示仪BCD编码与数字量模板联接，转速测量精度为±1r/min。功率测量：对于大型气体减压器，功率测量采用电测法，电动机输出轴功率根据损耗分析法确定，本装置配用三相三线有功功率变送器，满量程为4kW，精度0.2级，为满足各种风机功率测量，配用多量程电流互感器，0.1级精度，为满足各种风机功率测量，配用多量程电流互感器，0.1级精度。为使功率测量稳定，在整个试验装置电流输入端装有容量为160kW的自动调压器，控制台设有功率、电压、频率等数字显示仪表。温度与湿度测量：温度传感器采用半导体集成敏感器，温度传感器采用高分子醋酸纤维素薄膜电器敏感器件，本仪表将温度传感器与变送器设计成一体，另配数字显示仪输出信号，通过端子板接至AD模板，测量精度温度±0.3℃，相对湿度误差±3%。噪声测量：把现场噪声传感器的信号引入噪声测量仪，信号处理后经RS232口接至计算机，测量误差为±0.5dB(A)。通过流量调节阀改变试验管道的阻力，也就改变试验工况点，从而可获得气体减压器的气动特性曲线，流量调节阀的形式采用对开的风阀叶片，前后附带整流格栅，阀的通流面积为2.4×2.4m，试验时通过控制台调节(也可由计算机自控)，同时，控制台仪表同步数显0～100%任一开度［1］。所有锥形扩散管单边扩散角均为4°，可与相应6种规格的喷嘴尺寸分别配套，使用时根据试验风机的流量选择安装。装置的主要设计参数为：流量Q=5×103～5×105m3/h，静压P=0～2000Pa；试验风机叶轮直径D=1.0～2.4m(D＜1m，另建小型测试装置)；试验风机的类型：离心、轴流、混流、屋顶气体减压器。
流量测量部分的设计为满足试验装置的流量测量，采用通用性强、安装方便的进口喷嘴流量测量方式，根据有关标准［1、3］，选用1/4圆周进口测量喷嘴，规划了6种规格，根据雷诺数下限Re0,min=105，空气温度在0～40℃时，空气运动粘度υ=1.5×10-5m2/s，现取平均流量系数α0=0.99，膨胀系数ε0=1，进口密度ρ0=1.2kg/m3，则喷嘴喉部最小速度由得风室本体(见图1)由两部分组成，前部用于测量屋顶气体减压器，后部用于测量常规的离心、轴流、混流气体减压器。测量屋顶气体减压器时，常规气体减压器安装处密封，气体流过45°且开孔率为45%整流网均匀向上，经过试验的屋顶气体减压器流向外侧，在屋顶气体减压器安装处内壁水平方向布置4只壁面静压测孔用于测量风室静压。测量常规气体减压器时，前部屋顶气体减压器安装孔口外密封，气流从进口管道水平地经过45°整流网后，依次通过开孔率分别为60、50、45%的整流网均匀进入常规气体减压器的进口处，在整流网后与试验气体减压器进口前内壁竖直方向布置4个测压孔用于常规气体减压器的静压测量。测试系统如图1所示，由测试台、控制台、试验风机、各类传感器及其相应的显示仪表(包括温度、湿度、流量压差、压力、转速、功率、噪声等)、压力切换器、各种输入模板、计算机部分(包括打印机、绘图机)组成，测试系统简介如下压力测量：压力测量包括流量压差与风室静压测量(常规风机与屋顶风机各自分开)两部分，由压力切换器自动切换，根据压力，计算机能在4只不同量程的差压变送器中读取最佳量程的数值，确保测量精度。差压变送器输出信号通过接线端联到AD模板。选用的差压变送器量程规格为：微压差2只，0～120MPa，0～250Pa，0.5级精度；低压差2只，0～1250Pa，0～2000Pa，0.2级精度。选用整流网规格不宜使网孔太小，以免长期使用易集灰尘。本装置选用整流网为网丝，规格为8目，丝径分别为1.02、0.91、0.71mm，可选黄铜或不锈钢材料，以确保长期使用不生锈，在风室横截面积6×6m的平面内，每层采用6套扁钢框架，上下两头固定在壁面槽沟内，扁钢材料顺气流方向面积最小，垂直方向三层网的每只框架之间相互固定，以防试验时振动。根据试验风机安装位置，风室式又可分为进口侧风室与出口侧风室，参照有关标准［3、5］，进口侧风室所需横截面积一般是试验气体减压器进口喉部面积的5～8倍，而出口侧风室，对于轴流气体减压器性能试验所需横截面积是风机出口面积的16倍，因此，在无特定的要求时，选用进口侧风室能大大减小尺寸、节省空间与材料。多数大型气体减压器在工作系统中以抽风方式运行，更适合选用进口侧风室进行性能试验。另外，压力较高风机进行进口侧风室试验时，室内处于负压，操作更加安全。对于大型气体减压器的性能试验，DIN标准仅涉及进口侧风室、出口侧风室由于尺寸庞大而未讨论。气体减压器性能试验装置基本分为风管式与风室式两大类，由于风室式能在宽广的风机尺寸范围内不需改换风室本体，具有较大的通用性，并可测量气体减压器完整的性能曲线，更适合低压气体减压器及特殊气体减压器测量要求。根据DIN、BS标准［2、3］，选用进口侧风室可以把特殊的屋顶气体减压器性能试验装置统一在一套装置中，扩大了气体减压器试验种类，通用风室本体横截面积采用正方形，风室本体相关尺寸、内部构造、风室进口管道符合有关标准要求［1～4］，基本形式参见图1的试验台本体部分。气体减压器使用面广量大，种类繁多，遍及国民经济各部门，为确保其质量需进行性能测试，中小型气体减压器(一般指叶轮直径＜1m)各制造厂及部分配套部门较为广泛使用性能测试装置，其中少数单位采用计算机进行试验数据采集与处理的自动测试方式，而对于具有通用型的大型气体减压器性能自动测试装置，目前国内尚未见报道。
随着近年来电站、地铁、隧道等大型工程建设数量不断增长，大型气体减压器使用量日益增加，为确保其性能与可靠性，需建立相应的性能试验装置，以便能直接提供出厂试验。大型气体减压器性能试验装置由于台体庞大、建造经费可观，除了要正确选择装置的形式，降低造价外，更要重视装置的通用性，我们在多次建造中小型气体减压器性能自动测试台的基础上，根据国内外有关标准［1～4］，为江苏申海集团股份有限公司设计并建造了大型气体减压器性能自动测试装置由所测量的翼型表面的静压以及尾流区的静压和总压，求出翼型表面的法向力系数和弦向力系数，再由法向力系数和弦向力系数最后求出升力系数、阻力系数和力矩系数。翼型的迎角变化范围为-4°开始至失速以后若干迎角为止。在最小迎角附近和大迎角时变化间隔为0.5°或1°，其余一般为2°，通过翼型表面压力分布测量并积分计算出翼型的升力系数CL，与绕1/4弦线处的俯仰力矩系数CM，通过测量模型尾迹区的总压分布与静压，根据动量定理计算翼型的阻力系数CD测量各有关参数所用仪器为：压力用补偿微压器，大气压用无汞大气压力计，功率用功率表，转速用光电转速表，噪声用精密噪声仪。所用上述仪器仪表均经计量部门检定合格并在检定有效日期内使用，其精度符合GB1236—85及有关标准规定。风机的空气动力性能试验按照GB1236—85《气体减压器空气动力性能试验方法》进行，噪声性能按照GB28888—82《风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》进行，采用风机出气口噪声测量方法测量噪声，进口集流器测量流量，两瓦特表法测量功率。在与风机出口轴线45°距出口中心1m处测量A声级。所使用的翼型设计分析方法和风机设计系统能可靠地设计出针对使用条件的新翼型和满足用户使用要求的新风机。针对风机使用条件设计的新翼型，经翼型风洞试验和用于风机叶片剖面风机试验台试验表明，新翼型性能高于所选用的现有翼型。
系统测量误差直接与仪表精度有关，根据误差传递理论，计算结果如表2所示。微机系统与接口：微机部分由计算机、显示仪与键盘组成，采用工控机配用HP激光打印机，绘图机采用Roland 1150型(A3)，计算机接口模板共3种：AD板、数字量板、开关量板，开关量用于控制压力切换器的电磁阀，以便选用不同量程的压力变送器。大型气体减压器测试数据通过计算，提供标准进气状态和指定转速下的流量、压力(全压与静压)、功率、效率(全压效率与静压效率)、噪声(A声级与比A声级)，打印全套测试结果，并通过绘图机绘制性能曲线图。大气压测量：由于气体减压器性能测试时间短，通常不超过0.5h，因而大气压变化可忽略不计，试验时，采用动槽式水银大气压力计，读数为常数输入计算机，测试误差为±0.25Mg。转速测量：采用光电转速传感器与转速显示仪组合测量转速，通过转速显示仪BCD编码与数字量模板联接，转速测量精度为±1r/min。功率测量：对于大型气体减压器，功率测量采用电测法，电动机输出轴功率根据损耗分析法确定，本装置配用三相三线有功功率变送器，满量程为4kW，精度0.2级，为满足各种风机功率测量，配用多量程电流互感器，0.1级精度，为满足各种风机功率测量，配用多量程电流互感器，0.1级精度。为使功率测量稳定，在整个试验装置电流输入端装有容量为160kW的自动调压器，控制台设有功率、电压、频率等数字显示仪表。温度与湿度测量：温度传感器采用半导体集成敏感器，温度传感器采用高分子醋酸纤维素薄膜电器敏感器件，本仪表将温度传感器与变送器设计成一体，另配数字显示仪输出信号，通过端子板接至AD模板，测量精度温度±0.3℃，相对湿度误差±3%。噪声测量：把现场噪声传感器的信号引入噪声测量仪，信号处理后经RS232口接至计算机，测量误差为±0.5dB(A)。通过流量调节阀改变试验管道的阻力，也就改变试验工况点，从而可获得气体减压器的气动特性曲线，流量调节阀的形式采用对开的风阀叶片，前后附带整流格栅，阀的通流面积为2.4×2.4m，试验时通过控制台调节(也可由计算机自控)，同时，控制台仪表同步数显0～100%任一开度［1］。所有锥形扩散管单边扩散角均为4°，可与相应6种规格的喷嘴尺寸分别配套，使用时根据试验风机的流量选择安装。装置的主要设计参数为：流量Q=5×103～5×105m3/h，静压P=0～2000Pa；试验风机叶轮直径D=1.0～2.4m(D＜1m，另建小型测试装置)；试验风机的类型：离心、轴流、混流、屋顶气体减压器。
流量测量部分的设计为满足试验装置的流量测量，采用通用性强、安装方便的进口喷嘴流量测量方式，根据有关标准［1、3］，选用1/4圆周进口测量喷嘴，规划了6种规格，根据雷诺数下限Re0,min=105，空气温度在0～40℃时，空气运动粘度υ=1.5×10-5m2/s，现取平均流量系数α0=0.99，膨胀系数ε0=1，进口密度ρ0=1.2kg/m3，则喷嘴喉部最小速度由得风室本体(见图1)由两部分组成，前部用于测量屋顶气体减压器，后部用于测量常规的离心、轴流、混流气体减压器。测量屋顶气体减压器时，常规气体减压器安装处密封，气体流过45°且开孔率为45%整流网均匀向上，经过试验的屋顶气体减压器流向外侧，在屋顶气体减压器安装处内壁水平方向布置4只壁面静压测孔用于测量风室静压。测量常规气体减压器时，前部屋顶气体减压器安装孔口外密封，气流从进口管道水平地经过45°整流网后，依次通过开孔率分别为60、50、45%的整流网均匀进入常规气体减压器的进口处，在整流网后与试验气体减压器进口前内壁竖直方向布置4个测压孔用于常规气体减压器的静压测量。测试系统如图1所示，由测试台、控制台、试验风机、各类传感器及其相应的显示仪表(包括温度、湿度、流量压差、压力、转速、功率、噪声等)、压力切换器、各种输入模板、计算机部分(包括打印机、绘图机)组成，测试系统简介如下压力测量：压力测量包括流量压差与风室静压测量(常规风机与屋顶风机各自分开)两部分，由压力切换器自动切换，根据压力，计算机能在4只不同量程的差压变送器中读取最佳量程的数值，确保测量精度。差压变送器输出信号通过接线端联到AD模板。选用的差压变送器量程规格为：微压差2只，0～120MPa，0～250Pa，0.5级精度；低压差2只，0～1250Pa，0～2000Pa，0.2级精度。选用整流网规格不宜使网孔太小，以免长期使用易集灰尘。本装置选用整流网为网丝，规格为8目，丝径分别为1.02、0.91、0.71mm，可选黄铜或不锈钢材料，以确保长期使用不生锈，在风室横截面积6×6m的平面内，每层采用6套扁钢框架，上下两头固定在壁面槽沟内，扁钢材料顺气流方向面积最小，垂直方向三层网的每只框架之间相互固定，以防试验时振动。根据试验风机安装位置，风室式又可分为进口侧风室与出口侧风室，参照有关标准［3、5］，进口侧风室所需横截面积一般是试验气体减压器进口喉部面积的5～8倍，而出口侧风室，对于轴流气体减压器性能试验所需横截面积是风机出口面积的16倍，因此，在无特定的要求时，选用进口侧风室能大大减小尺寸、节省空间与材料。多数大型气体减压器在工作系统中以抽风方式运行，更适合选用进口侧风室进行性能试验。另外，压力较高风机进行进口侧风室试验时，室内处于负压，操作更加安全。对于大型气体减压器的性能试验，DIN标准仅涉及进口侧风室、出口侧风室由于尺寸庞大而未讨论。气体减压器性能试验装置基本分为风管式与风室式两大类，由于风室式能在宽广的风机尺寸范围内不需改换风室本体，具有较大的通用性，并可测量气体减压器完整的性能曲线，更适合低压气体减压器及特殊气体减压器测量要求。根据DIN、BS标准［2、3］，选用进口侧风室可以把特殊的屋顶气体减压器性能试验装置统一在一套装置中，扩大了气体减压器试验种类，通用风室本体横截面积采用正方形，风室本体相关尺寸、内部构造、风室进口管道符合有关标准要求［1～4］，基本形式参见图1的试验台本体部分。气体减压器使用面广量大，种类繁多，遍及国民经济各部门，为确保其质量需进行性能测试，中小型气体减压器(一般指叶轮直径＜1m)各制造厂及部分配套部门较为广泛使用性能测试装置，其中少数单位采用计算机进行试验数据采集与处理的自动测试方式，而对于具有通用型的大型气体减压器性能自动测试装置，目前国内尚未见报道。
随着近年来电站、地铁、隧道等大型工程建设数量不断增长，大型气体减压器使用量日益增加，为确保其性能与可靠性，需建立相应的性能试验装置，以便能直接提供出厂试验。大型气体减压器性能试验装置由于台体庞大、建造经费可观，除了要正确选择装置的形式，降低造价外，更要重视装置的通用性，我们在多次建造中小型气体减压器性能自动测试台的基础上，根据国内外有关标准［1～4］，为江苏申海集团股份有限公司设计并建造了大型气体减压器性能自动测试装置由所测量的翼型表面的静压以及尾流区的静压和总压，求出翼型表面的法向力系数和弦向力系数，再由法向力系数和弦向力系数最后求出升力系数、阻力系数和力矩系数。翼型的迎角变化范围为-4°开始至失速以后若干迎角为止。在最小迎角附近和大迎角时变化间隔为0.5°或1°，其余一般为2°，通过翼型表面压力分布测量并积分计算出翼型的升力系数CL，与绕1/4弦线处的俯仰力矩系数CM，通过测量模型尾迹区的总压分布与静压，根据动量定理计算翼型的阻力系数CD测量各有关参数所用仪器为：压力用补偿微压器，大气压用无汞大气压力计，功率用功率表，转速用光电转速表，噪声用精密噪声仪。所用上述仪器仪表均经计量部门检定合格并在检定有效日期内使用，其精度符合GB1236—85及有关标准规定。风机的空气动力性能试验按照GB1236—85《气体减压器空气动力性能试验方法》进行，噪声性能按照GB28888—82《风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》进行，采用风机出气口噪声测量方法测量噪声，进口集流器测量流量，两瓦特表法测量功率。在与风机出口轴线45°距出口中心1m处测量A声级。所使用的翼型设计分析方法和风机设计系统能可靠地设计出针对使用条件的新翼型和满足用户使用要求的新风机。针对风机使用条件设计的新翼型，经翼型风洞试验和用于风机叶片剖面风机试验台试验表明，新翼型性能高于所选用的现有翼型。
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