為了風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)比，我們從一族新設(shè)計(jì)翼型中選出FJZX08、FJZX10和FJZX12三個(gè)翼型，其參數(shù)見表2，還選用了兩個(gè)常用翼型CLARK—Y(相對(duì)厚度為11.7%)和RAF—6E(相對(duì)厚度10.2%)，一共加工了5個(gè)翼型模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，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(jì)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(huì)使翼型在非設(shè)計(jì)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(jì)目標(biāo)。軸流風(fēng)機(jī)葉輪的氣動(dòng)性能是決定風(fēng)機(jī)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(jī)性能的關(guān)鍵。有關(guān)文獻(xiàn)中已有許多種翼型，其中最先進(jìn)的莫過于航空上使用的飛機(jī)機(jī)翼翼型；其它領(lǐng)域或行業(yè)對(duì)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(jiǎn)單采用航空的已有翼型作為風(fēng)機(jī)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(jìn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)分析技術(shù)，針對(duì)風(fēng)機(jī)的使用條件，設(shè)計(jì)出系列風(fēng)機(jī)專用翼型，經(jīng)過風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證，新翼型的性能高于原有翼型。用同樣的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)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(jì)風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明采用新翼型的風(fēng)機(jī)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)并建造了目前國內(nèi)最大的氣體減壓器性能測(cè)試裝置，該裝置既可測(cè)常規(guī)的離心、軸流、混流氣體減壓器，又可測(cè)特殊的屋頂氣體減壓器，測(cè)量氣體減壓器葉輪直徑最大至2.4m，風(fēng)量達(dá)5×105m3/h，由于配用了變頻調(diào)速的輔助風(fēng)機(jī)，可測(cè)量試驗(yàn)氣體減壓器零靜壓時(shí)的流量。工況點(diǎn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集、計(jì)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(qiáng)，自動(dòng)化程度高，操作方便，測(cè)試準(zhǔn)確，效果良好。測(cè)試是在穩(wěn)定工況下進(jìn)行，為防止差壓變送器零點(diǎn)漂移，測(cè)試前采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行零點(diǎn)校正并自動(dòng)記錄校正數(shù)據(jù)，所有測(cè)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(cè)量誤差直接與儀表精度有關(guān)，根據(jù)誤差傳遞理論，計(jì)算結(jié)果如表2所示。微機(jī)系統(tǒng)與接口：微機(jī)部分由計(jì)算機(jī)、顯示儀與鍵盤組成，采用工控機(jī)配用HP激光打印機(jī)，繪圖機(jī)采用Roland 1150型(A3)，計(jì)算機(jī)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(cè)試數(shù)據(jù)通過計(jì)算，提供標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(jí)與比A聲級(jí))，打印全套測(cè)試結(jié)果，并通過繪圖機(jī)繪制性能曲線圖。大氣壓測(cè)量：由于氣體減壓器性能測(cè)試時(shí)間短，通常不超過0.5h，因而大氣壓變化可忽略不計(jì)，試驗(yàn)時(shí)，采用動(dòng)槽式水銀大氣壓力計(jì)，讀數(shù)為常數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，測(cè)試誤差為±0.25Mg。轉(zhuǎn)速測(cè)量：采用光電轉(zhuǎn)速傳感器與轉(zhuǎn)速顯示儀組合測(cè)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(cè)量精度為±1r/min。功率測(cè)量：對(duì)于大型氣體減壓器，功率測(cè)量采用電測(cè)法，電動(dòng)機(jī)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(jí)，為滿足各種風(fēng)機(jī)功率測(cè)量，配用多量程電流互感器，0.1級(jí)精度，為滿足各種風(fēng)機(jī)功率測(cè)量，配用多量程電流互感器，0.1級(jí)精度。為使功率測(cè)量穩(wěn)定，在整個(gè)試驗(yàn)裝置電流輸入端裝有容量為160kW的自動(dòng)調(diào)壓器，控制臺(tái)設(shè)有功率、電壓、頻率等數(shù)字顯示儀表。溫度與濕度測(cè)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(jì)成一體，另配數(shù)字顯示儀輸出信號(hào)，通過端子板接至AD模板，測(cè)量精度溫度±0.3℃，相對(duì)濕度誤差±3%。噪聲測(cè)量：把現(xiàn)場(chǎng)噪聲傳感器的信號(hào)引入噪聲測(cè)量?jī)x，信號(hào)處理后經(jīng)RS232口接至計(jì)算機(jī)，測(cè)量誤差為±0.5dB(A)。通過流量調(diào)節(jié)閥改變?cè)囼?yàn)管道的阻力，也就改變?cè)囼?yàn)工況點(diǎn)，從而可獲得氣體減壓器的氣動(dòng)特性曲線，流量調(diào)節(jié)閥的形式采用對(duì)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(yàn)時(shí)通過控制臺(tái)調(diào)節(jié)(也可由計(jì)算機(jī)自控)，同時(shí)，控制臺(tái)儀表同步數(shù)顯0～100%任一開度［1］。所有錐形擴(kuò)散管單邊擴(kuò)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(shí)根據(jù)試驗(yàn)風(fēng)機(jī)的流量選擇安裝。裝置的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：流量Q=5×103～5×105m3/h，靜壓P=0～2000Pa；試驗(yàn)風(fēng)機(jī)葉輪直徑D=1.0～2.4m(D＜1m，另建小型測(cè)試裝置)；試驗(yàn)風(fēng)機(jī)的類型：離心、軸流、混流、屋頂氣體減壓器。
    流量測(cè)量部分的設(shè)計(jì)為滿足試驗(yàn)裝置的流量測(cè)量，采用通用性強(qiáng)、安裝方便的進(jìn)口噴嘴流量測(cè)量方式，根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［1、3］，選用1/4圓周進(jìn)口測(cè)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(shí)，空氣運(yùn)動(dòng)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(jìn)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(cè)量屋頂氣體減壓器，后部用于測(cè)量常規(guī)的離心、軸流、混流氣體減壓器。測(cè)量屋頂氣體減壓器時(shí)，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(yàn)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(cè)孔用于測(cè)量風(fēng)室靜壓。測(cè)量常規(guī)氣體減壓器時(shí)，前部屋頂氣體減壓器安裝孔口外密封，氣流從進(jìn)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(jìn)入常規(guī)氣體減壓器的進(jìn)口處，在整流網(wǎng)后與試驗(yàn)氣體減壓器進(jìn)口前內(nèi)壁豎直方向布置4個(gè)測(cè)壓孔用于常規(guī)氣體減壓器的靜壓測(cè)量。測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示，由測(cè)試臺(tái)、控制臺(tái)、試驗(yàn)風(fēng)機(jī)、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(jì)算機(jī)部分(包括打印機(jī)、繪圖機(jī))組成，測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介如下壓力測(cè)量：壓力測(cè)量包括流量壓差與風(fēng)室靜壓測(cè)量(常規(guī)風(fēng)機(jī)與屋頂風(fēng)機(jī)各自分開)兩部分，由壓力切換器自動(dòng)切換，根據(jù)壓力，計(jì)算機(jī)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(cè)量精度。差壓變送器輸出信號(hào)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(jí)精度；低壓差2只，0～1250Pa，0～2000Pa，0.2級(jí)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(yàn)時(shí)振動(dòng)。根據(jù)試驗(yàn)風(fēng)機(jī)安裝位置，風(fēng)室式又可分為進(jìn)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(jìn)口側(cè)風(fēng)室所需橫截面積一般是試驗(yàn)氣體減壓器進(jìn)口喉部面積的5～8倍，而出口側(cè)風(fēng)室，對(duì)于軸流氣體減壓器性能試驗(yàn)所需橫截面積是風(fēng)機(jī)出口面積的16倍，因此，在無特定的要求時(shí)，選用進(jìn)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(yùn)行，更適合選用進(jìn)口側(cè)風(fēng)室進(jìn)行性能試驗(yàn)。另外，壓力較高風(fēng)機(jī)進(jìn)行進(jìn)口側(cè)風(fēng)室試驗(yàn)時(shí)，室內(nèi)處于負(fù)壓，操作更加安全。對(duì)于大型氣體減壓器的性能試驗(yàn)，DIN標(biāo)準(zhǔn)僅涉及進(jìn)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(yàn)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(jī)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(cè)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(cè)量要求。根據(jù)DIN、BS標(biāo)準(zhǔn)［2、3］，選用進(jìn)口側(cè)風(fēng)室可以把特殊的屋頂氣體減壓器性能試驗(yàn)裝置統(tǒng)一在一套裝置中，擴(kuò)大了氣體減壓器試驗(yàn)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(jìn)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(yàn)臺(tái)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(jì)各部門，為確保其質(zhì)量需進(jìn)行性能測(cè)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(cè)試裝置，其中少數(shù)單位采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理的自動(dòng)測(cè)試方式，而對(duì)于具有通用型的大型氣體減壓器性能自動(dòng)測(cè)試裝置，目前國內(nèi)尚未見報(bào)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(yàn)裝置，以便能直接提供出廠試驗(yàn)。大型氣體減壓器性能試驗(yàn)裝置由于臺(tái)體龐大、建造經(jīng)費(fèi)可觀，除了要正確選擇裝置的形式，降低造價(jià)外，更要重視裝置的通用性，我們?cè)诙啻谓ㄔ熘行⌒蜌怏w減壓器性能自動(dòng)測(cè)試臺(tái)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(tuán)股份有限公司設(shè)計(jì)并建造了大型氣體減壓器性能自動(dòng)測(cè)試裝置由所測(cè)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(shí)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(cè)量并積分計(jì)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(cè)量模型尾跡區(qū)的總壓分布與靜壓，根據(jù)動(dòng)量定理計(jì)算翼型的阻力系數(shù)CD測(cè)量各有關(guān)參數(shù)所用儀器為：壓力用補(bǔ)償微壓器，大氣壓用無汞大氣壓力計(jì)，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(jì)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(jī)的空氣動(dòng)力性能試驗(yàn)按照GB1236—85《氣體減壓器空氣動(dòng)力性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行，噪聲性能按照GB28888—82《風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)量方法》進(jìn)行，采用風(fēng)機(jī)出氣口噪聲測(cè)量方法測(cè)量噪聲，進(jìn)口集流器測(cè)量流量，兩瓦特表法測(cè)量功率。在與風(fēng)機(jī)出口軸線45°距出口中心1m處測(cè)量A聲級(jí)。所使用的翼型設(shè)計(jì)分析方法和風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)能可靠地設(shè)計(jì)出針對(duì)使用條件的新翼型和滿足用戶使用要求的新風(fēng)機(jī)。針對(duì)風(fēng)機(jī)使用條件設(shè)計(jì)的新翼型，經(jīng)翼型風(fēng)洞試驗(yàn)和用于風(fēng)機(jī)葉片剖面風(fēng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)表明，新翼型性能高于所選用的現(xiàn)有翼型。