Изменения и балансировка аэродинамического дисбаланса осевого вентилятора низкого давления

Основным источником вибраций в осевых вентиляторах является обычный дисбаланс вращающихся частей в сборе и аэродинамический дисбаланс. Последнее возникает из-за неточно изготовленных рабочих колес, лопастей, из-за разницы в зазоре между головками лопаток и корпусом и т.д.

Газ (воздух) в вентиляторах высокого давления сжимается, поэтому дисбаланс целесообразно рассматривать как газовый-динамический. Газ в таких вентиляторах проходит под крыльчатками высокого давления, направляющими лопатками, лабиринтами уплотнений и т.д.. Этим объясняется сложный характер возникновения газодинамического дисбаланса, так как он зависит не только от аэродинамических характеристик лопастей, но и от механизма их взаимодействия с другими частями вентилятора (например, осевой вентилятор низкого давления ВЕНТС ОВ 2Е 200 укомплектован в стальной корпус с полимерным покрытием).

Закономерности возникновения газодинамического дисбаланса в турбоагрегатах двигателей внутреннего сгорания рассмотрены в работе Korneev N. Aerodynamic disbalance of the turbocompressor as the reason of lowering of power indexes of internal combustion engines (2008) и в работе Korneev N. V., Polyakova E. V. The calculation of the aerodynamic the disbalance rotor of turbocharger ICE (2014) вычислен заданный дисбаланс. Особенности и причины возникновения газодинамического дисбаланса в газотурбинных двигателях рассмотрены в работе Idelson A. M., Kuptsov A. I. Elastic deformation of fan blades as a factor, influencing the gas-dynamic unbalance (2006); в статье Idelson A. M. Modeling of aerodynamic unbalance on fan blades (2003) смоделирован этот дисбаланс. В выше указанных работах установлено, что газодинамический дисбаланс существенно зависит от плотности воздуха (температуры, высоты над уровнем моря) и может зависеть от скорости вращения ротора, в частности, за счет деформаций лопастей. Воздух в вентиляторах низкого давления почти не сжимается. Если имеется только одно рабочее колесо и нет направляющей лопатки, аэродинамический дисбаланс и шум вентилятора определяются в основном аэродинамическими характеристиками лопастей.

В некоторых работах исследовались и оптимизировались отдельные лопасти. Авторы Numerical simulation and experimental research on the aerodynamic performance of large marine axial flow fan with a perforat-ed blade / Yang X., Wu C., Wen H., Zhang L. (2017) исследовали влияние сквозных отверстий в лопастях на шум вентилятора. В Multi-objective genetic optimization of impeller of rail axial fan based on Kriging model / Qu X., Han X., Bi R., Tan Y. // Zhongguo Jixie Gongcheng/China Mechanical Engineering (2015) авторы оптимизировали форму лопастей с целью повышения производительности и уменьшения массы. В статье Bamberger K., Carolus T. Development, Application, and Validation of a Quick Optimization Method for the Class of Axial Fans (2017) сообщается о построении метода быстрой оптимизации рабочих колес осевых вентиляторов и его проверке. Авторы Application of the objective optimization algorithm in parametric design of impeller blade / Liu Z., Han B., Yeming L., Yeming L.  (2017) для параметрической оптимизации геометрических параметров лопасти применили алгоритм оптимизации объекта. В статье Almazo D., Rodríguez C., Toledo M. Selection and Design of an Axial Flow Fan (2013) представлена ​​процедура выбора конструкции рабочего колеса (воздушного винта), предназначенная для экспериментальной проверки. В цитируемых исследованиях не рассматривается обычный и аэродинамический дисбаланс рабочего колеса.

В Filimonikhin G., Olijnichenko L. Investigation of the possibility of balancing aerodynamic imbalance of the impeller of the axial fan by correction of masses (2015) авторы установили аналогию между обычным и аэродинамическим дисбалансами. Они доказали возможность одновременного уравновешивания этих дисбалансов путем коррекции массы ротора или с помощью пассивных автобалансиров. Было установлено, что аэродинамический дисбаланс прямо пропорционален плотности воздуха и поэтому изменяется в зависимости от погодных условий и условий работы вентилятора.

В работе Filimonikhin G. B., Yatsun V. V. Determination of the principal vector and the principal moment of aerodynamic forces acting on the rotating impeller of the fan (2009) определены главный вектор и момент аэродинамических сил, действующих на роторное колесо вентилятора. Авторами построена математическая модель статической балансировки крыльчатки осевого вентилятора с помощью автоматической балансировки шара.

Динамическая балансировка вентилятора двумя пассивными автобалансировками изучалась в статье Application of the empirical criterion for the occurrence of auto-balancing for axisymmetric rotor on two isotropic elastic supports / Filimonikhin G., Filimonikhina I., Yakymenko M., Yakimenko S (2017). – теоретически в Experimental study of the process of the static and dynamic balancing of the axial fan impeller by ball auto-balancers / Olijnichen- ko L., Goncharov V., Sidei V., Horpynchenko O (2017) – экспериментально, в On the limited accuracy of balancing the axial fan impeller by automatic ball balancers / Olijnichenko L., Hruban V., Lichuk M., Pirogov V. (2018) – с использованием трехмерного компьютерного моделирования динамики. Приведенный выше обзор показывает, что необходимо изучить, как отдельные лопасти вентилятора низкого давления создают аэродинамический дисбаланс.

Аэродинамический дисбаланс аналогичен обычному, потому что: – они сводятся к двум плоскостям коррекции; – они не зависят от угловой скорости вращения ротора. Величины аэродинамических дисбалансов, в отличие от обычные прямо пропорциональны плотности воздуха. Установлено, что другой угол атаки и нарушение перпендикулярности приводят к возникновению динамического дисбаланса, при котором составляющая момента на порядок больше статической составляющей. Нарушение равномерности шага порождает исключительно статическую составляющую, которая находится в плоскости рабочего колеса.

Среди рассмотренных ошибок самая нежелательная ошибка связана с установкой лезвия под другим углом атаки. При такой ошибке аэродинамический дисбаланс в 6–8 раз выше, чем при других ошибках. Изменение угла атаки на ± 4 ° для одной лопатки в крыльчатке может ухудшить точность балансировки вращающихся деталей в сборе до класса точности G 6,3 при частоте 1500 об / мин или G 16 – при N = 3000 об / мин. Обычный и аэродинамический дисбаланс можно уравновесить с помощью коррекции массы ротора. В этом случае целесообразно проводить динамическую балансировку в двух плоскостях коррекции.

Если крыльчатка балансируется при определенной плотности воздуха, то при другой плотности воздуха возникает аэродинамический дисбаланс. Плотность воздуха в основном меняется со временем и по величине с изменением температуры воздуха. При изменении температуры воздуха от –40 до +50 ºС (диапазон температур, допускающий работу вентилятора) плотность воздуха может измениться в 1,4 раза. Предотвратить изменение аэродинамического дисбаланса рекомендуется: – аэродинамической балансировкой (устранение ошибок в установке лопастей); – непрерывной дополнительной балансировкой вращающихся частей в сборке с использованием пассивных автобалансиров. Чтобы учесть аэродинамический дисбаланс в дифференциальных уравнениях движения вентилятора, необходимо добавить компоненты аэродинамического дисбаланса к соответствующим компонентам обычного дисбаланса.

Использованные источники

  1. Lubov Sergeevna Olijnichenko, Gennadiy Borisovich Filimonikhin, Andrey Yurievich Nevdakha, Vladimir Vasilyevich Pirogov.  Patterns in change and balancing of aerodynamic imbalance of the low-pressure axial fan impeller. June 2018. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies 3(7(93)):71-81
  2. Интернет-магазин “ОВК Комплект”. URL: ovk.ua.
Закладка Постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *