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中汽中心氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞先進(jìn)設(shè)備-風(fēng)機(jī)系統(tǒng) Fan System

2020-03-07 00:45:15·  來(lái)源：中汽中心空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室  
　
CATARC-AAWT風(fēng)洞管道及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)示意中汽中心氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞（CATARC-AAWT）即將落成。如果將風(fēng)洞比喻成一位仗劍天涯的俠客，那么這位大俠的心臟就是風(fēng)機(jī)系統(tǒng)（Fan
© CATARC-AAWT風(fēng)洞管道及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)示意
中汽中心氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞（CATARC-AAWT）即將落成。如果將風(fēng)洞比喻成一位仗劍天涯的俠客，那么這位大俠的心臟就是風(fēng)機(jī)系統(tǒng)（Fan System），以穩(wěn)定而強(qiáng)勁的輸出提供源源不斷的動(dòng)力。
 
1 .  AAWT風(fēng)機(jī)系統(tǒng)概述
汽車風(fēng)洞是進(jìn)行汽車空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要工具。其基本原理是，在按一定要求設(shè)計(jì)的管道系統(tǒng)內(nèi)，用動(dòng)力設(shè)備驅(qū)動(dòng)一股速度可控的氣流，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性和相似性原理對(duì)汽車模型或汽車實(shí)車進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)。而其中“速度可控的氣流”由風(fēng)機(jī)系統(tǒng)提供。
氣流在風(fēng)洞管道中的能量耗散，主要表現(xiàn)為壓力的下降，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)風(fēng)扇的作用正是提高氣流的壓力—— 當(dāng)二者達(dá)到平衡時(shí)，風(fēng)洞便能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞管道內(nèi)氣流的高速流動(dòng)，汽車氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)功率通常都很大， CATARC-AAWT風(fēng)機(jī)系統(tǒng)功率達(dá)到了4000千瓦，可以保證為測(cè)試段內(nèi)噴口面積28平米的測(cè)試區(qū)域提供最大250km/h的穩(wěn)定氣流。
 
2 .  CATARC-AAWT風(fēng)機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成
風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)重要部分：
 © CATARC–AAWT風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)
 
2.1 轉(zhuǎn)子組件
轉(zhuǎn)子包含 葉輪 與 葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。葉輪是由鋼材焊接而成的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，通過(guò)柱形油壓器安裝在電機(jī)軸上。轉(zhuǎn)子上安裝葉片，為了承受葉片的離心力及軸向力，CATARC –AAWT風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)鍛造的外支撐環(huán)來(lái)適應(yīng)離心力。
葉片可以在風(fēng)機(jī)靜止時(shí)通過(guò) 獨(dú)立 的葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行無(wú)極調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)工作在葉輪外部操作，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單便捷。
葉輪與葉片試裝
 
2.2 機(jī)殼
風(fēng)機(jī)殼體是一個(gè)總長(zhǎng)超過(guò)35米 、 直徑達(dá)到10米的鋼制筒狀結(jié)構(gòu)，是AAWT中最大的 設(shè)備。風(fēng)機(jī)殼體與AAWT的混凝土流道 共同 組成了 部分 風(fēng)洞管道 。
殼體包括外殼、芯筒和所有的支撐結(jié)構(gòu)、葉片拆除檢查門、風(fēng)機(jī)靜葉片（導(dǎo)流）、內(nèi)部照明裝置、用于安裝電纜和各種工作用冷卻液、潤(rùn)滑液的管路等。
殼體分為入口過(guò)渡段、固定的鼻錐、入口環(huán)形消聲段、出口尾椎和擴(kuò)壓段。
風(fēng)機(jī)系統(tǒng)機(jī)殼安裝
 
2.3 膨脹節(jié)
在風(fēng)機(jī)機(jī)殼和風(fēng)洞混凝土流道之間，以及在風(fēng)機(jī)入口消聲段和前錐之間，通過(guò)專有的柔性膨脹節(jié)進(jìn)行連接。 柔性膨脹節(jié)的使用，一方面確保了在不同材料之間連接時(shí)對(duì)伸縮縫的設(shè)計(jì)要求，另一方面也對(duì)風(fēng)洞流道整體做了保護(hù)，隔絕了流道內(nèi)外界的氣流交換以及外部異物的侵入。
 
2.4 消聲裝置
在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的鼻錐、入口過(guò)渡段、出口尾椎和擴(kuò)壓段的外表面都做了消聲處理，從而降低了由于風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和氣流流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。 需要注意的是，CATARC-AAWT風(fēng)機(jī)采用了固定式鼻錐，即葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鼻錐不隨葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的結(jié)構(gòu)提高了葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的穩(wěn)定性，同時(shí)可以允許在鼻錐處進(jìn)行消聲處理，有效地抑制風(fēng)機(jī)處產(chǎn)生的噪音向?qū)嶒?yàn)區(qū)域傳播。
消聲處理采用的消聲材料具有良好的阻燃特性、熱-聲特性以及絕緣特性。 所有需要做消聲處理的外表面，都做了內(nèi)部加強(qiáng)肋板結(jié)構(gòu)，用于裝填消音棉，消音棉外部安裝有穿孔覆蓋板。
消聲處理外表面的加強(qiáng)肋板結(jié)構(gòu)
 
2.5 電機(jī)、變頻器及變壓器
CATARC-AAWT風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的電機(jī)安裝在芯筒的電機(jī)艙內(nèi)，電機(jī)由安裝在風(fēng)機(jī)殼體外部的變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，變頻器的輸入電壓是3.3KV，通過(guò)上級(jí)變壓器將外部10KV電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，提供穩(wěn)定電力。

2.6 控制柜及控制系統(tǒng)
風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)由控制系統(tǒng)完成，控制系統(tǒng)安裝在AAWT的電氣室內(nèi)，其上端由AAWT的控制系統(tǒng)（FCS）在遠(yuǎn)程模式下進(jìn)行管理?？刂葡到y(tǒng)基于PLC系統(tǒng)，通過(guò)Modbus/TCP/IP Ethernet COM與風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)連接，并且配置了臨界安全相關(guān)的聯(lián)鎖裝置的硬線觸點(diǎn)。

2.7 冷卻系統(tǒng)
驅(qū)動(dòng)電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，為此，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套專用的風(fēng)/水混合冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)被安裝在了風(fēng)機(jī)芯筒的內(nèi)部，外部冷卻水管路通過(guò)導(dǎo)葉直接連接到芯筒內(nèi)的電機(jī)上，通過(guò)熱交換器冷卻內(nèi)部空氣，避免了純風(fēng)冷帶來(lái)的噪音，提高了冷卻效率。
© CATARC-AAWT風(fēng)機(jī)系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)
 
2.8 葉片
風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的葉片安裝在轉(zhuǎn)子上，隨著轉(zhuǎn)子不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度產(chǎn)生所需的氣流壓力。 葉片采用三明治結(jié)構(gòu)的碳纖維復(fù)合材料制作，每片葉片高度達(dá)到了2.25米，重量小于40Kg，最大限度的減輕了葉片的重量。 復(fù)合材料的選擇充分考慮到了材料疲勞、運(yùn)行周期、運(yùn)行環(huán)境和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壽命等因素。 通過(guò)對(duì)葉片葉形的精確設(shè)計(jì)，葉片的工作效能達(dá)到了最大，CATARC-AAWT風(fēng)機(jī)系統(tǒng)僅安裝有15片葉片。
© CATARC-AAWT風(fēng)機(jī)系統(tǒng)葉片設(shè)計(jì)
© CATARC-AAWT風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)試
© CATARC-AAWT風(fēng)機(jī)系統(tǒng)試運(yùn)行
© CATARC-AAWT風(fēng)機(jī)系統(tǒng)完成調(diào)試
 
3 . CATARC-AAWT風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要性能
 
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