风机是一种将原动机的机械能转换为输送气体、给予气体能量的机械，它是火电厂中不可少的机械设备，主要有送风机、引风机、一次风机、密封风机和排粉机等，消耗电能约占发电厂发电量的1．5％～3．0％。在火电厂的实际运行中，风机，特别是引风机由于运行条件较恶劣，故障率较高，据有关统计资料，引风机平均每年发生故障为2次，送风机平均每年发生故障为0．4次，从而导致机组非计划停运或减负荷运行。因此，迅速判断风机运行中故障产生的原因，采取得力措施解决是发电厂连续安全运行的保障。虽然风机的故障类型繁多，原因也很复杂，但根据调查电厂实际运行中风机故障较多的是：轴承振动、轴承温度高、动叶卡涩、保护装置误动。
1　风机轴承振动超标
　　风机轴承振动是运行中常见的故障，风机的振动会引起轴承和叶片损坏、螺栓松动、机壳和风道损坏等故障，严重危及风机的安全运行。风机轴承振动超标的原因较多，如能针对不同的现象分析原因采取恰当的处理办法，往往能起到事半功倍的效果。
1．1　不停炉处理叶片非工作面积灰引起风机振动
　　这类缺陷常见于锅炉引风机，现象主要表现为风机在运行中振动突然上升。这是因为当气体进入叶轮时，与旋转的叶片工作面存在一定的角度，根据流体力学原理，气体在叶片的非工作面一定有旋涡产生，于是气体中的灰粒由于旋涡作用会慢慢地沉积在非工作面上。机翼型的叶片最易积灰。当积灰达到一定的重量时由于叶轮旋转离心力的作用将一部分大块的积灰甩出叶轮。由于各叶片上的积灰不可能完全均匀一致，聚集或可甩走的灰块时间不一定同步，结果因为叶片的积灰不均匀导致叶轮质量分布不平衡，从而使风机振动增大。
　　在这种情况下，通常只需把叶片上的积灰铲除，叶轮又将重新达到平衡，从而减少风机的振动。在实际工作中，通常的处理方法是临时停炉后打开风机机壳的人孔门，检修人员进入机壳内清除叶轮上的积灰。这样不仅环境恶劣，存在不安全因素，而且造成机组的非计划停运，检修时间长，劳动强度大。经过研究，提出了一个经实际证明行之有效的处理方法。如图1所示，在机壳喉舌处（A点，径向对着叶轮）加装一排喷嘴（4～5个），将喷嘴调成不同角度。喷嘴与冲灰水泵相连，将冲灰水作为冲洗积灰的动力介质，降低负荷后停单侧风机，在停风机的瞬间迅速打开阀门，利用叶轮的惯性作用喷洗叶片上的非工作面，打开在机壳底部加装的阀门将冲灰水排走。这样就实现了不停炉而处理风机振动的目的。用冲灰水作清灰的介质，和用蒸汽和压缩空气相比，具有对喷嘴结构要求低、清灰范围大、效果好、对叶片磨损小等优点。
1．2　不停炉处理叶片磨损引起的振动
　　磨损是风机中最常见的现象，风机在运行中振动缓慢上升，一般是由于叶片磨损，平衡破坏后造成的。此时处理风机振动的问题一般是在停炉后做动平衡。根据风机的特点，经过多次实践，总结了以下可在不停炉的情况下对风机进行动平衡试验工作。
　　1）在机壳喉舌径向对着叶轮处（如图1）加装一个手孔门，因为此处离叶轮外圆边缘距离最近，只有200mm多，人站在风机外面，用手可以进行内部操　　作。风机正常运行的情况下手孔门关闭。
　　2）振动发生后将风机停下（单侧停风机），将手孔门打开，在机壳外对叶轮进行试加重量。
　　3）找完平衡后，计算应加的重量和位置，对叶轮进行焊接工作。在实际工作中，用三点法找动平衡较为简单方便。试加重量的计算公式为
P＜＝250×A0×G／D（3000／n）2（g）
　　为了尽快找到应加的重量和位置，应根据平时的数据多总结经验。根据经验，Y4－73－11－22D的风机振动0．10mm时不平衡重量为2000g；M5－29－11－18D的排粉机振动0．10mm时不平衡重量120g；轴流ASN2125／1250型引风机振动为0．10mm时不平衡重量只有80g左右。为了达到不停炉处理叶片磨损引起的振动问题的目的，平时须加强对风门挡板的维护，减少风门挡板的漏风，在单侧风机停运时能防止热风从停运的送风机处漏出以维持良好的工作环境。
1．3　空预器的腐蚀导致风机振动间断性超标
　　这种情况通常发生在燃油锅炉上。燃油锅炉引风机前一般没有电除尘，烟、风道较短，空预器的波纹板和定位板由于低温腐蚀，波纹板腐蚀成小薄钢片，小薄钢片随烟气一起直接打击在风机叶片上，一方面造成风机的受迫振动，另一方面一些小薄钢片镶嵌在叶片上，由于叶片的动不平衡使风机振动。这种现象是笔者在长期的实际生产中观察到的结果。处理方法是及时更换腐蚀的波纹板，采用方法防止空预器的低温腐蚀，提高排烟温度和进风温度（一般应高于60℃以避开露点），波纹板也可使用耐腐蚀的考登钢或金属搪瓷。
1．4　风道工程振动导致引风机的振动
　　烟、风道的振动通常会引起风机的受迫振动。这是生产中容易出现而又容易忽视的情况。风机出口扩散筒随负荷的增大，进、出风量增大，振动也会随之改变，而一般扩散筒的下部只有4个支点，如图2所示，另一边的接头石棉帆布是软接头，这样一来整个扩散筒的60％重量是悬吊受力。从图中可以看出轴承座的振动直接与扩散筒有关，故负荷越大，轴承产生振动越大。针对这种状况，在扩散筒出口端下面增加一个活支点（如图3），可升可降可移动。当机组负荷变化时，只需微调该支点，即可消除振动。经过现场实践效果非常显著。该种情况在风道较短的情况下更容易出现。
1．5　动、静部分相碰引起风机振动
在生产实际中引起动、静部分相碰的主要原因：
（1）叶轮和进风口（集流器）不在同一轴线上。
（2）运行时间长后进风口损坏、变形。
（3）叶轮松动使叶轮晃动度大。
（4）轴与轴承松动。
（5）轴承损坏。
（6）主轴弯曲。
　　根据不同情况采取不同的处理方法。引起风机振动的原因很多，其它如连轴器中心偏差大、基础或机座刚性不够、原动机振动引起等等，有时是多方面的原因造成的结果。实际工作中应认真总结经验，多积累数据，掌握设备的状态，摸清设备劣化的规律，出现问题就能有的放矢地采取相应措施解决。
2　轴承温度高
　　风机轴承温度异常升高的原因有三类：润滑不良、冷却不够、轴承异常。离心式风机轴承置于风机外，若是由于轴承疲劳磨损出现脱皮、麻坑、间隙增大引起的温度升高，一般可以通过听轴承声音和测量振动等方法来判断，如是润滑不良、冷却不够的原因则是较容易判断的。而轴流风机的轴承集中于轴承箱内，置于进气室的下方，当发生轴承温度高时，由于风机在运行，很难判断是轴承有问题还是润滑、冷却的问题。实际工作中应先从以下几个方面解决问题。
　　（1）加油是否恰当。应当按照定期工作的要求给轴承箱加油。轴承加油后有时也会出现温度高的情况，主要是加油过多。这时现象为温度持续不断上升，到达某点后（一般在比正常运行温度高10℃～15℃左右）就会维持不变，然后会逐渐下降。
　　（2）冷却风机小，冷却风量不足。引风机处的烟温在120℃～140℃，轴承箱如果没有有效的冷却，轴承温度会升高。比较简单同时又节约厂用电的解决方法是在轮毂侧轴承设置压缩空气冷却。当温度低时可以不开启压缩空气冷却，温度高时开启压缩空气冷却。
　　（3）确认不存在上述问题后再检查轴承箱。
3　动叶卡涩
　　轴流风机动叶调节是通过传动机构带动滑阀改变液压缸两侧油压差实现的。在轴流风机的运行中，有时会出现动叶调节困难或完全不能调节的现象。出现这种现象通常会认为是风机调节油工程故障和轮毂内部调节机构损坏等。但在实际中通常是另外一种原因：在风机动叶片和轮毂之间有一定的空隙以实现动叶角度的调节，但不完全燃烧造成碳垢或灰尘堵塞空隙造成动叶调节困难。动叶卡涩的现象在燃油锅炉和采用水膜除尘的锅炉比较普遍，解决的措施主要有
　　（1）尽量使燃油或煤燃烧充分，减少碳黑，适当提高排烟温度和进风温度，避免烟气中的硫在空预器中的结露。
　　（2）在叶轮进口设置蒸汽吹扫管道，当风机停机时对叶轮进行清扫，保持叶轮清洁，蒸汽压力＜＝0．2MPa，温度＜＝200℃。
　　（3）适时调整动叶开度，防止叶片长时间在一个开度造成结垢，风机停运后动叶应间断地在0～55°活动。
（4）经常检查动叶传动机构，适当加润滑油。
4　旋转失速和喘振
　　旋转失速是气流冲角达到临界值附近时，气流会离开叶片凸面，发生边界层分离从而产生大量区域的涡流造成风机风压下降的现象。喘振是由于风机处在不稳定的工作区运行出现流量、风压大幅度波动的现象。这两种不正常工况是不同的，但是它们又有一定的关系。风机在喘振时一般会产生旋转气流，但旋转失速的发生只决定于叶轮本身结构性能、气流情况等因素，与风烟道工程的容量和形状无关，喘振则风机本身与风烟道都有关系。旋转失速用失速探针来检测，喘振用U形管取样，两者都是压差信号驱动差压开关报警或跳机。但在实际运行中有两种原因使差压开关容易出现误动作：1）烟气中的灰尘堵塞失速探针的测量孔和U形管容易堵塞；2）现场条件振动大。该保护的可靠性较差。由于风机发生旋转失速和喘振时，炉膛风压和风机振动都会发生较大的变化，在风机调试时通过动叶安装角度的改变使风机正常工作点远离风机的不稳定区，随着目前风机设计制造水平的提高，可以将风机跳闸保护中喘振保护取消，改为“发讯”，当出现旋转失速或喘振信号后运行人员通过调节动叶开度使风机脱离旋转脱流区或喘振区而保持风机连续稳定运行，从而减少风机的意外停运。
5　结束语

UG 软件及其二次开发在叶轮机械叶片模型生产中的应用

周红梅 苏莫明 / 西北工业大学

摘要：采用UG软件的二次开发工具 UG/OPEN GRIP和UG/OPEN API开发了两种根据给定的叶轮机械叶片数据绘制出三维叶片模型片体的程序及实现可视化。并在UG的建模环境中进行了三维叶片片体的缝合、修改和实体渲染以及对叶片的光滑度、曲率、强度、型面点数等的分析。提高了叶片模型的精确程度，从而提高了实际的生产效率。
关键词：UG 软件 叶轮 叶片模型
中图分类号：TP311.56 　　　文献标识码： B
文章编号：1006-8155（2007）02-0039-05
App li cation of Impeller machine UG and Its Secondary Exploitation for Production of Blade Model in Turbo-machine
Abstract: UG and its secondary exploitation tools UG/OPEN GRIP and UG/OPEN API were used to develop programs for drawing of three-dimensional blade model s li p on the basis of impeller machine blade data and achieve visua li zation. In the mode li ng environment of UG, sewed 、 modified and entity romanced of 3D blade body were carried out. The smoothness 、 the curvanture 、 the strength and the number points on model face of blade were analyzed. The definition of blade model was improved, and so the actual working efficiency was raised.
Key words : UG software Impeller Blade model

0 　引言
　　　叶轮机械广泛地应用于各工业部门，而叶轮机械中最重要的构件就是叶片，设计出性能优良的叶片，才能保证叶轮机械高效率工作。在叶片模型的生产中, 绘出比较精准的三维叶片图形是至关重要的。UG[1]是一种纯粹的三维参数化造型软件，它直接采用了统一数据库?矢量化和关联性处理? 三维建模与二维工程图相关联等技术，提高了工作效率。但如果直接使用UG的绘图命令实现叶片成型，数据繁多，既容易出错，又加大了工作量，且对于每种不同的叶片，都要重复同样的工作。因而，利用UG CAD/CAM软件的二次开发工具UG/OPEN GRIP和UG/OPEN API，分别用GRIP语言和Microsoft Visual C++[2，3]来编写程序，让计算机自动读入数据，绘制所需图形，只要数据文件格式相同，便可无限次重复使用程序。

　　叶片实体成型后，宏观上也许能令用户满意，但在某些细微的地方可能存在不易发现的瑕疵。若直接进行加工，当成品出来后，若发现某些地方误差较大或有明显错误时就迟了。此时就需要对生成的计算机叶片模型进行细致的分析。分析与修改完毕就可以初步加工 ，由于叶片的加工比较特殊，以往需要大量的计算点来拟合出加工的刀径曲线，现在均可由计算机通过生成的模型给出，而UG和许多类型的数控机床都有接口，加工的NC程序都可以在UG下生成。

1　 UG/OPEN GRIP 与 UG/OPEN API
　　笔者在UG/OPEN GRIP 和 UG/OPEN API模块中各编写了一个应用程序， 目的在于体验二者各自的优越性，从而明确在叶轮机械叶片模型生产中二次开发工具的选择。

1.1　 UG/OPEN GRIP
　　(1)简单：UG/OPEN GRIP[4]创建类似 FORTRAN 一样的语言，与UG工程紧密集成，完成与UG的各种交互操作。
　　(2)易学，易用：不需要许多编程方面的知识，也无需用户掌握多种编程语言，只要有编程的初级知识就可以。用GRIP高级开发环境GRADE进行GRIP程序的编译和调试，不需要制作界面。
　　(3)应用范围：同类零件编程，特有的几何分析，绘图和数据访问等。

1.2 　UG/OPEN API
　　 (1)实用性强：UG/OPEN API[5]是UG与外部应用程序之间的接口，它是一系列函数的集合，通过其编程，用户几乎可以实现所有的UG功能。
　　 (2)应用范围：用户化定制CAD环境、开发在Unigraphics软件平台上的用户专用软件、开发 Unigraphics软件与其他CAD软件的接口。
　　 (3)对用户掌握的编程语言和编程知识要求较高。在Visual C++6.0可视化编程环境中编程 控制数据流向并制作出直观、易于使用的用户界面。

2 　理论依据
　　 叶轮机械的叶片表面是光滑过渡曲面，如何使用合适的方法把给出的叶片表面坐标数据点拟合成较理想曲面是关键。
　　 Beize 曲面是B－样条曲面的一个特殊类型[6] ，B－样条曲面和Beize曲面统称为B－曲面。 B －曲面由特征多面体定义，曲面的形状逼进该多面体。
　　 在给定以下的量后，就可以定义一张k×l阶张量积B－样条曲面：
　　（1）给定靠近曲面而不是在曲面上的控制顶点的阵列（极点），它们控制给定一张控制网格或控制多面体；

　　B-曲面的形态用U方向的阶数和V方向的阶数描述， 如果阶数值较高，则曲面“刚硬”，曲面偏离控制顶点较远，形状平坦； 如果 阶数的值较低，则曲面“柔软”，曲面逼进控制顶点。在UG环境下，阶数能从1到24之间变动，推荐使用UG创建B-曲面默认的阶数为3。

　　本实例的数据格式： 每一坐标点xyz为一行，xyz之间以空格隔开，每一型面42个数据点且在一块区域，共11组数据点即11个型面。创建B?曲面的指令为　　obj=bsurf/curve,ent(1..k),endof,p(1..k)or bsurf_obj_id ??
　　 B-曲面能很好拟合不在同一平面上的点，使生成的曲面看上去非常平滑。如图1所示，从型面上可以看出叶片的大致扭曲规律。

3　 叶片成型
3.1 　叶片片体成型
　　在UG/OPEN GRIP模块中采用曲线组的方法创建B-曲面的指令为
　　obj=bsurf/curve,ent(1..k),endof,p(1..k)

　　即生成含有11条B-样条曲线的曲线组再通过上述命令拟合成曲面。
　　在UG/OPEN API模块中 读取程序界面（图2）上的数据命令为 　　UF_STYLER_ask_value(dialog_id,&data);
　　在读完数据后，即可以使用 UF MODL general.h下的函数命令进行三维绘图，通过点创建B－曲面的命令为
　　UF_MODL_create_bsurf_thru_pts(create_mode, u_closed_status ，v_closed_status, u_degree, v_degree, num_rows, pts_info_per_row, &bsurf_obj_id)
　　u_degree 为U 方向阶数；v_degree 为V方向阶数； num_rows为型面数；pts_info_per_row 为每个型面点的信息；bsurf_obj_id 为 创建B曲面的标识。
　　进入UG环境，在gateway 状态下从“二次开发”菜单里选择“叶片成型”，进入程序。

　　通过程序控制形成的B曲面即叶片片体如图3。

3.2 　叶片实体成型
　　 为能够创建一个叶片实体，叶片的两端就必须各有一个面来形成闭合的叶片。为此需要在已有的叶片表面基础上，在叶根和叶尖两端创建两个顺滑的过渡表面。通过创建桥接表面操作实现的步骤为
　　（1）进入建模模块，从菜单选择 Insert → Free Form Feature → Bridge…

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