了解空气动力学
定义：什么是空气动力？
空气动力 空气动力是指空气或气体流动时作用于风扇、鼓风机、压缩机和涡轮机中旋转和静止部件上的力。这些力源于压差、流动气体的动量变化以及流固耦合作用。空气动力包括稳态力（推力、径向载荷）和非稳态力（脉动）。 叶片通过频率, （湍流引起的随机力）产生 振动, 轴承和结构上的载荷，以及在某些情况下出现的自激不稳定性。.
空气动力是泵中液压的气相等效物，但存在一些重要的区别：压缩性效应、密度随压力和温度的变化，以及可能产生不可压缩液体系统中不存在的共振和不稳定性（声耦合）。.
空气动力类型
1. 推力
作用于叶片表面的压力产生的轴向力：
2. 径向力
非均匀压力分布产生的侧向力：
稳态径向力
- 房屋/管道系统中的压力不对称
- 随工作点（流量）而变化
- 设计点
- 产生轴承载荷和 1 倍振动
旋转径向力
- 如果叶轮/转子具有不对称气动载荷
- 力随转子旋转
- 产生 1 倍振动，例如 不平衡
- 可能与机械不平衡耦合
3. 叶片通过脉动
叶片通过速率下的周期性压力脉冲：
- 频率： 叶片数 × 转速 / 60
- 原因： 每个叶片都会扰乱流场，产生压力脉冲。
- 相互作用： 旋转叶片与固定支柱、叶片或壳体之间
- 振幅： 取决于叶片与定子之间的间隙和流动条件
- 影响： 风扇/压缩机噪音和振动的主要来源
4. 湍流引起的力
- 随机因素： 湍流涡旋和流动分离
- 宽带频谱： 能量分布在宽频率范围内
- 流量相关： 雷诺数和非设计工况运行都会增加其影响。
- 疲劳问题： 随机载荷会导致部件疲劳。
5. 不稳定流动力
旋转失速
- 围绕环形空间旋转的局部流动分离
- 次同步频率（转子转速的0.2-0.8倍）
- 产生严重的不稳定力
- 常见于压缩机低流量处
涌
- 系统范围内的流量振荡（正向和反向流量）
- 极低频率（0.5-10 Hz）
- 极高的力振幅
- 持续使用可能会损坏压缩机。
空气动力源引起的振动
叶片通过频率（BPF）
- 主导气动振动分量
- 振幅随工作点变化
- 非设计工况下较高
- 可以激发结构共振
低频脉动
- 循环、停滞或喘振
- 通常振幅很大（可能超过1倍振动）
- 表明运行偏离设计点。
- 需要改变运行条件
宽带振动
- 来自湍流和流动噪声
- 在高速区域升高
- 随流速和湍流强度的增加而增加
- 虽然不如音调成分那么重要，但它能反映流量质量。
与机械效应的耦合
空气动力学-机械相互作用
- 空气动力使转子偏转
- 偏转会改变间隙，从而影响空气动力。
- 可能产生耦合不稳定性
- 例如：密封件中的空气动力会导致转子不稳定
空气动力阻尼
- 空气阻力可对结构振动起到阻尼作用
- 总体上是积极的（稳定）作用
- 但在某些流动条件下，它可能产生负面影响（不稳定）。
- 重要 转子动力学 涡轮机械
设计考虑
力最小化
- 优化叶片角度和间距
- 使用扩散器或无叶片空间来减少脉动
- 设计用于宽广稳定的工作范围
- 考虑叶片数量以避免声学共振
结构设计
- 轴承尺寸需考虑空气动力载荷和机械载荷。
- 轴的刚度足以承受空气动力作用下的挠曲。
- 叶片固有频率与激励源分离
- 外壳和结构设计用于承受压力脉动载荷
运营策略
最佳工作点
- 接近设计点运行以获得最小空气动力
- 避免流量过低（循环、停滞）
- 避免过高的流速（高流速、湍流）
- 使用变速来保持最佳点
避免不稳定性
- 保持在压缩机喘振线的右侧
- 实施防浪涌控制
- 监测失速发生情况
- 风扇和压缩机的最小流量保护
空气动力对于空气输送和气体处理设备的运行和可靠性至关重要。了解这些力如何随运行条件变化，识别其振动特征，并通过接近设计点运行来设计和操作设备以最大限度地减少不稳定的空气动力，可以确保风机、鼓风机、压缩机和涡轮机在工业应用中可靠、高效地运行。.
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