1、Word文檔 高效礦用局部通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 1 設(shè)計(jì)方法及約束條件 1.1 設(shè)計(jì)方法 子午加速軸流通風(fēng)機(jī)葉輪的設(shè)計(jì)計(jì)算方法是基于氣流沿著錐形表面流淌的假設(shè)，近似地把基元級所在的錐面綻開到平面上，看作當(dāng)量平面葉柵來處理。這種設(shè)計(jì)方法中，首先用簡潔徑向平衡方程找出葉輪前后的流淌滲數(shù)，然后借助于豐富的平面葉柵試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了子午加速葉輪的設(shè)計(jì)。 1.2 設(shè)計(jì)約束條件 1.2.1 擴(kuò)壓因子約束 眾所周知，氣流通過風(fēng)機(jī)葉柵的流淌是擴(kuò)壓性質(zhì)的，而當(dāng)流淌的擴(kuò)壓程度達(dá)到肯定值時(shí)，就會在葉柵中產(chǎn)生嚴(yán)峻的氣流分別而形成失速，擴(kuò)壓因子DR則反映了葉柵的擴(kuò)壓程度，它不僅是葉柵型面上附面層進(jìn)展的主要影響因素，同時(shí)也是

2、確定葉柵極限氣動負(fù)荷的一個主要準(zhǔn)則，從大量的國內(nèi)外資料看，擴(kuò)壓因子是表征風(fēng)機(jī)性能最相宜的參數(shù)之一。同時(shí)它也在肯定程度上反映了變工況性能和穩(wěn)定裕度值。沿徑向變化的擴(kuò)壓因子定義為： DR1（W2/W1）（ r2W2u/r1W1u）/2RrmW1 式中 W氣流的相對速度，m/s； r計(jì)算半徑，m； R葉柵稠度。 給定約束為：葉尖DR0.4葉根DR0.6。 1.2.2 反動度約束 反動度是影響基元級性能的重要參數(shù)，對效率及葉柵旋轉(zhuǎn)失速均有影響。如對0的基元級，由于升壓全部在靜葉柵中進(jìn)行，因此靜葉柵中擴(kuò)壓厲害，負(fù)荷大，易造成較大的損失和旋轉(zhuǎn)失速。而對0的級來說，由于馬赫數(shù)MW1較大，且宜超過臨界值，所以

3、流淌易惡化。依據(jù)大量的試驗(yàn)得出結(jié)論：100的反動度與50的反動度相比，風(fēng)機(jī)的喘振點(diǎn)向左側(cè)移動，旋轉(zhuǎn)失速區(qū)也向小流量區(qū)移動，同時(shí)性能曲線也較為緩，即有較寬的工作范圍和較高的效率。因此采納50的反動度有利于改善變工況性能。反動度定義為： Pst/Pt 式中 Pst靜壓值，Pa。 給定約束為：m0.75。 1.2.3 流量及壓力約束 由于氣體粘性的影響，在通流部分內(nèi)外環(huán)端面及葉型型面處產(chǎn)生了附面層，使其通流面積減小，必需依據(jù)實(shí)際流量對理論流量進(jìn)行修正。取總堵塞系數(shù)Kb0.98 2 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 2.1 輪轂比的選擇 輪轂比是軸流通風(fēng)機(jī)葉輪設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)之一。它對通風(fēng)機(jī)的壓力、流量、效率、壓力特性

4、曲線外形及工作區(qū)域大小等都有影響。在確定輪轂比時(shí)，不僅要考慮其對風(fēng)機(jī)性能的影響，而且還要從風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)方面考慮。例如，通風(fēng)機(jī)葉輪葉片可調(diào)時(shí)，葉片排列的空間受到限制，此時(shí)輪轂比就不能過??；當(dāng)電機(jī)裝在導(dǎo)葉的輪轂中時(shí)，輪轂的直徑要受電機(jī)尺寸的影響。因此，輪轂比的選擇是風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的全局性問題。 2.2 風(fēng)機(jī)效率 設(shè)計(jì)一種性能好的通風(fēng)機(jī)，就是要在滿意給定設(shè)計(jì)參數(shù)的條件下及兼顧低噪、結(jié)構(gòu)尺寸緊湊的某些要求后，使氣流通過所設(shè)計(jì)的流道損失最小，即效率盡可能高。 對于葉輪，通常是葉尖處、輪轂處的氣動效率比較低，但由于子午加速型軸流風(fēng)機(jī)改善了葉根處的流淌狀態(tài)，因此采納子午加速型葉輪可提高輪轂處的效率。另外，嚴(yán)格掌握動

5、葉徑向間隙，削減二次流損失，是提高葉尖處效率的有效途徑。而在葉片的設(shè)計(jì)中，一般將效率沿徑向近擬地作勻稱處理。 2.3 子午加速比的選擇 子午加速軸流風(fēng)機(jī)葉輪的輪殼傾角不宜選擇過小或過大，由于過小的傾角，為了保證確定的加速比，就使得葉輪偏寬，軸向尺寸加大。過大的傾角會使子午速度加速加快，使分別提前，特殊是基于平面葉柵理論設(shè)計(jì)時(shí)誤差就比較大了，由于此時(shí)徑向流速Cr的值已不能忽視。依據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，子午加速軸流風(fēng)機(jī)葉輪的輪殼傾角取1520為宜。 2.4 流型的選擇 流型的選取對軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)非常重要，軸流風(fēng)機(jī)流量大，輕殼小，動葉片長而寬，因此首先要確定葉片的扭曲規(guī)律。 在風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)中，一個極其重要的環(huán)

6、節(jié)是進(jìn)行無葉間隙中的流型計(jì)算，即給定氣流參數(shù)沿葉高的分布，然后依據(jù)徑向平衡方程求解出軸向流速及進(jìn)出口氣流角等參數(shù)沿葉高分布，再進(jìn)行葉片造型。常用的流型有：自由旋渦式、強(qiáng)制旋渦式、變位自由旋渦和自由旋渦與等周向速度組合式等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，又進(jìn)一步提出“最優(yōu)流型”的設(shè)計(jì)，即要求在某些設(shè)計(jì)約束下，使級的某一特定性能指標(biāo)（如級的功率或效率）達(dá)到最優(yōu)值的葉片扭曲規(guī)律。 近年來，對于徑向不等功的設(shè)計(jì)日益得到廣泛的重視和應(yīng)用，把它看成是提高效率和負(fù)荷，挖掘潛力的一種重要手段。在所謂“受控渦”設(shè)計(jì)中，就建議采納不等功設(shè)計(jì)。對于子午加速軸流風(fēng)機(jī)，由于根部狀態(tài)得到改善，因此中壓力系數(shù)（P0.4）的子午加速

7、軸流風(fēng)機(jī)可采納等環(huán)量流型，對高壓力系數(shù)（P0.4）可實(shí)行變功設(shè)計(jì)，即頂部作功略在于根部作功，若再采納等環(huán)量流型則根部氣流扭轉(zhuǎn)角45，載荷系數(shù)過大。 2.5 葉型的選取 軸流式通風(fēng)機(jī)的流淌損失主要由3部分組成：葉型損失、環(huán)端而損失、二次流損失。此3種損失與流量系數(shù)及效率的關(guān)系如圖1所示。 圖1 效率與流量系數(shù)的關(guān)系曲線 局部通風(fēng)機(jī)的工作特點(diǎn)是風(fēng)阻隨著送風(fēng)距離的增加而增大，這就要求在整個工作范圍內(nèi)平均效率要高，即效率曲線要平緩，從圖1曲線可以看出，環(huán)端面損失，二次流損失隨流量變化不敏感，而葉型損失隨流量變化較大，因此選擇適合局部通風(fēng)機(jī)工作特點(diǎn)的葉型至關(guān)重要。試驗(yàn)結(jié)果表明，葉型的選取應(yīng)以低速性能好，

8、葉型尖部鈍，對沖角不敏感，失速攻角范圍大為好。 2.6 子午加速軸流風(fēng)機(jī)的工況調(diào)整 子午加速軸流風(fēng)機(jī)采納前導(dǎo)葉可調(diào)時(shí)，能提高風(fēng)機(jī)的性能，適應(yīng)管網(wǎng)特性的變化，達(dá)到節(jié)能、平安運(yùn)行的目的。 圖2所示其調(diào)整方法，在某一工況點(diǎn)下，管網(wǎng)阻力特性曲線與風(fēng)機(jī)特性曲線相交于1點(diǎn)。當(dāng)管網(wǎng)阻力特性曲線為P2時(shí)，增加前導(dǎo)葉安裝角5可使工況點(diǎn)由2點(diǎn)升至3點(diǎn)，此時(shí)風(fēng)壓提高的幅度大，風(fēng)量削減的幅度小，仍能滿意掘進(jìn)通風(fēng)的需要。 采納靜葉可調(diào)具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：靜葉可調(diào)使穩(wěn)定工作區(qū)更寬，效率較高；氣流與葉片的幾何參數(shù)協(xié)作較好，削減了沖擊現(xiàn)象，流淌狀況好，噪聲低；工況調(diào)整便利，快捷。 2.7 喘振定性裕度的確定 子午加速型局部通風(fēng)

9、機(jī)的壓力系數(shù)大，對正沖角較敏感。當(dāng)工況點(diǎn)位于小流量區(qū)時(shí)，壓力增加，葉片負(fù)荷明顯增大，葉尖部分更易分別，為了加長送風(fēng)距離，過了設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，局部通風(fēng)機(jī)仍要工作，這就要求喘振穩(wěn)定性裕度要大，為適應(yīng)變工況點(diǎn)性能的需要，一般取喘振穩(wěn)定性裕度Ky20。另外，由于采納前導(dǎo)葉可調(diào)使這個問題得以進(jìn)一步改善，加大前導(dǎo)葉安裝角，可使風(fēng)機(jī)特性曲線右移，改善小流量區(qū)工作狀況。 3 應(yīng)用實(shí)例 采納上述設(shè)計(jì)方法及約束條件我們進(jìn)行了FB6.3/55型礦用隔爆壓入式軸流局部通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：風(fēng)量Q500m3/min；全壓P=4 500 Pa；80；電機(jī)功率N55kW；轉(zhuǎn)速n2 940r/min。設(shè)計(jì)中采納可控渦方

10、法設(shè)計(jì)流型，確定了展向流速分布。按整體優(yōu)化進(jìn)行了整機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)。圖3所示FB6.3/55型風(fēng)機(jī)與MFA60P2-SC4型風(fēng)機(jī)性能曲線的對比。在全壓效率60，Qmax/Qmin的比值為前者1.35，后者1.25；Pmax/Pmin的比值為前者1.67，后者1.5，可見FB6.3/55型風(fēng)機(jī)的高效區(qū)域?qū)?。在風(fēng)阻66.121.8kg/m7范圍內(nèi)，前者較后者風(fēng)量增加318，表明FB6.3/55型風(fēng)機(jī)的風(fēng)量大，適用于高瓦斯掘進(jìn)工作面通風(fēng)；當(dāng)FB6.3/55型風(fēng)機(jī)2 940r/min及1 480r/min運(yùn)行與MFA60P2-SC4型對旋風(fēng)機(jī)及二級運(yùn)行時(shí)的相應(yīng)對比，前者較后者節(jié)能8.5kW和3.3kW；FB6.3/55型風(fēng)機(jī)