对旋式轴流通风机.doc

在两级的轴流通风机中，有一种很好的设计方案，即将一个叶轮装在另一个叶轮的后面，而叶轮的转向彼此相反，称为对旋式轴流通风机。由于这种结构可省去中间及后置固定导叶，且涡流损失较小，具有传动损耗小、压力高、高效范围较宽、效率较高的特点，所以成为我国煤矿井下、铁路和公路隧道工程中广泛使用的通风设备。在设计中，许多用户要求所设计通风机不但要满足长期运行的工况，还要同时满足其他转速的其他工况的要求，而这些工况之间流量和压力差别极大，完全不能采用模化设计来实现。这就要求在设计阶段必须知道通风机的性能曲线，从而通过优化设计来兼顾多个工况需要。通风机的优化设计和性能预测，其数学模型的建立对结果的优劣有着至关重要的影响。目前，有关通风机整机损失数学模型的描述多基于逐一分析流道中可能出现的损失，用简单的公式来表达流场与损失的关系，然后把各项损失进行叠加，以此进行性能的计算。这种方法过于依赖相关的经验系数，而且这些系数的取值范围较宽，无法根据具体的流道形式进行合理的选取，同时忽略了各项损失间的相互影响和相互作用，因而与实际情况差异较大。本文从工程实际出发，考虑流场内部的实际流动状况，建立起一个适合工程实际需要的通风机整机损失模型，以达到较为准确地预测通风机整体性能并进行优化设计的目的。
1对旋式轴流通风机特性计算
采用一维特性计算方法计算所给样机的性能特性，将计算站取在叶片进出口截面的平均半径处，根据给定样机的设计参数、结构参数和设计点损失，计算样机在设计状态下各级进出口截面平均半径上的速度三角形，对于非设计工况，结合针对非设计点的损失模型，在不同的流量下，沿各叶片排求解连续方程和欧拉功方程，得到各级进出口截面平均半径上速度三角形（图1和图2为对旋式轴流风机前、后叶轮速度三角形示意图）。

2损失模型利用收集的有关损失模型的文献，充分考虑对旋式轴流通风机的特点，建立了如下的一套计算设计点及非设计点的损失模型的组合。
2.1设计点损失模型在基准最小流入角的状态下，设计点损失关联式的具体表达形式如下：

2.2非设计点损失模型在非设计状态下特性预估用到的非设计损失模型具体表达式为

3算例及分析3.1计算样机主要设计参数和结构参数试验所测样机为采用弯掠组合正交型三维扭叶片设计理论设计的对旋轴流局部通风机。主要设计参数：

3.2计算结果与试验结果对比3.2.1试验测试结果

3.2.3效率预测通风机的全压效率是反映通风机性能的重要指标。图5为叶轮设计转速下加入损失模型计算得到的和试验测试计算得到的各个工况点的效率的比较。

3.2.4结果分析
从图4看出，在设计点附近计算全压和试验全压差别比较小，当流量偏离设计点越多，差距越大，但总的趋势较为一致；从图5看出，计算得到的全效率和试验测试得到的效率整体趋势接近，在设计点附近偏差很小，且都接近最大值，偏离设计点较远的工况点，偏差较大。这说明计
算可以较好地反映叶轮的能量性能，对所计算样机的特性预估在一定范围内有一定的准确性，对风机的优化设计有一定的参考价值，同时模型还有待进一步改进，以达到缩小误差，扩大工作范围的目的。
4结论
针对常规损失模型没有考虑各种损失之间的偶合性，与实际损失比较有较大差别，建立了设计工况、非设计工况下的损失模型，应用于某型对旋式轴流通风机样机的特性计算中；同时，通过试验对通风机通道中的压力损失进行估算，对试验结果分析表明，通风机通道中压力损失在总压计算中不可忽视，在设计点超过整台通风机损失的百分之十。计算结果与试验测试结果进行对比，证明该模型组合对对旋式轴流通风机特性预测在一定范围内有一定的精度和工程实用性，对对旋式轴流通风机的设计优化可以提供一定参考，但是，对于超出有效范围部分，计算误差较大，说明模型有待进一步优化改进，且可以考虑应用端弯的三维效应的准三维计算方法进行预估计算。