《安全技术》之高效矿用局部通风机的设计与应用.doc

此资料由网络收集而来如有侵权请告知上传者立即删除。资料共分享我们负责传递知识。高效矿用局部通风机的设计与应用1设计方法及约束条件1.1设计方法子午加速轴流通风机叶轮的设计计算方法是基于气流沿着锥形表面流动的假设近似地把基元级所在的锥面展开到平面上看作当量平面叶栅来处理。这种设计方法中首先用简单径向平衡方程找出叶轮前后的流动渗数然后借助于丰富的平面叶栅试验数据进行了子午加速叶轮的设计。1.2设计约束条件1.2.1扩压因子约束众所周知气流通过风机叶栅的流动是扩压性质的而当流动的扩压程度达到一定值时就会在叶栅中产生严重的气流分离而形成失速扩压因子DR则反映了叶栅的扩压程度它不仅是叶栅型面上附面层发展的主要影响因素同时也是确定叶栅极限气动负荷的一个主要准则从大量的国内外资料看扩压因子是表征风机性能最适宜的参数之一。同时它也在一定程度上反映了变工况性能和稳定裕度值。沿径向变化的扩压因子定义为：DR＝1（W2/W1）－（r2W2u/r1W1u）/2τRrmW1式中W——气流的相对速度m/s；r——计算半径m；τR——叶栅稠度。给定约束为：叶尖DR≤0.4叶根DR≤0.6。1.2.2反动度约束反动度是影响基元级性能的重要参数对效率及叶栅旋转失速均有影响。如对Ω＝0的基元级由于升压全部在静叶栅中进行因此静叶栅中扩压厉害负荷大易造成较大的损失和旋转失速。而对Ω＝0的级来说由于马赫数MW1较大且宜超过临界值所以流动易恶化。根据大量的实验得出结论：100％的反动度与50％的反动度相比风机的喘振点向左侧移动旋转失速区也向小流量区移动同时性能曲线也较为缓即有较宽的工作范围和较高的效率。因此采用＞50％的反动度有利于改善变工况性能。反动度Ω定义为：Ω＝Pst/Pt式中Pst——静压值Pa。给定约束为：Ωm≥0.75。1.2.3流量及压力约束由于气体粘性的影响在通流部分内外环端面及叶型型面处产生了附面层使其通流面积减小必须根据实际流量对理论流量进行修正。取总阻塞系数Kb＝0.98其流量约束条件为：考虑到损失的影响压力约束条件为：式中ρ——空气密度kg/m3；η——风机效率％；u——圆周速度m/s；Cu——旋绕速度m/s；Cz——轴向速度m/s。2设计参数的选择2.1轮毂比的选择轮毂比是轴流通风机叶轮设计中的重要参数之一。它对通风机的压力、流量、效率、压力特性曲线形状及工作区域大小等都有影响。在确定轮毂比时不仅要考虑其对风机性能的影响而且还要从风机结构方面考虑。例如通风机叶轮叶片可调时叶片排列的空间受到限制此时轮毂比就不能过小；当电机装在导叶的轮毂中时轮毂的直径要受电机尺寸的影响。因此轮毂比的选择是风机设计中的全局性问题。2.2风机效率设计一种性能好的通风机就是要在满足给定设计参数的条件下及兼顾低噪、结构尺寸紧凑的某些要求后使气流通过所设计的流道损失最小即效率尽可能高。对于叶轮通常是叶尖处、轮毂处的气动效率比较低但由于子午加速型轴流风机改善了叶根处的流动状态因此采用子午加速型叶轮可提高轮毂处的效率。另外严格控制动叶径向间隙减少二次流损失是提高叶尖处效率的有效途径。而在叶片的设计中一般将效率沿径向近拟地作均匀处理。2.3子午加速比的选择子午加速轴流风机叶轮的轮壳倾角不宜选择过小或过大因为过小的倾角为了保证确定的加速比就使得叶轮偏宽轴向尺寸加大。过大的倾角会使子午速度加速加快使分离提前特别是基于平面叶栅理论设计时误差就比较大了因为此时径向流速Cr的值已不能忽略。根据实验的结果子午加速轴流风机叶轮的轮壳倾角取15°～20°为宜。2.4流型的选择流型的选取对轴流风机设计十分重要轴流风机流量大轻壳小动叶片长而宽因此首先要确定叶片的扭曲规律。在风机叶片设计中一个极其重要的环节是进行无叶间隙中的流型计算即给定气流参数沿叶高的分布然后根据径向平衡方程求解出轴向流速及进出口气流角等参数沿叶高分布再进行叶片造型。常用的流型有：自由旋涡式、强制旋涡式、变位自由旋涡和自由旋涡与等周向速度组合式等。随着计算机技术的发展又进一步提出“最优流型”的设计即要求在某些设计约束下使级的某一特定性能指标（如级的功率或效率）达到最优值的叶片扭曲规律。近年来对于径向不等功的设计日益得到广泛的重视和应用把它看成是提高效率和负荷挖掘潜力的一种重