高效矿用局部通风机的设计与应用.docx

欢迎光临安全人之家 https:/ 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： DR1（W2/W1）（ r2W2u/r1W1u）/2RrmW1 式中 W气流的相对速度，m/s； r计算半径，m； R叶栅稠度。 给定约束为：叶尖 DR0.4 叶根 DR0.6。 欢迎光临安全人之家 https:/ 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 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 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 定义为： Pst/Pt 式中 Pst静压值，Pa。 给定约束为：m0.75。 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 Kb0.98，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 空气密度，kg/m3； 风机效率，； u圆周速度，m/s； 欢迎光临安全人之家 https:/ 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 欢迎光临安全人之家 https:/ 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 1520 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，挖掘潜力的一种重要手段。在所谓“受控涡” 设计中，就建议采用不等功设计。对于子午加速轴流风机，由于根部 状态得到改