礦井單電機外置式通風(fēng)機結(jié)構(gòu)設(shè)計

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1、礦井單電機外置式通風(fēng)機結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘要：目前常用的局部通風(fēng)設(shè)備采用的雙級葉輪由兩級電機進行驅(qū)動，雖然這種結(jié)構(gòu)比較緊湊，通風(fēng)量也比較大，但是在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)燒毀電機的情況。針對這個問題，通過分析找出其原因是兩級電機功率匹配不一致，以此為依據(jù)，通過設(shè)計單電機外置式可調(diào)對旋通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)，解決了開采過程中局部通風(fēng)存在的電機容易燒毀等問題，試驗分析結(jié)果可知該結(jié)構(gòu)能夠滿足局部通風(fēng)的安全工作性。 關(guān)鍵詞：對旋通風(fēng)機單電機結(jié)構(gòu)設(shè)計 引言 目前煤炭開采的深度越來越深，在地層以下會開采出多個煤炭巷道，每一個巷道錯綜復(fù)雜并交織在一起，對于每一個巷道通風(fēng)的科學(xué)合理布局安

2、排有較高的工作要求。隨著開采深度的加深，礦井內(nèi)就會出現(xiàn)風(fēng)阻過大的問題，并且每一個掘進巷道的通風(fēng)量都不足，從而造成了通風(fēng)設(shè)備通風(fēng)效率的大大降低[1]。為了解決該問題，技術(shù)人員就會采用更高功率的局部通風(fēng)機進行通風(fēng)作業(yè)，裝配直徑很大的高強風(fēng)筒向巷道內(nèi)進行通風(fēng)，然而該種不經(jīng)濟的通風(fēng)作業(yè)將造成資源的浪費，并且目前的對旋風(fēng)機不能長時間高負荷地進行運轉(zhuǎn)通風(fēng)，隨著時間的推移將降低工作效率。此外，通過現(xiàn)場調(diào)研可知目前的對旋風(fēng)機長時間作業(yè)后由于兩級電機的功率匹配不一致的問題容易發(fā)生燒電機的安全隱患事故，影響正常開采作業(yè)的進行，甚至在有易燃易爆氣體的巷道內(nèi)容易發(fā)生安全生產(chǎn)事故[2]。針對上述現(xiàn)場工程實際問題，設(shè)計單

3、電機驅(qū)動的對旋通風(fēng)機設(shè)備，可防止兩個電機功率不匹配而發(fā)生燃燒的問題，還可以通過機械結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)裝置對安裝在通風(fēng)機上的葉片進行調(diào)整，通過對不同安裝角葉片的調(diào)整，可提高通風(fēng)的效率，使通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的目的[3]。 1對旋通風(fēng)機參數(shù)與原理 1.1風(fēng)機相關(guān)參數(shù)。采用目前常用的對旋通風(fēng)機型號FADNo9.0/2×65kW為對象進行研究，該通風(fēng)機結(jié)構(gòu)具有強制通風(fēng)的性能并具備安全防爆等級的行業(yè)規(guī)定。FADNo9.0/2×65kW型通風(fēng)機的轉(zhuǎn)速為1500~2900r/min，根據(jù)通風(fēng)工作要求可以對轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，分為兩級葉輪布置，一級葉輪16

4、個葉片、二級葉輪12個葉片，每一個葉片均呈不同的角度進行安裝，安裝角度分別為48°和32°。FADNo9.0/2×65kW型通風(fēng)機葉輪的外圓直徑為850mm，輪轂比為0.60，通風(fēng)流量范圍500~1050m3/min[4]。 1.2風(fēng)機運轉(zhuǎn)原理。FADNo9.0/2×65kW型對旋風(fēng)機結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，由許多關(guān)鍵部件組成，主要的重要部件為前級電機、前級葉輪、后級葉輪、后級電機、擴壓器和風(fēng)筒等。葉輪在電機的驅(qū)動下進行高速的旋轉(zhuǎn)吸入空氣，空氣形成對流后，在葉輪的入風(fēng)口形成了巨大的負壓作用，外界的空氣由于存在著壓力梯度而被吸入風(fēng)筒，進入前級葉輪區(qū)域，然

5、后葉片與氣流相互作用，使葉輪的機械能轉(zhuǎn)化為氣流的動能和壓力勢能。通過一級、二級的氣流流動，使空氣在對流通風(fēng)機內(nèi)部旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，空氣將最終流出前級葉輪。由于對旋通風(fēng)機軸向的間距比較短，空氣在軸向方向上停留的時間較短并產(chǎn)生短暫增壓，然后又進入后級葉輪區(qū)域，后級葉輪與前級葉輪旋向相反，這樣的一正一反的相互作用能夠?qū)饬鞯脑鰤浩鸫龠M的作用，空氣在經(jīng)過兩級葉輪之間的相互作用調(diào)節(jié)后氣壓更為猛烈，動能和壓力能的提升效果顯著，最終氣流經(jīng)過擴壓器把部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能后流出風(fēng)筒[5]。如圖1所示，由于葉輪是與空氣產(chǎn)生接觸時間最長的部件，能有效提高葉輪葉片的結(jié)構(gòu)參數(shù)對提高通風(fēng)效率有較大的幫助。目前常常通過增加葉片數(shù)目

6、、調(diào)整葉輪的大小以及改變?nèi)~片形狀來提升通風(fēng)效率[6]。 2對旋通風(fēng)機結(jié)構(gòu)性能分析 2.1風(fēng)機流場。在FADNo9.0/2×65kW型對旋通風(fēng)機額定功率作用下，產(chǎn)生了風(fēng)速17m/s的作用，通過在葉輪軸向方向的葉片高速轉(zhuǎn)動吸入了空氣，在通風(fēng)機內(nèi)部形成了空氣流場如圖2所示。由圖2可以看出，整個通風(fēng)器內(nèi)部的空氣流場是不連續(xù)的，在靠近進口端的附近產(chǎn)生的渦流現(xiàn)象，對于通風(fēng)機后部的空氣吸入和排出整個過程的暢通性是不利的。說明現(xiàn)有常用的FADNo9.0/2×65kW型對旋通風(fēng)機在整個局部通風(fēng)工作性能方面的效率較低，不能高效率地排出礦井巷道內(nèi)的有毒有害氣體。

7、 2.2葉片壓力分析。FADNo9.0/2×65kW型對旋通風(fēng)機葉輪葉片在與空氣接觸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的時候，將受到來自空氣阻力的載荷壓力。如圖3所示為葉片在受到載荷壓力的應(yīng)力云圖分布。由圖3可知，每一個葉片上面所受到的壓力分布區(qū)域均較為集中，沒有充分發(fā)揮每一個葉片的工作面積，工作效率低下。通過提取數(shù)據(jù)分析，每個葉片的作用面積為總面積的31.68%，說明對旋通風(fēng)機在長時間通風(fēng)作業(yè)后效率將逐漸降低，造成了能源的浪費。 3單電機外置式可調(diào)對旋通風(fēng)機整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3.1總體方案的設(shè)計。針對現(xiàn)有對旋通風(fēng)機結(jié)構(gòu)上所存在的缺陷問題，設(shè)計思路考慮單電機外置式可調(diào)對旋通風(fēng)機主

8、要由單電機模塊和可調(diào)對旋葉片的模塊組成，單電機的功率輸出為單項的動力輸出，是不可往復(fù)的動力輸出。設(shè)置傳動箱將兩個同一軸輸出的驅(qū)動力經(jīng)過兩個葉輪旋轉(zhuǎn)后形成對旋作用，整個傳動機構(gòu)是通過齒輪和螺紋進行傳動。葉片是該設(shè)備的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，每一片葉片均環(huán)繞軸線的中心進行旋轉(zhuǎn)，兩級葉片根據(jù)通風(fēng)量的大小進行角度的調(diào)節(jié)。具體設(shè)計圖如圖4所示。 3.2葉片調(diào)節(jié)關(guān)鍵構(gòu)件的設(shè)計。通過ANSYS優(yōu)化組件模塊，單電機外置式可調(diào)對旋通風(fēng)機對錐齒輪、內(nèi)外軸向筒進行目標(biāo)值的優(yōu)化，設(shè)計出兩者新型的結(jié)構(gòu)模型，并通過SolidWorks三維模型設(shè)計軟件進行建模，將關(guān)鍵部件的零碎結(jié)構(gòu)進行去除，具體設(shè)計圖如圖5所示。

9、 4通風(fēng)效果試驗結(jié)果 4.1空氣流動軸向湍動能。如圖6所示，空氣在通風(fēng)機內(nèi)部的軸向湍動能平均數(shù)據(jù)為2.365m2/s2，從內(nèi)部分布云圖可以看出軸向湍動能運動分布較為均勻，偏差僅為1.68%。說明單電機外置式可調(diào)對旋通風(fēng)機能夠使氣流在軸向的運動更具有規(guī)律性，并非雜亂無章地運動，提高了通風(fēng)的效率。 4.2葉片壓力對比。將圖7和圖3進行對比分析可知，圖7所示，葉片壓力云圖分布狀況更為均勻理想，每一片葉片的利用率由31.68%上升至81.65%，增大了葉片的工作性能和效率，提高了每一片葉片在通風(fēng)機工作過程的參與度。 5結(jié)語 通過分析可知現(xiàn)有煤礦常用的FA

10、DNo9.0/2×65kW型對旋型通風(fēng)機在結(jié)構(gòu)上存在一定的缺陷，軸向方向上的空氣氣流運動雜亂無章，降低了通風(fēng)的效率，并且葉片的利用率較低，不能很好地發(fā)揮結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。對于目前礦井通風(fēng)要求越到越高的現(xiàn)狀，F(xiàn)ADNo9.0/2×65kW型通風(fēng)機不能滿足要求。然而設(shè)計出的單電機外置式可調(diào)對旋通風(fēng)機避免了原有通風(fēng)機結(jié)構(gòu)的弊端，使通風(fēng)機在通風(fēng)的時候，空氣在軸向方向上的流通更加的順暢均勻，并設(shè)計出可調(diào)葉片角度的葉輪裝置，提高了葉片通風(fēng)面積的利用效率。試驗結(jié)果表明單電機外置式可調(diào)對旋通風(fēng)機更加符合當(dāng)前礦井開采對于通風(fēng)性能的工作要求，試驗研究成果為礦井在通風(fēng)工藝改進方面提供了研究思路。

11、 參考文獻 [1]凌少東，谷勇霞，李意民，等.對旋軸流風(fēng)機氣動因素引起的振動機理及特征分析[J].煤礦機械，2007（1）：60-62. [2]王振羽.對旋式軸流通風(fēng)機設(shè)計中的幾個問題[J].風(fēng)機技術(shù)，1999（6）：15-17；39. [3]田巍.機翼三維繞流的非定常模擬研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2012. [4]葉學(xué)民，李新穎，李春曦.第一級葉輪單動葉安裝角異常對動葉可調(diào)軸流風(fēng)機性能的影響[J].中國電機工程學(xué)報，2014（14）：2297-2306. [5]趙士磊.長距離局部通風(fēng)技術(shù)的研究和應(yīng)用[D].包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2014. [6]李浩蕩，張慶華，張淑同.掘進工作面大斷面超長距離通風(fēng)技術(shù)研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2010（6）：78-79；86.