畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-離心通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)

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第 1 頁(yè) 目 錄第一章 緒 論 31.1 礦用通風(fēng)機(jī)行業(yè)概況 31.2 通風(fēng)機(jī)在礦上的應(yīng)用 41.3 通風(fēng)機(jī)選型對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的影響 51.4 礦井通風(fēng)機(jī)使用情況 51.5 國(guó)內(nèi)使用的礦井主通風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)介 [2] .61.5.1 2K 系列通風(fēng)機(jī) 61.5.2 BD(K)系列通風(fēng)機(jī) .61.5.3 GAF 系列通風(fēng)機(jī) .71.5.4 G4— 73、4— 72 系列離心式通風(fēng)機(jī) 71.6 離心通風(fēng)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與經(jīng)濟(jì)分析 【1】 71.7 風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法【1】 81.8 離心通風(fēng)機(jī)幾種調(diào)速裝置的特點(diǎn) 【1】 81.8.1 液力耦合器 81.8.2 晶閘串級(jí)調(diào)速 91.8.3 變頻調(diào)速 91.9 大型離心通風(fēng)機(jī)葉輪的三維應(yīng)力計(jì)算 【9】 9第二章 離心通風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ) 102.1 通風(fēng)機(jī)的基本方程式 102.2 葉片出口安裝角對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響 132.4 離心通風(fēng)機(jī)的理論特性曲線(xiàn) 172.5 通風(fēng)機(jī)的實(shí)際特性曲線(xiàn) 192.6 氣體在離心通風(fēng)機(jī)葉輪內(nèi)的實(shí)際流動(dòng)情況 212.7 離心通風(fēng)機(jī)最佳沖角的函數(shù)曲線(xiàn) [11] 232.8 最佳沖角函數(shù)曲線(xiàn)的應(yīng)用 252.9 離心通風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)的擬合及應(yīng)用研究 262.9.1 離心通風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)擬合 27第三章 離心通風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì) 273.1 本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 273.2 風(fēng)機(jī)選型 293.3 風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)力設(shè)計(jì) .293.3.1 選通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 n=700r/min，則其比轉(zhuǎn)速為， 293.3.8 選擇徑向進(jìn)氣 323.3.16 選葉片數(shù)目 Z 343.3.24 估算壓力減小系數(shù) K363.3.27 葉輪出口前氣流速度及角度 363.3.28 葉輪出口后氣流速度及角度 363.3.30 確定葉片弦長(zhǎng) 37第 2 頁(yè) 3.3.33 確定蝸殼張開(kāi)度 A383.3.34 確定蝸殼繪制半徑 383.4 風(fēng)機(jī)軸功率及選擇電機(jī)功率 38第四章 礦用離心通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 394.1 前盤(pán)強(qiáng)度計(jì)算 394.1.1 前盤(pán)選型 404.1.2 無(wú)附加載荷的等后圓盤(pán)內(nèi)孔處最大切向應(yīng)力 404.1.3 葉片離心力在圓盤(pán)中產(chǎn)生的切向應(yīng)力為： 404.2 后盤(pán)強(qiáng)度計(jì)算 424.3 鉚釘強(qiáng)度計(jì)算 434.4 主軸強(qiáng)度計(jì)算 434.5.1 軸的最大彎矩 434.4.2 軸的轉(zhuǎn)矩和復(fù)合應(yīng)力 464.4.3 主軸的臨界轉(zhuǎn)速 464.5 軸向推力計(jì)算 47（6） 徑向系數(shù)及軸向系數(shù) 48（7） 當(dāng)量負(fù)荷 48第五章 礦用離心通風(fēng)機(jī)主要零部件的強(qiáng)度較核 495.1 軸承的校核 .49（1） 所需軸承最小壽命 49（2） 軸承受力 49（3） 所選軸承基本額定負(fù)荷 49（4） 查【5】表 11-18 取派生軸向力計(jì)算式為 495.2 葉片強(qiáng)度計(jì)算 52（5） 翼型表面到葉片重心的距離 545.4 鍵的擠壓強(qiáng)度計(jì)算 .58（1） 鍵的尺寸選擇 59（2） 鍵聯(lián)接所傳遞的扭矩 59（3） 與軸盤(pán)聯(lián)接的鍵 59（4） 聯(lián)接皮帶輪的鍵 59第六章 離心風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力噪聲 606.1 離心風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生機(jī)理【12】 60（2） 高速氣流的方向在蝸舌處發(fā)生周期性變化而產(chǎn)生沖擊噪聲. 606.2 離心風(fēng)機(jī)的降噪方法【12】【22】 60（1） 采用多翼風(fēng)機(jī), 降低圓周速度 60（2） 合理的蝸殼型線(xiàn) 61（3） 合理的蝸舌半徑和蝸舌間隙 61（4） 蝸舌傾斜降低噪聲的原因在兩方面: 61（5） 采用長(zhǎng)短葉片改善流動(dòng)條件 61第 3 頁(yè) （6） 利用聲學(xué)共振降低噪聲 61第七章 邊界層測(cè)量方法簡(jiǎn)介 637.1 邊界層簡(jiǎn)述 637.1.1 速度邊界層【20】 【29】 637.1.2 速度邊界層內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài) 647.2 邊界層測(cè)量方法簡(jiǎn)介 647.2.3.1 熱線(xiàn)測(cè)速儀的優(yōu)點(diǎn)是： 667.23.2 熱線(xiàn)測(cè)速儀的缺點(diǎn)是： 677.3 LDV 測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .68圖 7-7 雙光束多普勒光路簡(jiǎn)圖 .697.4 頻移原理及 LDV 參數(shù)設(shè)置 697.4.1 測(cè)量反向速度 697.4.2 消除橫向速度限制 707.4.3 提高信噪比 717.5 用三分量 LDV 測(cè)量壁湍流邊界層【14】 .717.5.1 實(shí)驗(yàn)背景 727.5.2 實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量方法 727.5.3 測(cè)量結(jié)果及討論 737.6 結(jié)論 7632 avenue de l’observatoire .80I. INTRODUCTION 80II. DESIGN AND MANUFACTURING OF THE ZIP VALVE 82III. ACTUATOR PERFORMANCES .87A. Controlled pressure PCB.87B. Preliminary micro fluidic measurements 88IV. CONCLUSION90一種控制湍流邊界層的靜電驅(qū)動(dòng)閥 93Y. Bailly93一、前 言 93二、ZIP 閥的設(shè)計(jì)與制造 .95A:分析和有限元方法( FEM )95三、 結(jié)論 103四、鳴謝 103五、 參考文獻(xiàn) 104第 4 頁(yè) 第一章 緒 論1.1 礦用通風(fēng)機(jī)行業(yè)概況世界各主要產(chǎn)煤國(guó)對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)需求逐年增加。原蘇聯(lián)主要產(chǎn)品Bц15 型離心式通風(fēng)機(jī)和 BOд—18 型軸流式通風(fēng)機(jī) ,離心式通風(fēng)機(jī)直徑達(dá)3.12～4.17m,效率 84%～86%,軸流式通風(fēng)機(jī)直徑達(dá) 1.18～4m, 效率 80%。美國(guó)礦井用的通風(fēng)機(jī)以軸流式通風(fēng)機(jī)為主,因?yàn)槠湔{(diào)節(jié)范圍寬,加速性能、動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)行效率優(yōu)于離心式通風(fēng)機(jī)。其葉輪最大直徑達(dá) 4.127m,最大功率7600kW,最高轉(zhuǎn)速 3600r/min,動(dòng)葉單獨(dú)可調(diào)。近 70 年來(lái),通風(fēng)機(jī)在采礦工程中的應(yīng)用方式不斷變遷。從 1922 年 J·R·羅賓遜所寫(xiě)的“實(shí)用礦井通風(fēng)”技術(shù)手冊(cè)時(shí)起,預(yù)示通風(fēng)的控制由自然方式進(jìn)入了機(jī)械方式。而此時(shí)所使用的大型、機(jī)械驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)就是離心式的。當(dāng)時(shí)的離心式風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度低,大約 300r/min,而且大部分是由蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)。20 年代末至 30 年代初,礦井規(guī)模的擴(kuò)大,要求增大風(fēng)機(jī)的壓力和流量。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速(700～800r/min)軸流式風(fēng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。它體積小且安裝費(fèi)用低,在礦井通風(fēng)的應(yīng)用中占了統(tǒng)治地位。然而,由于開(kāi)采方式的變更,礦井通風(fēng)靜壓的需求逐步提高,離心式風(fēng)機(jī)又成為礦井通風(fēng)的一種較理想選擇。70 年代,后退長(zhǎng)壁開(kāi)采方式被普遍采用。早期的長(zhǎng)壁工作面寬 90～120m,長(zhǎng) 1200～1800m。90 年代的超大型工作面寬達(dá) 275m,長(zhǎng)達(dá) 4440m。在國(guó)外即使采空區(qū)塌落而形成廢石充填區(qū),但由于開(kāi)采工藝要求,氣流還需流通該區(qū)。塌落區(qū)的空氣阻力系數(shù)明顯高于開(kāi)闊的風(fēng)道,所以礦井主風(fēng)扇還必須提高其壓力以滿(mǎn)足通風(fēng)的需要。一些礦井曾嘗試采用高轉(zhuǎn)速的軸流風(fēng)機(jī)(甚至為 2 級(jí)葉輪, 1.5m 直徑 ,運(yùn)行轉(zhuǎn)速 1780r/min)。但該類(lèi)風(fēng)機(jī)噪音大,普遍存在葉片及軸承的故障。1.2 通風(fēng)機(jī)在礦上的應(yīng)用為了沖淡和排除井下的有害氣體和粉塵,為井下各巷道及采、掘工作面提供新鮮風(fēng)流,保證井下工作人員有足夠數(shù)量、符合要求的空氣供呼吸,確保井下工作人員的人身安全,改善井下工作環(huán)境,在煤礦生產(chǎn)中必須不間斷地向井下供給大量的新鮮空氣。煤礦用主通風(fēng)機(jī)就是向井下輸送空氣的設(shè)備,通常情況井下每采 1t 煤炭就要向井下輸送 4～6t 新鮮空氣,礦井主通風(fēng)機(jī)的電耗平均約占煤礦電耗的 8%～15%,它是煤礦井下通風(fēng)不可缺少的安全設(shè)備,第 5 頁(yè) 也是礦井的關(guān)鍵設(shè)備。在通風(fēng)設(shè)備的選擇設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)其可靠性必須予以足夠的重視。隨著世界范圍內(nèi)能源短缺和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)能源需求的增加,迫切要求人們節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境。而礦井主通風(fēng)機(jī)每天都必須運(yùn)行,選擇節(jié)電、低噪型通風(fēng)機(jī)就顯得非常重要。20 世紀(jì) 80 年代后,由于采用了新技術(shù)、新工藝,通風(fēng)機(jī)的效率提高了 5%～10%,擴(kuò)大了調(diào)節(jié)范圍,提高變負(fù)荷條件下通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率,是通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的重要方面。有的國(guó)家還應(yīng)用電腦優(yōu)化控制調(diào)節(jié),成為代表世界科技進(jìn)步的趨勢(shì)之一。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,礦井主通風(fēng)機(jī)會(huì)更加具備安全可靠、高效節(jié)能、低噪、自動(dòng)化程度高和安裝簡(jiǎn)便等特點(diǎn),礦井理想的主通風(fēng)設(shè)備會(huì)越來(lái)越多。1.3 通風(fēng)機(jī)選型對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的影響礦用通風(fēng)機(jī)包括離心式和軸流式兩類(lèi)。一般說(shuō),離心式通風(fēng)機(jī)較之流式通風(fēng)機(jī)的額定效率高,但效率曲線(xiàn)陡,高效區(qū)窄,平均效率低。所以這類(lèi)風(fēng)機(jī)與網(wǎng)路的適應(yīng)性差,一旦網(wǎng)路特性發(fā)生變化,工況效率則必大幅下降。因此,離心式通風(fēng)機(jī)較適合在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)期間,網(wǎng)路阻力變化不大的礦井。而軸流式通風(fēng)機(jī)雖最高效率不及離心機(jī),但它的等效率曲線(xiàn)與網(wǎng)路特性曲線(xiàn)夾角很小,近似平行,故當(dāng)網(wǎng)路特性發(fā)生變化時(shí),工況效率的變化比離心式要小,所以運(yùn)轉(zhuǎn)期間的平均效率較高。尤其是 90 年代初,我國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)的 2K56、KZS 型軸流式通風(fēng)機(jī),不僅最高效率比 80 年代生產(chǎn)的 2K60 要高 ,而且高效區(qū)普遍向低壓區(qū)移動(dòng),如表 1 所示,因而也就更適合我國(guó)礦井負(fù)壓普遍較低的實(shí)際。1.4 礦井通風(fēng)機(jī)使用情況從我國(guó)的礦業(yè)發(fā)展過(guò)程看,五六十年代的中小礦井也大多采用離心式風(fēng)機(jī),隨著礦井規(guī)模不斷擴(kuò)大,軸流式風(fēng)機(jī)的采用逐漸增多,而且顯示出流量大、風(fēng)量調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、返風(fēng)方便的優(yōu)點(diǎn)。今后會(huì)不會(huì)向國(guó)外那樣發(fā)展呢?根據(jù)我國(guó)第 6 頁(yè) 礦井的開(kāi)采工藝和有關(guān)規(guī)范規(guī)定分析認(rèn)為: (1)雖然后退式長(zhǎng)壁采煤方法在我國(guó)已普遍采用,但國(guó)內(nèi)的采空區(qū)和塌陷區(qū)一般不需進(jìn)行通風(fēng),而采取與工作面隔離的方式,因此礦井阻力不會(huì)大幅度增加;(2)目前我國(guó)礦井的采深普遍在600m 以?xún)?nèi), 隨著礦井的開(kāi)拓延深,工作面距離越來(lái)越遠(yuǎn),通風(fēng)阻力也會(huì)不斷增加,在一定程度上選擇高靜壓的離心式風(fēng)機(jī)要好于軸流式風(fēng)機(jī)。例如,河南省某礦井開(kāi)采深度大于 500m 時(shí),最小負(fù)壓 1143Pa,最大負(fù)壓 2928Pa,風(fēng)量,選擇 G4-73-11No.28 型離心式風(fēng)機(jī)或 BDK65A-10-No.28 型軸流式398/ms風(fēng)機(jī)都能滿(mǎn)足要求。當(dāng)開(kāi)采深度在 700m 水平時(shí),采區(qū)工作面距離井口約7km,負(fù)壓將達(dá)到 4020Pa,風(fēng)量 ,這時(shí)如果仍利用原風(fēng)井風(fēng)機(jī)通風(fēng) ,軸315/ms流風(fēng)機(jī)的靜壓就不夠了,而離心風(fēng)機(jī)仍舊可以使用。但是,我國(guó)《煤礦設(shè)計(jì)規(guī)范》第 10.1.5 條明確規(guī)定“礦井通風(fēng)的設(shè)計(jì)負(fù),壓,不應(yīng)超過(guò) 2940Pa”,這在根本上限制了通風(fēng)負(fù)壓。1.5 國(guó)內(nèi)使用的礦井主通風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)介 [2]目前,。我國(guó)煤礦在役的主要通風(fēng)機(jī),以下幾個(gè)系列的使用占有 90%以上。這對(duì)有些礦井在通風(fēng)機(jī)能力不足時(shí)的改造、對(duì)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)選購(gòu)?fù)L(fēng)機(jī)、對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)改造起到參考和幫助的作用。1.5.1 2K 系列通風(fēng)機(jī)2K 系列軸流通風(fēng)機(jī)按輪轂比不同分為 2K56、1K58、2K58、2K60 和KZS 等幾個(gè)系列,主要由沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠(chǎng)、沈陽(yáng)風(fēng)機(jī)廠(chǎng)和吉林鼓風(fēng)機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)。葉輪直徑從 1.12m～3.16m,可滿(mǎn)足不同大小礦井的需要。該系列通風(fēng)機(jī)均為單、雙級(jí)葉輪,機(jī)翼為扭曲葉片,葉片角度可在較大范圍內(nèi)進(jìn)行有級(jí)(1K58、 2K58、KZS)或無(wú)級(jí)(2K56、2K60) 調(diào)節(jié),且均可直接反轉(zhuǎn)反風(fēng)。這是我國(guó)煤礦以前用量較大、較多的一類(lèi)通風(fēng)機(jī)?？梢詽M(mǎn)足多數(shù)礦井對(duì)通風(fēng)機(jī)低壓力、大風(fēng)量的需要,剎車(chē)、測(cè)溫、測(cè)震基座等附屬裝置也較為齊全。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明其靜壓效率可達(dá) 75%以上,但氣動(dòng)噪聲大。該系列通風(fēng)機(jī)除適用于新建和改擴(kuò)建礦井外,由于其外形與我國(guó)較早使用的 70B2 和 2By 型軸流通風(fēng)機(jī)相近,更適用于對(duì)這類(lèi)通風(fēng)機(jī)的改造,可較大幅度的節(jié)約改造費(fèi)用,縮短改造時(shí)間。1.5.2 BD(K)系列通風(fēng)機(jī)BD(K)系列通風(fēng)機(jī)近年來(lái)發(fā)展很快,生產(chǎn)廠(chǎng)家也較多,主要有湘潭平安、第 7 頁(yè) 南陽(yáng)、燕京等廠(chǎng)家,該系列通風(fēng)機(jī)最大已經(jīng)生產(chǎn)到了 4m。該風(fēng)機(jī)采用雙級(jí)雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu),兩級(jí)葉輪相對(duì)并反向旋轉(zhuǎn),其結(jié)構(gòu)相當(dāng)于兩臺(tái)同型號(hào)軸流通風(fēng)機(jī)對(duì)接在一起串聯(lián)工作,因此被廣泛稱(chēng)之為對(duì)旋通風(fēng)機(jī)。由于這種結(jié)構(gòu)可省去中間及后置固定導(dǎo)葉,且渦流損失較小,具有傳動(dòng)損耗小、壓力高、高效范圍較寬、效率也較高的特點(diǎn)。廠(chǎng)家提供的通風(fēng)機(jī)最大靜壓效率可達(dá) 86%,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)其裝置靜壓效率可達(dá) 77%。該系列通風(fēng)機(jī)除了可在較大范圍內(nèi)調(diào)整葉片角度外,還可對(duì)前后級(jí)安裝角度進(jìn)行適當(dāng)組合,并可單級(jí)運(yùn)行,因此可調(diào)范圍更寬。但實(shí)測(cè)結(jié)果表明:單級(jí)運(yùn)行時(shí)通風(fēng)機(jī)的效率太低 ,僅有 50%左右,不宜長(zhǎng)期使用。此外,由于該系列通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的整體性和密閉性均較好,且可以實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)反風(fēng),使用該系列通風(fēng)機(jī)可以不建通風(fēng)機(jī)房,不用反風(fēng)道,具有基建工期短、節(jié)省基建費(fèi)用等優(yōu)越性,適合于要求盡快投產(chǎn)的新建風(fēng)井。1.5.3 GAF 系列通風(fēng)機(jī)GAF 系列通風(fēng)機(jī)是在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況加以改型改造的軸流通風(fēng)機(jī)。該通風(fēng)機(jī)具有風(fēng)量風(fēng)壓調(diào)節(jié)范圍寬、靜壓效率高、葉片角度調(diào)節(jié)自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn),尤其是采用液壓調(diào)節(jié)和渦輪渦桿同步調(diào)節(jié)裝置調(diào)整葉片的通風(fēng)機(jī),改變?nèi)~片運(yùn)行角度非常容易,特別適用于需要經(jīng)常改變運(yùn)行工況的礦井使用。此外,GAF 系列通風(fēng)機(jī)的葉輪直徑、輪轂比分檔較多,再加上葉片數(shù)和轉(zhuǎn)速等的變化,可形成上千種基本型號(hào),上萬(wàn)種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,為用戶(hù)根據(jù)技術(shù)參數(shù)和使用要求進(jìn)行量體裁衣式的選型提供了方便。由于葉片角度調(diào)整方便,這類(lèi)通風(fēng)機(jī)可通過(guò)改變風(fēng)葉角度實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)反風(fēng),既不需要反風(fēng)道,也不需要通風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)控制裝置,且反風(fēng)量也滿(mǎn)足規(guī)程要求。但該類(lèi)通風(fēng)機(jī)與同等能力的其他系列通風(fēng)機(jī)相比,初期投資較大。1.5.4 G4—73、4—72 系列離心式通風(fēng)機(jī)我國(guó)礦井使用的離心式通風(fēng)機(jī)主要就是這兩個(gè)系列,生產(chǎn)廠(chǎng)家較多。G4—73 系列離心式通風(fēng)機(jī)最初是為鍋爐通風(fēng)(引風(fēng) )設(shè)計(jì)的,后來(lái)被引用到礦井通風(fēng)中并擁有一定的市場(chǎng)占有量。該系列離心式通風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是特性曲線(xiàn)較平緩、無(wú)駝峰、運(yùn)行噪聲較小、效率高。啟動(dòng)時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)門(mén) (也叫前導(dǎo)器), 具有啟動(dòng)功率較小,啟動(dòng)容易的特點(diǎn)。運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)門(mén)可在 0°～70°范圍內(nèi)調(diào)節(jié),用以改變運(yùn)行工況,還可通過(guò)配置不同轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)來(lái)改變其運(yùn)行工況,適應(yīng)性較好。4—72 系列通風(fēng)機(jī)的特性曲線(xiàn)較平緩,運(yùn)行噪聲較小,效率高,適用于通風(fēng)阻力不是太大的中小型礦井。我國(guó)地方煤礦的礦井中使用該系第 8 頁(yè) 列通風(fēng)機(jī)較多,由于機(jī)型小,配置電動(dòng)機(jī)的容量也小,可配用 380V 或 660V 電壓的電動(dòng)機(jī),特別適用于無(wú)高壓(6000V)供電的礦井使用。但對(duì)初、后期風(fēng)壓變化大的礦井,離心通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)性能差。1.6 離心通風(fēng)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與經(jīng)濟(jì)分析 【1】鑒于我國(guó)風(fēng)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀,研究高效率的風(fēng)機(jī),再大幅度地提高風(fēng)機(jī)本身的效率不大可能。目前,研究和應(yīng)用最佳的風(fēng)機(jī)調(diào)速才是降低風(fēng)機(jī)電耗的最有效途徑。風(fēng)機(jī)的耗電量與轉(zhuǎn)速的立方成正比。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低,其耗電量將以其立方的比例下降，例如:根據(jù)工藝要求,風(fēng)機(jī)的風(fēng)量下降到 80%風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也下降到 80%,其風(fēng)機(jī)軸功率則到額定功率的 51%;若風(fēng)機(jī)的風(fēng)量下降到50%，則風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也下降到 50%,其風(fēng)機(jī)軸功率降到額定功率的 13%,節(jié)電87%;從節(jié)能角度以風(fēng)機(jī)調(diào)速最為有利,調(diào)節(jié)范圍最大 ,其經(jīng)濟(jì)也最佳。同時(shí),采用變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后,可以降低噪聲,減輕引風(fēng)機(jī)葉輪的磨損,延長(zhǎng)葉輪的壽命。所以,風(fēng)機(jī)的節(jié)能重點(diǎn)應(yīng)放在風(fēng)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)上。風(fēng)機(jī)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),需要通過(guò)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。1.7 風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法【1】采用“將來(lái)費(fèi)用折算現(xiàn)值”的方法,對(duì)離心通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。所謂“費(fèi)用折算現(xiàn)值”是指購(gòu)買(mǎi)附加設(shè)備費(fèi)、安裝費(fèi)，維持風(fēng)機(jī)和附加設(shè)備在全部使用壽命期間運(yùn)需的運(yùn)行費(fèi)、維修費(fèi)的折算現(xiàn)值?？偓F(xiàn)值最小方案為最優(yōu)方案。 “將來(lái)費(fèi)用折算現(xiàn)值”法,較全面而準(zhǔn)確地反映各方案經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)劣,風(fēng)機(jī)改造時(shí)可作為主要的參考依據(jù)。將來(lái)折算現(xiàn)值的計(jì)算公式為F=T·TE+T·(HD·DF+WX)·Y式中 F—— —將來(lái)費(fèi)用現(xiàn)值 ,萬(wàn)元T———風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)TE———風(fēng)機(jī)和附加裝置的總投資,萬(wàn)元HD———系統(tǒng)年耗電量,萬(wàn) kW·h/aDF———電費(fèi),元/kW·hWX———風(fēng)機(jī)和附加設(shè)備的年維修費(fèi),萬(wàn)元Y———使用壽命,a第 9 頁(yè) 1.8 離心通風(fēng)機(jī)幾種調(diào)速裝置的特點(diǎn) 【1】離心通風(fēng)機(jī)調(diào)速裝置有:液力耦合器、電磁滑差調(diào)速電機(jī)、雙速電機(jī)、晶閘管串級(jí)調(diào)速裝置及變頻調(diào)速裝置。1.8.1 液力耦合器是利用流體的動(dòng)能來(lái)傳遞功率的一種動(dòng)力式傳動(dòng)設(shè)備。安裝在電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)之間,可以在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下,實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速來(lái)改變風(fēng)機(jī)的特性曲線(xiàn)和電動(dòng)機(jī)的空載啟動(dòng)。但液力耦合器在調(diào)速的過(guò)程中,存在著固有的滑差功率損失,所以傳動(dòng)效率較低。液力耦合器裝置技術(shù)上比較成熟,在電廠(chǎng)風(fēng)機(jī)中應(yīng)用也較多,并取得了一定的節(jié)電效果,但不能盲目使用。經(jīng)過(guò)調(diào)查得出,若風(fēng)機(jī)的富裕量不是太大,那么節(jié)電效果就不明顯; 若在鍋爐帶額定負(fù)荷時(shí)采用液力耦合器,不但不能省電,甚至還多耗電。電磁滑差調(diào)速電機(jī)能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速,速度調(diào)節(jié)平滑,無(wú)失控區(qū)能空載調(diào)速,轉(zhuǎn)速變化率小;其控制設(shè)備也簡(jiǎn)單,初投資低,維護(hù)方便,節(jié)電效果明顯。但在調(diào)速時(shí)其轉(zhuǎn)差功率會(huì)以發(fā)熱形式損耗掉,所以經(jīng)濟(jì)效益較低。雙速電機(jī)是采用單繞組變極方法實(shí)現(xiàn)速度變換的,初投資低,使用時(shí)能使整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊,可降低噪聲和節(jié)約能源,維護(hù)也簡(jiǎn)單。但低速時(shí)的啟動(dòng)力矩小,往往需先在高速下啟動(dòng),然后再切換到低速運(yùn)行。運(yùn)行人員不敢在運(yùn)行中進(jìn)行變速操作,開(kāi)關(guān)的可靠性也差。1.8.2 晶閘串級(jí)調(diào)速就是在轉(zhuǎn)子繞組回路中串接一個(gè)反電勢(shì),通過(guò)改變轉(zhuǎn)差率來(lái)調(diào)節(jié)繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一種調(diào)節(jié)方法,該裝置不僅可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)變速,而且在調(diào)速時(shí)還可將轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)化為機(jī)械能加到負(fù)載,或轉(zhuǎn)化為電能返回電網(wǎng),因而系統(tǒng)效率較高。該裝置的初投資較高,調(diào)速裝置需進(jìn)行維護(hù),還得采用繞線(xiàn)式電機(jī),增加了維修工作量。1.8.3 變頻調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的最新技術(shù),是通過(guò)改變定子的供電電源頻率來(lái)改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速,從而改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。對(duì)于交流電動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)速 n 與頻率f 成正比 ,所以 ,連續(xù)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的頻率能改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)采用變頻方法可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。調(diào)節(jié)效率高、調(diào)速范圍大(電機(jī)可在 0%～ 100%頻率轉(zhuǎn)速下運(yùn)行),與其他調(diào)節(jié)裝置相比,性能最佳。當(dāng)調(diào)速范圍在同步轉(zhuǎn)速的 30%以上時(shí),裝置本身的效率不低于 90%。變頻調(diào)速不存在勵(lì)第 10 頁(yè) 磁滑差損耗和擋板、閥門(mén)節(jié)流功率損耗,不存在轉(zhuǎn)差損耗,因此節(jié)能效果良好。1.9 大型離心通風(fēng)機(jī)葉輪的三維應(yīng)力計(jì)算 【9】利用三維有限元方法,對(duì)大型風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行了強(qiáng)度的計(jì)算和分析。針對(duì)復(fù)雜形狀葉片———機(jī)翼型葉片的特點(diǎn),對(duì)具有復(fù)雜葉片葉輪模型建立的方法進(jìn)行了探討,并分析了整個(gè)葉輪的應(yīng)力分布,在強(qiáng)度方面為葉輪的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù),以達(dá)到改進(jìn)實(shí)際葉輪結(jié)構(gòu)的目的。離心葉輪強(qiáng)度的常規(guī)算法僅反映葉輪平均應(yīng)力的大概情況,不能很好地反映真實(shí)應(yīng)力的分布。對(duì)實(shí)際葉輪的設(shè)計(jì)也就只能靠設(shè)定安全系數(shù)來(lái)保證葉輪的安全運(yùn)行。有時(shí)為了保證強(qiáng)度,如果安全系數(shù)取得過(guò)大,就勢(shì)必會(huì)造成原材料的浪費(fèi),對(duì)降低生產(chǎn)成本不利;如果安全系數(shù)給得過(guò)小,又不能在強(qiáng)度方面得到保證。自從 1960 年克拉夫首次提出有限元的概念至今,有限元方法已發(fā)展成為數(shù)值分析計(jì)算中的一種有效方法。它同樣在風(fēng)機(jī)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前,對(duì)有些離心壓縮機(jī)強(qiáng)度采用軸對(duì)稱(chēng)有限元模型進(jìn)行計(jì)算,這種有限元方法對(duì)實(shí)際的模型做了一些簡(jiǎn)化(如將弧型葉片簡(jiǎn)化成徑向直葉片,并將其擴(kuò)散成一變剛度、變質(zhì)量的盤(pán)型夾層),與實(shí)際情況不太相符,不能很好地真實(shí)反映整個(gè)葉輪的應(yīng)力分布,這種簡(jiǎn)化可能會(huì)影響結(jié)果的精確性。而且這種方法對(duì)機(jī)翼型葉片或曲線(xiàn)葉片的葉輪的計(jì)算存在一定的困難。對(duì)于三元流葉輪來(lái)說(shuō),葉片具有復(fù)雜的幾何形狀,如對(duì)帶有筋板的機(jī)翼型葉片的葉輪,采用三維有限元計(jì)算方法可以很好地處理模型上復(fù)雜的幾何問(wèn)題,建立模型時(shí)不需做任何簡(jiǎn)化,可按實(shí)際葉輪的幾何尺寸建立。故計(jì)算所建立的葉輪模型能較好地反映實(shí)際問(wèn)題,并能更為詳細(xì)和準(zhǔn)確地反映真實(shí)應(yīng)力的分布,能得到不同位置的應(yīng)力和位移值,并能確定最大應(yīng)力所處的確切位置。從而為葉輪的三元流設(shè)計(jì)在強(qiáng)度方面提供理論依據(jù)并達(dá)到改進(jìn)葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。第 11 頁(yè) 第二章 離心通風(fēng)機(jī)的理論基礎(chǔ)2.1 通風(fēng)機(jī)的基本方程式離心通風(fēng)機(jī)葉片入口和出口速度圖 ?cβb2u21wm1uα圖 2-1 葉片出入口速度圖表示相對(duì)速度；u 表示圓周速度； c 表示絕對(duì)速度，圓周速度 u 與絕對(duì)速?度 c 之間的夾角用 表示，稱(chēng)絕對(duì)速度角；相對(duì)速度 與圓周速度反方向??的夾角用 表示，稱(chēng)為流動(dòng)角。葉片切線(xiàn)與圓周速度反方向的夾角用 表? a?示，稱(chēng)為葉片安裝角。則在葉片出入口得到下列關(guān)系式：第 12 頁(yè) 2cu????1ωαβm圖 2-2 速度三角形氣體在葉輪內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程可作一些假定，把它當(dāng)作一元流動(dòng)討論，即用流束理論進(jìn)行分析，這些基本假定是：（1） 通風(fēng)機(jī)工作時(shí)沒(méi)有任何損失，則原動(dòng)機(jī)加到通風(fēng)機(jī)上的能量等于被輸送氣體所獲得的能量；（2） 葉片數(shù)目無(wú)限多且無(wú)限薄，則氣流將被分成微小流束，其形狀和葉片完全一致，且葉片入口與出口沒(méi)有突然收縮和突然擴(kuò)張現(xiàn)象，因此可認(rèn)為沿圓周各點(diǎn)的速度相等；（3） 氣體在作穩(wěn)定流動(dòng)；（4） 不考慮氣體壓縮性。原動(dòng)機(jī)加到通風(fēng)機(jī)軸上的外力矩為 M (N*m)，設(shè)流過(guò)葉輪的理論流量為 ，TQ流體密度為 ， 為葉片出口處半徑， 為葉片入口處半徑，在 dt 時(shí)刻?2R1R流過(guò)葉輪的流體質(zhì)量流量為 dt,則葉輪進(jìn)出口處流體相對(duì)于軸面的動(dòng)量?TQ矩分別為22cosTRdt??11?單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)量矩變化等于第 13 頁(yè) 2211(coscos)TQR?????根據(jù)以上假設(shè)和動(dòng)量矩定理，上式應(yīng)等于作用于該流體上的外力矩，此力矩即葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)給予該流體的轉(zhuǎn)矩 M,則2211(coscos)TMR????葉輪旋轉(zhuǎn)角速度為 (rad/s)時(shí)，該力矩對(duì)流體所做的功率為 M ，則??2211( )TQ???因 ， ， ， ，則2ur?1rcosu????cosu???21()TM對(duì)理想流體而言，葉輪傳遞給流體的功率應(yīng)該等于流體從葉輪所獲得的功率，即TgQH????式中 ——單位重量流體通過(guò)無(wú)限多葉輪時(shí)所獲得的能量TH?m （2—1） 21uTcg??對(duì)風(fēng)機(jī)而言，風(fēng)壓 ，Pa,則風(fēng)機(jī)的能量方程式為T(mén)PH??（2-21()uc???2）上式即歐拉方程式，它是通風(fēng)機(jī)，水泵，透平壓縮機(jī)等葉輪機(jī)械的基本方程式。有速度三角形得（2-3）22211( )TuPcu?????????當(dāng) 時(shí)， ＝0，歐拉方程化簡(jiǎn)為19???1（2-2uTcHg?4）第 14 頁(yè) = （2-TP??2uc?5）因此，當(dāng) ，流體徑向流入葉輪時(shí)，獲得最大的理論能頭。190????由式（2-3 ）和（2-4 ）可知， 與流體的密度無(wú)關(guān)，即與流體性質(zhì)無(wú)關(guān)，TH?如果泵與風(fēng)機(jī)的尺寸相同，轉(zhuǎn)速相同，流量相等時(shí)，則流體所獲得的理論能頭 相等，即泵產(chǎn)生的液柱與風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣柱高度相等。TH?2.2 葉片出口安裝角對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響總壓頭 由兩部分組成，一部分為靜壓能：TP?（2-221()stu???????6）另一部分為動(dòng)壓能21()duPc??（2-7） 反作用度 表示靜壓能在總壓能中所占的比例，即?2211()stTuPc??????（2-8）當(dāng) ＝ 0 時(shí)， - ＝ 在離心通風(fēng)機(jī)中，一般 ，則上式變?yōu)?uc21?u21 1c?2r＝ ?22ruc????（2-9）由上式可見(jiàn)， 值越大，葉輪出口動(dòng)壓越小，在通風(fēng)機(jī)擴(kuò)壓部分把動(dòng)壓變?yōu)殪o壓的損失就越小，對(duì)提高通風(fēng)機(jī)效率越有利。由葉片出口速度圖得第 15 頁(yè) （2-10）222()ruc?????把 （2-10 ）代入（2-9 ）得＝ ＝ (2-?22uc??21uc?11) 由圖 2-1 出口速度三角形得222cotumbc?????代入 2-5 式得（2-22(t)TbP??12） 由式（2-12 ）可知，1. 時(shí)， 為正值， 越小， 越大， 越小。當(dāng)290b????2cotb??2b??2cotb??TP?小到等于最小角 時(shí)，此時(shí)min22incotbuc??代入式（2-12）得＝0TP?這時(shí)葉輪未給予流體能量，這是 的最小極限值。2b??2. 時(shí)，2222max90cotbuTbucuc??? ???????90b??，此時(shí)2uc??＝02cotb??代入式（2-12）得2TPu??第 16 頁(yè) 3. 時(shí)， 為負(fù)值， 越大， 越大。當(dāng) 增加到等于290b????2cotb??2b??TP?2b??最大角 時(shí)， ，此時(shí)maxu?22maxcotbuc????代入式（2-12）得2TPu??（1） 當(dāng) ＝ 時(shí)， 2b?min20c??9??表明當(dāng)此時(shí)靜壓及動(dòng)壓均為零，流體為獲得能量。（2） 當(dāng) 時(shí)，20b??2uc?1?表明徑向式葉片流體機(jī)械獲得的靜壓頭及動(dòng)壓頭各占一半。（3） 當(dāng) 時(shí)，2maxb???22uc??0表明此時(shí)流體機(jī)械獲得的總壓頭中全部為動(dòng)壓頭。以上分析表明，隨出口安裝角增加，流體獲得的理論壓頭增加，反作用度減小，當(dāng)從 增加到 時(shí)，理論壓頭則從零增加到最大值，2minb??2maxb??即 越大，流體從葉輪獲得的能量越多，因此，前彎式葉片產(chǎn)生的壓頭2b??最大，徑向式葉片次之，后彎式最小。由以上分析可知，在 相同的條件下，前彎式葉片產(chǎn)生的絕對(duì)速2,vnDq度比后彎式葉片大，而液體的流動(dòng)損失與速度的平方成正比（ ） 。2wlvhdg??因此，當(dāng)流體流過(guò)葉輪及導(dǎo)葉或蝸殼時(shí)，其能量損失比后彎葉片大。同時(shí)為把動(dòng)能轉(zhuǎn)為壓能，在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，必然又伴隨著能量損失，因而其效率遠(yuǎn)低于后彎式葉片。但前彎式葉片有以下優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)其和后彎式葉片的第 17 頁(yè) 轉(zhuǎn)速，流量及產(chǎn)生的能頭相同時(shí)，可以減少葉輪外徑 ，因此，可以減小2D風(fēng)機(jī)的尺寸，縮小體積，減輕質(zhì)量。又因風(fēng)機(jī)輸送的流體為氣體，氣體密度遠(yuǎn)小于液體，而摩擦力正比于密度，所以風(fēng)機(jī)損失的能量遠(yuǎn)小于泵。2.3 葉片出口角 對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響另解2j?高效后向通風(fēng)機(jī)葉片出口角 的限值理想流模型 等于出口氣流角 ,2j 2j?2?葉輪機(jī)械 Euler 方程的離心通風(fēng)機(jī)全壓公式是 2(1)4ijQHbktgD?????式中 H、Q———分別為全壓系數(shù)和流量系數(shù)、 、 ———分別是葉輪出口直徑、寬度和葉片通道堵塞系數(shù)2Db2kμ、 ———分別為有限葉片系數(shù)和葉輪流動(dòng)效率i?由上式可知,如果后向通風(fēng)機(jī)的 越大,全壓就越高。但是出口角的增大會(huì)2j?導(dǎo)致氣流滯后角的增大,葉片出口流動(dòng)分離增大。這不僅會(huì)引起效率下降,全壓也上不去。在現(xiàn)有的工程設(shè)計(jì)中,不可能給出高效后向通風(fēng)機(jī)葉片出口角的限值。對(duì)于中壓離心通風(fēng)機(jī)可通過(guò)數(shù)值模擬得到:當(dāng)出口角大于 81 后,2j?一般不能再簡(jiǎn)單地設(shè)想用提高出口角來(lái)提高風(fēng)機(jī)全壓,因?yàn)檫@時(shí)隨著出口角增大,全壓將保持不變或下降,但效率已經(jīng)下降。為此,提出中壓離心通風(fēng)機(jī)高效后向通風(fēng)機(jī)葉片出口角 的限值為。 2j?2.4 離心通風(fēng)機(jī)的理論特性曲線(xiàn)通風(fēng)機(jī)的理論全壓與理論流量之間的關(guān)系曲線(xiàn)，叫做風(fēng)機(jī)的理論全壓特性曲線(xiàn)。22T TbuPQDtg??????第 18 頁(yè) 其中，2TmQDbc??——葉片出口直徑2D——葉片出口寬度b式（2-11 ）右邊各量，除 以外都是常量，故式（ 2-11）可寫(xiě)成TQ（2-PAB???13）式中 A= =常數(shù)，即流量等于零時(shí)的理論全壓；2u?=常數(shù)2buBDtg????在 圖上，式（2-12）是一條直線(xiàn)。2290TbPQ?????TPQ??β°b29090°=2 0 時(shí)，葉片的非工作邊出現(xiàn)附面層分離，隨著流量的減小，則分離速度增大，引起很大的渦流損失。表 2-2 不同模型級(jí)的最佳沖角2.8 最佳沖角函數(shù)曲線(xiàn)的應(yīng)用最佳沖角函數(shù)曲線(xiàn)對(duì)從事離心通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)研究的技術(shù)人員十分有用。初步分析至少有如下幾個(gè)方面的用途:(1) 從圖 1 和表 1 可以看出最佳沖角的變化范圍很大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了一般第 26 頁(yè) 風(fēng)機(jī)技術(shù)手冊(cè)中推薦的沖角變化范圍值。一般風(fēng)機(jī)手冊(cè)或教材中推薦的沖角值為 0°～5°(也有推薦-8°～8°)。而實(shí)際最佳沖角變化范圍為-10°～20°。所以設(shè)計(jì)模型級(jí)時(shí)應(yīng)根據(jù)選擇的葉輪結(jié)構(gòu)具體參數(shù)來(lái)決定,過(guò)去不知道這條最佳沖角函數(shù)曲線(xiàn),所以也不知如何選擇,今后就可以參考圖 1和表 1 來(lái)選擇了。(2) 一般情況下，沖角為 0°時(shí)損失最小,易獲得高效率。但從圖 1 上可看出最佳沖角為 0°的極少,僅有代號(hào)為 52 的模型級(jí)， ，1230,45AA???其最佳沖角才接近 0°。這就告訴設(shè)計(jì)者,設(shè)計(jì)工況下對(duì)應(yīng)的最佳沖角是不能隨意選擇 0°的。不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的模型級(jí)的最佳沖角一般都是不同的。(3) 隨著技術(shù)的進(jìn)步,一般大中型離心通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)都逐步走向個(gè)性化設(shè)計(jì),這是通風(fēng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。但真正的離心通風(fēng)機(jī)個(gè)性化設(shè)計(jì)并不是現(xiàn)在一般常用的變型設(shè)計(jì)方法這種方法達(dá)不到個(gè)性化設(shè)計(jì)的客觀(guān)要求。真正個(gè)性化設(shè)計(jì),一種是按照模型級(jí)的氣動(dòng)性能曲線(xiàn)和幾何參數(shù)來(lái)進(jìn)行全相似設(shè)計(jì),這種方法可靠性高,但有時(shí)受到轉(zhuǎn)速的限制很難實(shí)現(xiàn)。另一種是變型相似設(shè)計(jì),即找一種性能參數(shù)相近的模型級(jí),應(yīng)用個(gè)性化設(shè)計(jì)計(jì)算軟件,對(duì)模型級(jí)進(jìn)行切割計(jì)算,并保證新設(shè)計(jì)產(chǎn)品的葉輪和模型級(jí)的葉輪的進(jìn)出口速度三角形保持基本相似。不管風(fēng)機(jī)個(gè)性化設(shè)計(jì)軟件有多少種,其中至少有一種軟件系統(tǒng)中要運(yùn)用到最佳沖角參數(shù)和最佳分離系數(shù)。(4) 應(yīng)用于模型級(jí)的開(kāi)發(fā),當(dāng)深刻理解掌握最佳沖角函數(shù)曲線(xiàn)之后,在開(kāi)發(fā)新型模型級(jí)時(shí)會(huì)少走彎路,可節(jié)省模型級(jí)的試驗(yàn)次數(shù),并能盡快地設(shè)計(jì)出達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的模型級(jí)。(5) 從圖 1 可以看出 9-26 模型級(jí)的最佳效率工況點(diǎn)距離喘振工況點(diǎn)比較近,說(shuō)明這種模型級(jí)的特性曲線(xiàn)的形狀不夠理想。尤其對(duì)個(gè)性化設(shè)計(jì)選擇模型級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)就更不理想,這種模型級(jí)的特性曲線(xiàn)就得進(jìn)行改造,對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的模型級(jí)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō),知道級(jí)的哪些流道結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)最佳沖角有影響,便會(huì)通過(guò)修改相應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)改變模型級(jí)特性曲線(xiàn)的形狀,以確保達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。2.9 離心通風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)的擬合及應(yīng)用研究用于表示離心通風(fēng)機(jī)性能的主要參數(shù),如壓力(H)、流量 (Q)、功率(N)和效率( η )以及它們之間變化關(guān)系的曲線(xiàn) H=f(Q)、N=f(Q)、η=f(Q),目前仍很難用十分準(zhǔn)確的計(jì)算方法求得。因此風(fēng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)提供的兩種產(chǎn)品樣本—第 27 頁(yè) ——風(fēng)機(jī)性能表或選擇性性能曲線(xiàn),只能是以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)而編制或繪制出來(lái)。使用者通常采用手工作圖法和差值法來(lái)確定離心通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn),并與風(fēng)網(wǎng)特性曲線(xiàn)相匹配,準(zhǔn)確性差。另外,在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,風(fēng)機(jī)工作狀況有時(shí)要根據(jù)風(fēng)網(wǎng)運(yùn)行的要求進(jìn)行調(diào)節(jié),由于風(fēng)機(jī)實(shí)際工作點(diǎn)參數(shù)受到風(fēng)網(wǎng)特性與風(fēng)機(jī)特性的綜合影響,依據(jù)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品樣本難以對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)工作點(diǎn)偏移造成的效率及軸功率的變化進(jìn)行量化分析。2.9.1 離心通風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)擬合(1) 曲線(xiàn)擬合原理由于離心通風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn) H=f(Q)、N=f(Q)、η=f(Q)近似于拋物線(xiàn),因此可以用最小二乘法構(gòu)建離心通風(fēng)機(jī)性能的數(shù)學(xué)模型,以二階或三階多項(xiàng)式進(jìn)行曲線(xiàn)擬合。二階回歸曲線(xiàn)擬合方程為:。222010101;;HAQNBQCQ???????三階回歸曲線(xiàn)的擬合方程為：2 2013013; ;η0+C1Q+C2Q+C3Q。以上各式中,Q 為離心通風(fēng)機(jī)流量,m/h;H 為離心通風(fēng)機(jī)壓力 ,Pa;η 為離心通風(fēng)機(jī)效率,%;N 為離心通風(fēng)機(jī)軸功率,kW;均為回歸系數(shù)。012301230123,,,,,HANBC?(2) 回歸系數(shù)求解對(duì)于回歸系數(shù)的求解,以往采用的方法是利用最小二乘法原理得到回歸曲線(xiàn)正規(guī)方程組( 線(xiàn)性代數(shù)方程組),解該方程組得到各個(gè)回歸系數(shù),計(jì)算、求解很煩瑣。實(shí)際上,應(yīng)用 Excel2000 程序中的圖表功能 ,通過(guò)制作散點(diǎn)圖,可十分方便地確定風(fēng)機(jī)回歸曲線(xiàn)擬合方程。操作方法如下: 選擇數(shù)據(jù)( 如表中流量和全壓兩組)→制作圖表→制作散點(diǎn)圖→添加趨勢(shì)線(xiàn)→設(shè)置趨勢(shì)線(xiàn)屬性→選擇采用二階多項(xiàng)式擬合并顯示公式→完成。第 28 頁(yè) 第三章 離心通風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)3.1 本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求選型：目前,礦井通風(fēng)設(shè)備有2 種類(lèi)型:離心式風(fēng)機(jī)和軸流式風(fēng)機(jī)。這兩種風(fēng)機(jī)性能各異,各有所長(zhǎng)。離心式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊,風(fēng)壓高,可以通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)主軸轉(zhuǎn)速來(lái)改變風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài),如果配置變頻調(diào)速裝置,可以很方便地做到這一點(diǎn),以滿(mǎn)足礦井在不同時(shí)期的通風(fēng)要求。該類(lèi)型風(fēng)機(jī)的價(jià)格也比同等能力的軸流風(fēng)機(jī)要低。對(duì)于資金緊張,技術(shù)力量不足的中小型煤礦,也可以采取更換電機(jī)或改變電機(jī)與風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比來(lái)改變工況,以適應(yīng)礦井開(kāi)采后期的通風(fēng)要求。但是離心風(fēng)機(jī)的機(jī)房布置較為復(fù)雜,安裝工作量大,需要反風(fēng)道反風(fēng),漏風(fēng)損失較大。因此,從經(jīng)濟(jì)的角度考慮,離心式風(fēng)機(jī)用于地方中小煤礦作主通風(fēng)機(jī)較為合適,但在安裝和日常維護(hù)上,對(duì)地方中小煤礦的要求很高。在山西煤礦安全裝備技術(shù)測(cè)試中心所測(cè)試的礦井中,用4 —72 型離心式風(fēng)機(jī)作為主通風(fēng)機(jī)的占了大多數(shù)。對(duì)于年產(chǎn)量6 萬(wàn)t ,風(fēng)量 310/min~250的中小煤礦,選用這種風(fēng)機(jī)是合適的。3/min7-35 通風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)采用了離心通風(fēng)機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法,其特點(diǎn)是引入三維粘性數(shù)值方法來(lái)分析離心通風(fēng)機(jī)內(nèi)部復(fù)雜流場(chǎng),考慮了其各部件間的相互影響,數(shù)值預(yù)估離心通風(fēng)機(jī)性能,并對(duì)現(xiàn)有工程設(shè)計(jì)方法作了重大改進(jìn)。它以良好的工程氣動(dòng)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ),Navier-Stokes 方程分析三維湍流場(chǎng)為關(guān)鍵,其中最困難的是葉輪—蝸殼耦合流場(chǎng)計(jì)算,最后用風(fēng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)來(lái)考核,三者有相互依賴(lài)關(guān)系,清華大學(xué)和北京西山風(fēng)機(jī)廠(chǎng)經(jīng)過(guò) 4 年多的共同努力,完成了這種高性能離心通風(fēng)機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法,開(kāi)發(fā)了一個(gè)離心通風(fēng)機(jī)三維流場(chǎng)數(shù)值模擬軟件包,包括:(1)離心通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口—葉輪耦合的子午通道流場(chǎng)數(shù)值模擬軟件,主要用來(lái)提供葉輪計(jì)算的進(jìn)口流場(chǎng)和優(yōu)選高效進(jìn)風(fēng)口;(2)葉輪內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬軟件,主要用來(lái)優(yōu)選高效葉輪,并給出蝸殼計(jì)算的進(jìn)口流場(chǎng);(3)蝸殼內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)第 29 頁(yè) 值模擬軟件,主要用來(lái)優(yōu)選高效蝸殼;(4)葉輪和蝸殼內(nèi)部流場(chǎng)耦合計(jì)算及離心通風(fēng)機(jī)整機(jī)性能預(yù)估的數(shù)值模擬軟件,主要用來(lái)考慮高效葉輪和高效蝸殼的耦合影響,并預(yù)估離心通風(fēng)機(jī)整機(jī)性能;對(duì) 5 種風(fēng)機(jī)的數(shù)值預(yù)估整機(jī)性能與實(shí)測(cè)結(jié)果相比,全壓和效率誤差均約 2%,兩者吻合良好。7-35 系列通風(fēng)就是按此方法設(shè)計(jì)的,并于 1999 年 11 月獲得實(shí)用新型專(zhuān)利。用途：礦井通風(fēng)型號(hào)：離心通風(fēng)機(jī)，皮帶傳動(dòng)技術(shù)要求: 全壓 P=2.9kP,流量 Q=186000 ,空氣密度3/mh31.2/kgm??3.2 風(fēng)機(jī)選型3.3 風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)力設(shè)計(jì)3.3.1 選通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 n=700r/min，則其比轉(zhuǎn)速為，0.50.54416.7729sQnp???根據(jù)已知技術(shù)要求和風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)速，查離心通風(fēng)機(jī)產(chǎn)品目錄知，4-72 型離心通風(fēng)機(jī)與設(shè)計(jì)要求最接近，故以 4-72 型離心通風(fēng)機(jī)為原型進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.3.2 選擇葉片出口角 2A?45??由于比轉(zhuǎn)速較小，在后向葉輪中為了減少進(jìn)口沖擊，和提高效率，選擇后彎?rùn)C(jī)翼形葉片。葉片流型設(shè)計(jì)其他方法,現(xiàn)有工程設(shè)計(jì)習(xí)慣選用等減速或等當(dāng)量擴(kuò)張角流型,已得到一些好的葉片型線(xiàn),但終究流型選擇的余地太小。工程設(shè)計(jì)中需要擴(kuò)充可供選擇的流型,但由于新流型的使用要有實(shí)踐考核,不便輕易改變?，F(xiàn)在有了三維數(shù)值模擬軟件,可先進(jìn)行數(shù)值計(jì)算優(yōu)化,這樣就可大膽選擇新流型。為此提出一種擴(kuò)充流型。 adwbcrs??它既包括已有的兩種流型(因?yàn)楫?dāng) a=0 和 c=0 時(shí),此流型即為等減速流型;當(dāng) a=-1.5 和 c=0 時(shí),此流型即為等當(dāng)量擴(kuò)張角流型),又包含更多的流型優(yōu)化參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中,通過(guò)葉輪通道流場(chǎng)的三維數(shù)值模擬對(duì)此流型中的 3個(gè)參數(shù) a、b 和 c 的取值進(jìn)行優(yōu)化 ,顯然可以選擇更好的葉片流型。工作面與非工作面上的顆粒脫離特性受升力及離心力的影響。在工作面上,升力與離心力都有助于脫離,而非工作面上,只有升力大于離心力及粘附力在表面法向第 30 頁(yè) 的合力時(shí)才有可能脫離。用沉積與脫離理論能較全面地分析葉片表面的積灰機(jī)理。3.3.3 估算全壓系數(shù) P查圖 3-1 全壓系數(shù)與出口角關(guān)系曲線(xiàn)得＝0.73 β2A圖 3-1 全壓系數(shù) 與出口角 關(guān)系曲線(xiàn)P2A?3.3.4 估算葉輪外緣圓周速度 2u29081.37/1.51.pumsP????3.3.5 估算葉輪外緣出口直徑 2D26081.37.240un????選擇 ＝2.22m，相應(yīng)地 ＝81.33m/s2D23.3.6 計(jì)算風(fēng)機(jī)流量系數(shù) Q2251.60.1643.48.3u????流量系數(shù) 的選定方法一般有:2/Cr