矿用对旋风机运行前期性能优化及小流量工况流场研究

发布时间：2020-06-12 00:07

【摘要】：对旋轴流风机具有结构紧凑和效率较高等优点,广泛应用于大型煤矿通风系统。在煤矿生产应用中,风机选型设计时通常考虑矿井开采中后期对通风能力的要求,因此风机在矿井生产前期时能量富余较多,风机提供的通风能力和实际需求不匹配,需要进行性能调节,并且在生产前期,对风机调节不当易造成风机在其小流量工况下运行,存在效率不高和安全隐患等问题。本文在充分调研的基础上,从轴流风机基本理论出发,以确保矿井合理通风、提升对旋轴流通风机运行可靠性和效率为目标,基于实验测量数据,研究了矿井生产前期时对旋轴流风机不同调节方式对风机性能参数的影响规律,通过数值模拟方法对小流量工况下风机流场进行了研究,以指导矿用对旋轴流风机的性能调节。研究表明,改变叶片安装角度、单级运行、减少叶片数量是对旋轴流风机在煤矿生产前期常用的调节方式。调节叶片安装角度可以较好地改变风机性能,在设计安装角附近最高效率可达到81.66%;风机在小角度状态下运行时,流量和效率均下降明显,叶片安装角βa=25?/20?时,最高效率为62.87%,且风压仍偏高,可辅以节流调节,但会降低风机运行效率;采用风机单级运行并且减小叶片安装角的方式进行调节时,压力下降2/3左右,效率约60%,由于功率减半,经济性基本得到保障,可应用于矿井生产前期的运行工况调节;调节风机叶片数量时,当风机叶片数量减半并且减小叶片安装角时,其流量和压力均降低明显,比较符合矿井生产前期的运行要求,效率下降不明显,βa=37?/32?时,最高效率仍可达到77.57%,综合性能较优越。风机在小流量工况下运行时,叶片压力面上压力整体变大,压力较高处向叶片顶部移动,使叶片顶部受到的气流冲击逐渐变大;吸力面上的气流分离逐渐加重且气流攻角发生变化;压力场压力梯度增多,叶轮叶顶部位叶片两侧的压差不断变大,叶顶间隙处泄露加剧。因此,在矿井开采前期,仅靠调节叶片安装角度的方法无法实现经济合理通风,为较好地满足前期巷道内对流量和风压要求较低的工况,需辅以减少叶片数量或风机单级运行的调节方法。风机在其小流量工况下运行时性能下降明显,如流量过小风机会进入非稳定工作区,危害性较大,应及时对风机进行按需调节,避免风机处于小流量工况下运行。
【图文】：

对旋轴流风机,基本结构

2 Literature Review2.1 轴流风机基本理论概述(The Basic Theory Overview of AxiaFlow Ventilator)对旋轴流风机主要由集流器、一级风机、二级风机、扩散器等部分组成，其工作过程为：两级叶轮旋转后，气流沿着集流器入口进入风机风筒，在风机内部沿光滑流道平滑流动，一级叶轮对气体做功使得气体产生轴向速度和切向旋绕速度，二级反向旋转叶轮对气体做功消除了一级叶轮产生的切向旋绕速度后使得轴向速度继续增加，当高速气流流经设计良好的扩散器后，轴向速度开始下降到一个较小的数值，可以减小风机的动压损失[11,12]。对旋轴流风机作为矿井通风的主要设备，与普通轴流风机相比具有结构紧凑噪声低、风压高、流量大、效率高等特点，可以适应不同的通风要求。在矿井开采前期进行短距离通风时，可以使风机在小角度、单级运行或减少叶片数量等方式下运行，开采后期长距离通风可使用两级对旋满负荷运行，尽可能在保证通风要求的情况下减少能耗，节约能源[13]。对旋风机的基本结构如图 2-1 所示。

叶片,作用力,气流,压力面

图 2-2 气流对叶片作用力Figure 2-2 The force of airflow on bladeor 固定在一起，oa 与 or 垂直，当轴 oa 旋转时，带动平面内转动。转轴的旋转使得叶片与空气之间产生了气流引起且作用在质心上的作用力。若用R 表示该一个是沿叶片切向的回转阻力uR ，，一个是沿叶片轴向aR 从叶片的压力面指向叶片的吸力面[15]。根据力的相用力的合力和轴向引力由吸力面指向压力面。所以在面流向压力面（翼型凹面为压力面，凸面为吸力面何外部损失的情况下，叶片把单位时间内获得原动机当气体获得的能量可以完全克服外界流体阻力时，它叶片，这时叶片气流入口位置处压力值降低，叶片前空气由叶片前的高压区流向叶片的低压区，当这部分时，便从叶片流道流到大气中。只要叶片持续获得送空气。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD441

【参考文献】