掘进工作面对旋通风机运行特性研究

发布时间：2017-08-02 16:33

  本文关键词：掘进工作面对旋通风机运行特性研究

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【摘要】：我国蕴藏着丰富的煤炭资源,是世界上的产煤大国之一,随着科技的不断发展与提高,煤矿开采深度及开采量也逐渐增加,随之而来的安全问题也越来越多。瓦斯事故作为五大自然灾害之首,同时也是掘进工作面的主要事故源。瓦斯事故造成了重大人员伤亡与经济损失,社会负面影响很大。通风机作为掘进工作面的通风动力设备,其安全高效运行是矿井工作人员生命安全的重要保障。因此,研究掘进工作面通风机的性能,对提高风机可靠性和减少事故发生具有重要的意义。在查阅大量文献的基础上,根据掘进工作面不同需求及现有通风机的使用情况,对局部通风机的特点及类型进行了对比分析。在满足通风机性能与管网系统匹配的情况下,研究了工况调节的不同方案。搭建对旋式风机性能测试系统,并进行相关数据的采集与处理,应用广义最小二乘法拟合出通风机的各种性能曲线。以对旋式通风机的基本性能参数和特性曲线图为依据,测试对比不同运行方案下通风机的性能,得出单双级叶轮切换运行供风方案是不可行的,而采用变频调速方式可以达到较为理想的节能效果的结论。此外,通过采集对旋式风机系统的振动与噪声数据,分析引起该现象的原因及相关改善措施。本文以试验用FBD No8.0/2×55kW型对旋式通风机作为研究对象,通过Pro/E三维建模软件建立了对旋式通风机的集流器、叶轮、扩散器、风筒等关键零部件的实体模型及整机三维模型。结合有限元方法对对旋式通风机叶轮进行静力学强度计算和模态仿真研究,分析了通风机叶轮结构特点及其存在的问题。运用计算流体动力学方法对NACA和LS翼型叶片进行气动性能分析,通过对比不同翼型升阻比和攻角的特性曲线得出NACA翼型更具有优越性的结论。为了探究NACA4415翼型对通风机的影响,利用ABAQUS软件建立NACA4415翼型叶片模型,并对模型进行流固耦合及模态分析,仿真结果表明该叶片翼型较LS翼型对对旋式通风机起到了优化作用。在此研究基础上,为提高通风机的节能效益,改善电动机的散热较差、维护不便等问题,提出了基于NACA翼型叶片的单驱动对旋通风机传动原理。总体而言,本文就掘进工作面对旋式通风机性能进行了较为深入的理论、仿真与试验研究。针对调节对旋式通风机性能的不同运行方案,进行了试验验证,得到了基于本装置系统的测试数据与结论,为对旋式通风机的进一步深入研究提供了理论依据和技术支撑。
【关键词】：掘进工作面 对旋式通风机 性能匹配 计算流体动力学 节能
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD441
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 掘进工作面通风系统研究现状11-13
• 1.3 对旋式通风机研究现状13-15
• 1.3.1 国外对旋式通风机的研究概况13-14
• 1.3.2 国内对旋式通风机的研究概况14-15
• 1.4 课题研究目的及意义15-16
• 1.5 本文研究的主要内容16-18
• 第二章 掘进工作面通风系统的匹配研究18-28
• 2.1 局部通风机的特点与分类18-21
• 2.1.1 轴流式局部通风机18-20
• 2.1.2 离心式局部通风机20-21
• 2.2 管网特性研究21-22
• 2.3 通风机与管网系统的匹配22-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第三章 掘进工作面对旋通风机试验研究28-44
• 3.1 试验目的与意义28
• 3.2 试验方案的确定与平台搭建28-34
• 3.2.1 试验装置的布局28-30
• 3.2.2 仪器的安装30-34
• 3.3 数据的采集与处理34-35
• 3.4 试验结果与分析35-43
• 3.4.1 标准状态下对旋风机的测试结果35-38
• 3.4.2 单双级叶轮切换运行效果38-39
• 3.4.3 变频调速运行效果39-41
• 3.4.4 噪声与振动测试结果41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 对旋通风机实体建模与仿真研究44-56
• 4.1 对旋式通风机模型的构建44-48
• 4.1.1 主要零部件几何模型的建立44-47
• 4.1.2 整机模型的构建47-48
• 4.2 对旋式通风机叶轮的模态分析48-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 对旋通风机的特性研究56-76
• 5.1 不同翼型的气动性能对比56-65
• 5.2 NACA翼型叶片的三维建模与分析65-73
• 5.3 单驱动对旋通风机传动原理的设计73-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 结论与展望76-78
• 6.1 结论76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 攻读学位期间发表的学术论文84

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本文编号：610230