對旋式軸流通風(fēng)機

1、在兩級的軸流通風(fēng)機中，有一種很好的設(shè)計方案，即將一個葉輪裝在另一個葉輪的后面，而葉輪的轉(zhuǎn)向彼此相反，稱為對旋式軸流通風(fēng)機。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，具有傳動損耗小、壓力高、高效范圍較寬、 效率較高的特點，所以成為我國煤礦井下、鐵路和公路隧道工程中廣泛使用的通風(fēng) 設(shè)備。在設(shè)計中，許多用戶要求所設(shè)計通風(fēng)機不但要滿足長期運行的工況，還要同 時滿足其他轉(zhuǎn)速的其他工況的要求，而這些工況之間流量和壓力差別極大，完全不 能采用?；O(shè)計來實現(xiàn)。這就要求在設(shè)計階段必須知道通風(fēng)機的性能曲線，從而通 過優(yōu)化設(shè)計來兼顧多個工況需要。通風(fēng)機的優(yōu)化設(shè)計和性能預(yù)測，其數(shù)學(xué)模型的建 立對結(jié)果的優(yōu)劣

2、有著至關(guān)重要的影響。目前，有關(guān)通風(fēng)機整機損失數(shù)學(xué)模型的描述 多基于逐一分析流道中可能出現(xiàn)的損失，用簡單的公式來表達流場與損失的關(guān)系， 然后把各項損失進行疊加，以此進行性能的計算。這種方法過于依賴相關(guān)的經(jīng)驗系 數(shù)，而且這些系數(shù)的取值范圍較寬，無法根據(jù)具體的流道形式進行合理的選取，同 時忽略了各項損失間的相互影響和相互作用，因而與實際情況差異較大。本文從工 程實際出發(fā)，考慮流場內(nèi)部的實際流動狀況，建立起一個適合工程實際需要的通風(fēng) 機整機損失模型，以達到較為準(zhǔn)確地預(yù)測通風(fēng)機整體性能并進行優(yōu)化設(shè)計的目的。1 對旋式軸流通風(fēng)機特性計算采用一維特性計算方法計算所給樣機的性能特性，將計算站取在葉片進出口截

3、面的平均半徑處，根據(jù)給定樣機的設(shè)計參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計點損失，計算樣機在 設(shè)計狀態(tài)下各級進出口截面平均半徑上的速度三角形，對于非設(shè)計工況，結(jié)合針對 非設(shè)計點的損失模型，在不同的流量下，沿各葉片排求解連續(xù)方程和歐拉功方程， 得到各級進出口截面平均半徑上速度三角形（圖1和圖2為對旋式軸流風(fēng)機 前、后葉輪速度三角形示意圖）。軸流通風(fēng)機每一級的全壓2為該級出口實際總壓p;與進口實際總壓p;之差，即2 =夕；-冗（對于對旋式軸流通風(fēng)機，i等于1、2） p；為已知條件，夕；可根據(jù)轉(zhuǎn)子出口等炳滯止總壓公式總=冗（1+冷聲轉(zhuǎn)子總壓恢復(fù)系數(shù)關(guān)系式相對總壓與絕對總壓關(guān)系式聯(lián)立求得。以上式中為轉(zhuǎn)子周向速度；為轉(zhuǎn)子扭

4、速在周向的投影；碎為總壓損失系數(shù)；2冗:為進口相 對速度系熟 廳為進口總溫；S，'分別為轉(zhuǎn)子進、出口平均半徑。對于對旋式通風(fēng)機，前面葉輪的出口參數(shù)即為后面葉輪的進口參數(shù)，通風(fēng)機的全壓為兩級葉輪全 壓之和減去通風(fēng)機進口、出口段壓力損失，這部分損失一般可以由試驗測得的經(jīng)驗公式表示.這樣對旋型通風(fēng)機的全壓即可用公式表示為/p = £p：-'p通風(fēng)機的全壓效率為通風(fēng)機的有效功率與其軸功率之比，即pQ1000P:式中。為容積流重；R為通風(fēng)機的軸功率.囹：對旋式軸流風(fēng)機前葉輪速度三角形2對旋式軸流風(fēng)機后葉輪速度三角形2 損失模型利用收集的有關(guān)損失模型的文獻，充分考慮對旋式軸流通風(fēng)

5、機的特點，建立了如下的一套計算設(shè)計點及非設(shè)計點的損失模型的組合。2.1 設(shè)計點損失模型在基準(zhǔn)最小流入角的狀態(tài)下，設(shè)計點損失關(guān)聯(lián)式的具體表達形式如下：03 + (0.4+三)上叢+ 0、I；c Tc(-)* = (66三 + 0 34)(00088+0 一0100* 0,0510 叩 + 0.M 6礦)c c©=2(寫捋 c cos/x cos/?；式中K為進口絕對速度；上為出口絕對速度；。為最大厚度；為稠度；A為進口氣流角；足為出口氣流角.首先計算出中間變量設(shè)計擴散因子IT和設(shè)計動量厚度(目，最終求出設(shè)計損失或*2.2 非設(shè)計點損失模型在非設(shè)計狀態(tài)下特性預(yù)估用到的非設(shè)計損失模型具體表

6、達式為*。式中j為實際攻角L為設(shè)計攻角； w為設(shè)計狀況下氣流轉(zhuǎn)折角；攻為非設(shè)計損失.3 算例及分析3.1計算樣機主要設(shè)計參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)試驗所測樣機為采用彎掠組合正交型三維扭葉片設(shè)計理論設(shè)計的對旋軸流局部通風(fēng)機。主要設(shè)計參數(shù)：工作轉(zhuǎn)諫n = 2930r min設(shè)計全壓p = 4000Pa設(shè)計流量 Q = -4.25m ' min電機功率 P =18 5kv全壓效率T = S6°0比請級噪聲 玦.土 = 6把相級噪聲LA=£8dB進口總溫T=293K進口總壓p = 101325Pa主要結(jié)構(gòu)參歙輪轂直徑S= 0.365m外筒直徑Z）- 0.630m淪轂比v=0.58葉片數(shù)

7、-=16 （第一那，r = B （第二級）3.2計算結(jié)果與試驗結(jié)果對比3.2.1 試驗測試結(jié)果圖3為試驗所測樣機的性能曲線，其中尸為全壓，“為靜壓：門為鼓率"圖3試驗測試祥機性能曲線3. 2.2全壓前測通風(fēng)機除了葉輪以外，還有疑器、整潦墨、整流體和擴散筒等幾部分這些部件對改善風(fēng)機進 氣條件，降任風(fēng)機噪聲，提高風(fēng)機靜壓效率有很大作用，同時由于摩擦阻力和氣體的分離.會滯耗葉 輪產(chǎn)生的一部兮總壓°這部分壓力損失一般認為與流量的平方成正比，即¥= 犬為管道總阻 力系數(shù)，通過試驗測得該系數(shù)為，31喬.通風(fēng)機的全壓實際上等于葉輪所能產(chǎn)生的理論壓力減去葉淪 上壓力損失和通風(fēng)機通

8、道中壓力損失.圖4的3條曲線分別表7F通風(fēng)機/管道壓力損失、試驗測試得到 的通風(fēng)機全壓、葉輪在設(shè)計豪速下計算得到的通風(fēng)機全壓隨流重的變化圖4試驗測J試與計算全壓對比3.2.3 效率預(yù)測通風(fēng)機的全壓效率是反映通風(fēng)機性能的重要指標(biāo)。圖 5為葉輪設(shè)計轉(zhuǎn)速下加 入損失模型計算得到的和試驗測試計算得到的各個工況點的效率的比較。Els試驗測試與計算效率對比3.2.4 結(jié)果分析從圖4看出，在設(shè)計點附近計算全壓和試驗全壓差別比較小，當(dāng)流量偏離設(shè)計 點越多，差距越大，但總的趨勢較為一致；從圖5看出，計算得到的全效率和試驗測試得到的效率整體趨勢接近，在設(shè)計點附近偏差很小，且都接近最大值，偏離設(shè) 計點較遠的工況點，偏差較大。這說明計算可以較好地反映葉輪的能量性能，對所計算樣機的特性預(yù)估在一定范圍內(nèi)有 一定的準(zhǔn)確性，對風(fēng)機的優(yōu)化設(shè)計有一定的參考價值, 同時模型還有待進一步改進, 以達到縮小誤差，擴大工作范圍的目的。4 結(jié)論針對常規(guī)損失模型沒有考慮各種損失之間的偶合性，與實際損失比較有較大差 別，建立了設(shè)計工況、非設(shè)計工況下的損失模型，應(yīng)用于某型對旋式軸流通風(fēng)機樣 機的特性計算中；同時，通過試驗對通風(fēng)機通道中的壓力損失進行估算，對試驗結(jié) 果分析表明，通風(fēng)機通道中壓力損失在總壓計算中不可忽視，在設(shè)計點超過整臺通風(fēng)機損失的百分之十。計算結(jié)果與試驗