【導讀】世界各主要產(chǎn)煤國對礦井通風機需求逐年增加。原蘇聯(lián)主要產(chǎn)品Bц15. ,效率84%～86%,軸流式通風機直徑達～4m,效率80%。運行效率優(yōu)于離心式通風機。其葉輪最大直徑達,最大功率7600kW,最高轉速3600r/min,動葉單獨可調。近70年來,通風機在采礦工程中的應用。從1922年J²R²羅賓遜所寫的“實用礦井通風”技術手冊。時起,預示通風的控制由自然方式進入了機械方式。而此時所使用的大型、機。械驅動的風機就是離心式的。當時的離心式風機運行速度低,大約300r/min,而且大部分是由蒸汽機驅動。20年代末至30年代初,礦井規(guī)模的擴大,要求增。由電機驅動的高速軸流式風機應運而。它體積小且安裝費用低,在礦井通風的應用中占了統(tǒng)治地位。塌落區(qū)的空氣阻力系數(shù)明顯高于開闊的風道,所以礦井主風扇。還必須提高其壓力以滿足通風的需要。遍存在葉片及軸承的故障。在通風設備的選擇設計時,對其可靠性必須予以足夠的重視。率可達75%以上,但氣動噪聲大。廠家提供的通風機最大靜壓效率可達86%,現(xiàn)場實

　　

【正文】 8 ( ) 0 .4 8 8 ( ) 0 .5 1 77 0 .5sn? ? ? ? ? 大量高效率離心通風機地統(tǒng)計數(shù)字表明，大部分情況下 39。11 0 1mcc??? 39。1mc —— 葉片入口前氣流的子午速度 /ms 0c —— 葉輪入口處 氣流軸向速度 /ms 可見，為減小葉道內的損失，氣流應該減速 選擇徑向進氣 39。39。1 1 1 1 19 0 , ,rrc c c c? ? ? ? ? 選擇葉片入口前進氣速度 39。1c （ 1） 進口加速系數(shù)設計 準則 進口加速系數(shù)ε , 就是葉輪進口軸 向面積與周向面積之比 , 即2111 1 14 4D DD b b?? ???這里 ,D1 和 b1 分別為葉輪進口直徑和寬度。ε為氣流由軸向流動向徑向流動轉折時加速 (ε≥ 1)或是減速 (ε≤ 1)的程度。 Eck 提出的設計準則是ε≥ 1,認為進口流動加速能減少流動分離。 919 和 641 通風機研制時采用ε =～ ,因為葉輪進口流速低 ,對葉輪效率和噪聲有利 ,而進口減速帶來的擴壓分離由于葉輪的旋轉會減弱 ,但不能把進口加速系數(shù)取得更小。數(shù)值模擬優(yōu)化和實測結果表明 ,進口加速系數(shù)如果取得 更小 ,結果會更好。為此 ,將此準則改為ε ? ,這樣在葉輪通道中的相對流速會更小 ,更有利于降低流動損失和噪聲。 （ 2） 由 表 33 葉輪進口速度范圍選擇 0c ＝ 18m/s， 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 30 頁 表 33 葉輪進口速度范圍 風機類型 0( / )c m s 低壓風機 10～ 14 低中壓風機 12～ 19 中高壓風機 15～ 30 大型高壓風機 30～ 50 由于風機的 Q ＝ ， 1?? ，選擇 39。 18 9 /c c m s? ? ? ? 葉輪入口直徑 0D 20 04 4 5 1 . 6 60 1 . 9 23 . 1 4 1 8QD d mc? ?? ? ? ? ?? 選擇 C 式懸臂支撐皮帶輪在軸承外測的葉輪，軸徑 d=0 葉片進口直徑 1D 取 D m?? 葉片入口圓周速度 1u 11 3 .1 4 1 .9 2 7 0 0 7 0 .3 3 6 /6 0 6 0Dnu m s? ??? ? ? 計算葉片入口前氣流角 39。1? 39。39。 11 1tan cu? ? 確定葉片入口角 1A? 葉片安裝角 1A? 隨葉輪形式不同而有所區(qū)別。試驗表明 。最高效率點不一定 完全發(fā)生在無沖擊入口時，故選擇葉片入口角 1A? 時，應稍有較小的沖 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 31 頁 角。對于后向葉輪由于葉道內流動損失較小，因此 1A? 的選擇應使葉片進口沖擊損失為最小。 39。 11 1rcarctg u? ?，而葉片進口安裝角 11A i????。一般取(0 ~ 8 )i?? ? 。一般 1 15 ~ 35A? ?? 對于前向葉輪由于其 葉道內流動分離損失較大，過小的進口安裝角將導致葉片彎曲度過大，分離損失增加。試驗表明：較大的進口安裝角雖使進口沖擊損失有所增加但葉道流動分離損失降低，兩相比較，效率反而有所提高 。 與 后 向 葉 輪 比 較 其 效 率 仍 然 較 低 。 一 般 1 40 ~ 60A? ??，當2 (155 ~ 160 )A? ??時，可取 1 60A? ??，甚至可取 1 90A? ??。 1 2121c o s ( c o s ) 3 5AARR???? ? ? 葉片入口寬度 1b 1 39。11 5 1 . 6 6 0 . 9 5 63 . 1 4 1 . 9 2 9rQbmDc?? ? ??? 選葉片數(shù)目 Z 212sin si n 11 AZ DD? ?? ? ? ??? 片 葉片數(shù)太少，一般會使葉道擴張角過大，容易引起氣流邊界層 分離，效率降低 。葉片數(shù)增多，能減少葉輪出口氣流的偏斜程度，提高壓力。但過多的葉片數(shù)會增加沿程摩擦損失和葉道進口的阻塞，也會使效率降低。 一般葉片出口安裝角較大的葉輪，其葉道長度較短就容易引起當量擴張角過大，此時采用較多葉片數(shù)，反之葉片出口安裝角較小的葉輪，其葉道較長，葉道當量擴張角較小，此時可選取較少葉片數(shù)。一般說來， 12/DD越小葉片數(shù) Z 取得少些以免進口處葉片過于稠密， 12/DD較大時葉片數(shù) Z 可適當多些。 對后向葉輪， 取 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 32 頁 8~12Z? 機翼形及弧形葉片 j 12~16Z ? 直線形葉片 對前向葉輪，取 12~36Z ? 葉片入口阻塞系數(shù) 1? 11 11 8 0 . 0 0 31 1 0 . 9 9 3s in 3 . 1 4 1 . 9 2 s in 3 5AZD ?? ?? ?? ? ? ? ?? ? ? 其中選用 3mm 優(yōu)質薄板葉片（ 1 ? ? ） 氣流進入葉片后的徑向分速度 1rc 和氣流角 i 39。111 1 9 .0 6 /r cc c m s?? ? ? 選擇葉片出口徑向分速度 39。2rc 選擇近似雙曲線規(guī)律的圓弧前蓋，故選用 39。39。219/rrc c m s?? 葉片出口寬度 2b 112 2 0 .9 5 6 1 .9 2 0 .8 2 32 .2 2bDbmD ?? ? ? 22/ ? 39。22/ ? 葉片出口阻塞系數(shù) 2? 22 22 8 0 . 0 0 31 1 0 . 9 9 5s in 3 . 1 4 2 . 2 2 s in 4 5AZD ?? ?? ?? ? ? ? ?? ? ? 葉片出口前徑向分速 度 2rc 39。22 2 9 9 .0 4 /0 .9 9 5rr cc m s?? ? ? 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 33 頁 無限葉片數(shù)氣流出口圓周速度 2uc? 2 2 2 2c ot 81. 37 4 c ot 45 72. 3 /u r Ac u c m s?? ? ? ? ? ? ? ? 估算壓力減小系數(shù) K 22 21211 1. 5 1. 1 / 90 1. 5 1. 1 45 / 9011[ 1 ( / ) ] 8 [ 1 ( ) ]AKZ D D?? ? ?? ? ???? ?? 無限葉片數(shù)氣流出口圓周速度 2uc 22 0 .4 9 6 7 2 .3 3 5 .8 6 /uuc Kc m s?? ? ? ? 校核全壓系數(shù) 39。P 39。 227 2 . 32 2 0 . 8 6 0 . 4 9 6 0 . 7 5 88 1 . 3 7uh cPK u? ?? ? ? ? ? ? 其中 ， 流動 效率 ? ? 說明本風機原選用之 ? 有一定余量，其誤差為 0 .7 5 8 0 .7 33 .8 3 %0 .7 3? ? 葉 輪出口前氣流速度 及角度 2 2 2 22 2 2 3 5 .8 6 9 .0 4 3 6 .9 8 /urc c c m s? ? ? ? ? 2 2 2 22 2 2 2( ) ( 8 1 .3 7 3 5 .8 6 ) 9 .0 4 4 6 .4 /urw u c c m s? ? ? ? ? ? ? 絕對速度角 22 2 9 .0 4 1 4 .23 5 .8 6ruca tc tg a r c tgc? ? ? ? ? 葉輪出口后氣流速度及角度 39。 2 39。 2 2 22 2 2 3 5 .8 6 9 3 6 .9 7 /urc c c m s? ? ? ? ? 39。 2 39。 2 2 22 2 2 2( ) ( 8 1 .3 7 3 3 .4 3 ) 9 4 6 .4 /urw u c c m s? ? ? ? ? ? ? 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 34 頁 絕對速度角 39。39。 22 2 9 1 4 .13 5 .8 6ruca tc tg a r c tgc? ? ? ? ? 校核 12/ww （ 1） 221 1 1 7 1 /rw c u m s? ? ? 12 71/ 1 .5 34 6 .4ww ?? （ 2） 葉輪出口和進口的速度比設計準則 葉輪通道內的相對流動是擴壓的 ,其擴壓程度可用葉輪出口和進口的速度比來度量 ,即 21R?? ?? 。它也是影響流動效率的一個重要參數(shù)。 Eck 建議關于 R? 的設計準則是 ~ ? ? ,認為 R? 太小 ,會增大流動分離。 919 和 641通風機研制時采用 ? ? ,認為葉輪高速旋轉可減少分離。通過數(shù)值模擬優(yōu)化和實測結果發(fā)現(xiàn) ,這個值如能取得更小 ,效果會更好。設計時采用了 ? ? ,這樣使得葉輪通道內相對流速更小 ,損失和湍流噪聲也會隨之減小 ,有利于設計出高效低噪的離心通風機。 確定葉片 弦長 用平板葉片畫法 弦長 圖 32 葉輪上葉片及其弦長 選擇蝸殼寬度 B 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 35 頁 2 7 0 . 5 3[ ( 0 ~ 0 . 0 6 ) ] [ ( 0 ~ 0 . 0 6 ) ] 2 . 2 2 1 . 3 9 ~ 1 . 5 31 1 2 . 5 1 1 2 . 5snB D m? ? ? ? ? ? 取 ? 采用平均速度 mc 計算蝸殼型線 2( 0 .6 5 ~ 0 .7 5 ) ( 0 .6 5 ~ 0 .7 5 ) 3 3 .4 3 2 1 .7 3 ~ 2 5 .0 7 /muc c m s? ? ? ? 取 24 /mc m s? 確定蝸殼張開度 A 5 1 .6 6 1 .5 41 .4 2 4mQAmBc? ? ?? 確定蝸殼繪制半徑 按平均速度法，小正方基元作蝸殼型線 22220. 25 0. 38 472. 45 6852. 07 2831. 68 7811. 30 38abcda A mR r A mR r A mR r A mR r A m??? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? 蝸殼出口長度 C 取 1 .4CBABF C B CF A B A?? ? ?? ，其中 abF 是螺線終了截面積， cbF 機殼出口截面積， 故 1. 4 2. 15 3C A m?? 蝸殼出口速度 c 5 1 .6 6 1 7 .2 3 /2 .1 5 3 1 .4c Qc m sCB? ? ?? 蝸舌間隙 t 和蝸舌頂端圓半徑 r 由作圖時再確定。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 第 36 頁 風機軸功率及選擇電機功率 風機效率取 472 同，為 ?? ，則風機軸功率為 2 9 0 0 5 1 .6 6 / 9 .81 6 8 .41 0 2 1 0 2 0 .8 9i iPQN k W? ?? ? ??