【導(dǎo)讀】世界各主要產(chǎn)煤國對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)需求逐年增加。原蘇聯(lián)主要產(chǎn)品Bц15. ,效率84%～86%,軸流式通風(fēng)機(jī)直徑達(dá)～4m,效率80%。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),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,通風(fēng)機(jī)在采礦工程中的應(yīng)用。從1922年J²R²羅賓遜所寫的“實(shí)用礦井通風(fēng)”技術(shù)手冊。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。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速軸流式風(fēng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而。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。塌落區(qū)的空氣阻力系數(shù)明顯高于開闊的風(fēng)道,所以礦井主風(fēng)扇。還必須提高其壓力以滿足通風(fēng)的需要。遍存在葉片及軸承的故障。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。率可達(dá)75%以上,但氣動(dòng)噪聲大。廠家提供的通風(fēng)機(jī)最大靜壓效率可達(dá)86%,現(xiàn)場實(shí)

　　

【正文】 8 ( ) 0 .4 8 8 ( ) 0 .5 1 77 0 .5sn? ? ? ? ? 大量高效率離心通風(fēng)機(jī)地統(tǒng)計(jì)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(nèi)的損失，氣流應(yīng)該減速 選擇徑向進(jìn)氣 39。39。1 1 1 1 19 0 , ,rrc c c c? ? ? ? ? 選擇葉片入口前進(jìn)氣速度 39。1c （ 1） 進(jìn)口加速系數(shù)設(shè)計(jì) 準(zhǔn)則 進(jìn)口加速系數(shù)ε , 就是葉輪進(jìn)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(jìn)口直徑和寬度。ε為氣流由軸向流動(dòng)向徑向流動(dòng)轉(zhuǎn)折時(shí)加速 (ε≥ 1)或是減速 (ε≤ 1)的程度。 Eck 提出的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是ε≥ 1,認(rèn)為進(jìn)口流動(dòng)加速能減少流動(dòng)分離。 919 和 641 通風(fēng)機(jī)研制時(shí)采用ε =～ ,因?yàn)槿~輪進(jìn)口流速低 ,對(duì)葉輪效率和噪聲有利 ,而進(jìn)口減速帶來的擴(kuò)壓分離由于葉輪的旋轉(zhuǎn)會(huì)減弱 ,但不能把進(jìn)口加速系數(shù)取得更小。數(shù)值模擬優(yōu)化和實(shí)測結(jié)果表明 ,進(jìn)口加速系數(shù)如果取得 更小 ,結(jié)果會(huì)更好。為此 ,將此準(zhǔn)則改為ε ? ,這樣在葉輪通道中的相對(duì)流速會(huì)更小 ,更有利于降低流動(dòng)損失和噪聲。 （ 2） 由 表 33 葉輪進(jìn)口速度范圍選擇 0c ＝ 18m/s， 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 30 頁 表 33 葉輪進(jìn)口速度范圍 風(fēng)機(jī)類型 0( / )c m s 低壓風(fēng)機(jī) 10～ 14 低中壓風(fēng)機(jī) 12～ 19 中高壓風(fēng)機(jī) 15～ 30 大型高壓風(fēng)機(jī) 30～ 50 由于風(fēng)機(jī)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(jìn)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(jì)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(yàn)表明 。最高效率點(diǎn)不一定 完全發(fā)生在無沖擊入口時(shí)，故選擇葉片入口角 1A? 時(shí)，應(yīng)稍有較小的沖 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 31 頁 角。對(duì)于后向葉輪由于葉道內(nèi)流動(dòng)損失較小，因此 1A? 的選擇應(yīng)使葉片進(jìn)口沖擊損失為最小。 39。 11 1rcarctg u? ?，而葉片進(jìn)口安裝角 11A i????。一般取(0 ~ 8 )i?? ? 。一般 1 15 ~ 35A? ?? 對(duì)于前向葉輪由于其 葉道內(nèi)流動(dòng)分離損失較大，過小的進(jìn)口安裝角將導(dǎo)致葉片彎曲度過大，分離損失增加。試驗(yàn)表明：較大的進(jìn)口安裝角雖使進(jìn)口沖擊損失有所增加但葉道流動(dòng)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(dāng)2 (155 ~ 160 )A? ??時(shí)，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(huì)使葉道擴(kuò)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(huì)增加沿程摩擦損失和葉道進(jìn)口的阻塞，也會(huì)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(dāng)量擴(kuò)張角過大，此時(shí)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(dāng)量擴(kuò)張角較小，此時(shí)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(jìn)口處葉片過于稠密， 12/DD較大時(shí)葉片數(shù) Z 可適當(dāng)多些。 對(duì)后向葉輪， 取 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 32 頁 8~12Z? 機(jī)翼形及弧形葉片 j 12~16Z ? 直線形葉片 對(duì)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(zhì)薄板葉片（ 1 ? ? ） 氣流進(jìn)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(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(dòng) 效率 ? ? 說明本風(fēng)機(jī)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(duì)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(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 34 頁 絕對(duì)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(jìn)口的速度比設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 葉輪通道內(nèi)的相對(duì)流動(dòng)是擴(kuò)壓的 ,其擴(kuò)壓程度可用葉輪出口和進(jìn)口的速度比來度量 ,即 21R?? ?? 。它也是影響流動(dòng)效率的一個(gè)重要參數(shù)。 Eck 建議關(guān)于 R? 的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是 ~ ? ? ,認(rèn)為 R? 太小 ,會(huì)增大流動(dòng)分離。 919 和 641通風(fēng)機(jī)研制時(shí)采用 ? ? ,認(rèn)為葉輪高速旋轉(zhuǎn)可減少分離。通過數(shù)值模擬優(yōu)化和實(shí)測結(jié)果發(fā)現(xiàn) ,這個(gè)值如能取得更小 ,效果會(huì)更好。設(shè)計(jì)時(shí)采用了 ? ? ,這樣使得葉輪通道內(nèi)相對(duì)流速更小 ,損失和湍流噪聲也會(huì)隨之減小 ,有利于設(shè)計(jì)出高效低噪的離心通風(fēng)機(jī)。 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(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(jì)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(jī)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(shí)再確定。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 36 頁 風(fēng)機(jī)軸功率及選擇電機(jī)功率 風(fēng)機(jī)效率取 472 同，為 ?? ，則風(fēng)機(jī)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? ?? ? ??