对旋式轴流通风机变角度条件下特性匹配的研究

对旋式轴流通风机变角度条件下特性匹配的研究 对旋式轴流通风机变角度条件下特性匹配 的研究 第29卷第4期 2008年4月 煤矿机械 CoalMineMachinery Vo1.29No.4 Apr.2008 对旋式轴流通风机变角度条件下特性匹配的研究 张永建?宋娟娟-郭传江 (山东科技大学机械电子 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院,山东青岛266510) 摘要:采用Realizablek一,湍流模型和压力边界条件对对旋式轴流通风机从集流器到扩散 器出口的内部流场进行了数值模拟.通过改变前后级叶轮叶片的安装角,揭示了其安装角变化对 流量和压头的影响,使得两级叶轮压升更加合理.为提高对旋风机的运行效率和运行安全性提供 了依据. 关键词:对旋式;轴流通风机;特性匹配 中图分类号:TH432.1文献标志码:A文章编号:1003.0794(2008)04.0037.03 StudyofPropertyMatchforCounter——rotatingAxialFlowFan fromDifierentAngle ZHANGYong—jian,SONGJuan—juan,GUOChuan—jiang (CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,ShandongUniversityofScienceandTechnology, Qingdao266510,Chinaj Abstract:Carriesoutnumericalsimulationofthewholeflowfield,itisfromtheinletofthecollectortothe outletofthediffuser.incounter—rotatingaxialflowfanwiththerealizableturbulentmodelandthepressu re boundaryconditions.Itshowstheeffectontheflowrateandpressureenergybychangingtheestablisheda ngles inthetwostages.whichmakesthetwoimpellerspressurerisemorereasonable.Theconclusionprovidest he basisforincreasingthefanoperationalefficiencyandsafN. Keywords:counter—rotating;axialflowfan;propertymatch 0引言 对旋式通风机实际运行状况表明,通风机的前 后两级动叶片的安装角度不匹配,直接影响通风机 两级的压头匹配与两级电机的功率匹配.当两级叶 栅的压头不匹配时,影响通风机的实际运行效率;两 级电机功率不匹配时,将使某级电机负载减小,另一 级电机功率因超载而烧坏.上述状况一方面降低通 风机运行的经济性,另一方面则严重威胁矿井的生 4结语 (1)变频调速装置和差动轮系液黏调速装置均 已达到很高的调速精度,长运距,大运量大功率的带 式输送机应选用两者之一作为软起动装置;而调速 型液力耦合器的调速精度较低,其价格也比其他2 种软起动装置低,推荐在调速精度要求不高的中型 带式输送机上使用; (2)煤矿井下环境恶劣,推荐使用调速型液力耦 合器或CST; (3)单机功率500kW以下的驱动系统,从性价 比角度考虑,优先选用调速型液力耦合器;单机功率 500kW以上的,则要根据输送机的使用环境,选择 变频调速装置或CST. 产安全.本文以DX5.5×2Nv5.0局部通风机为研 究对象(该通风机是基于孤立叶型设计方法设计的, 动叶片采用NACA65—010翼型),通过对设计工况 及改变前后级安装角条件一Vx~旋风机全流场的数值 模拟,从而揭示气流在通风饥内部的真实流动状况 以及两级动叶片的相互匹配关系. 1几何模型和基本参数 将对旋通风机人口至扩散筒出口的全流场作为 带式输送机的软启动要求.在选择输送机的软起动 装置时,要综合考虑输送机本身特征,软起动性能, 使用环境,价格等多方面因素,以便与煤矿实际的技 术管理,日常操作维护,经济承受能力等相适应. 参考文献: [1]宋伟刚.通用带式输送机设计[Mj.北京:机械工业出版社,21306. [2]郑红满,沈永才,苏飞,等.大功率带式输送机软起动系统的探讨 [J].煤矿机械,2005(11):78—8O. [3]王光炳,韩东劲.带式输送机可控软起动装置的研究[J].煤矿运 输,2005(45):14—22. [4]黄力培,张学.变频器应用技术及电动机调速[M].北京:人民邮 电出版社,1998. 作者简介:张东方(1964一),山西大同人,工程师,1987年毕业 于武汉地质学院探矿工程系探矿机械专业,长期从事煤矿机电管理 工作,获得省,市,集团公司科技进步及技术革新奖3O余项. 总之,3种软启动装置各有优缺点,但都能满足 一 37一 收稿日期:2007.10—16 Vo1.29N0.4对旋式轴流通风机变角度条件下特性匹配的研究——张永建,等第29卷第4期 数值计算的求解域.通风机集流器入口直径为620 mill,前级叶片数为8片,后级叶片数为7片.通风 机额定转速均为2920r/rain,叶轮与外壳之间的径 向间隙为1.2rain.设计工况对应的流量为3.5m3/ s,风机全压升为2320Pa,前后两级压升按照等额分 配设计.在上述工况下前后级叶片设计安装角分别 为46.61o和28.65..图1,图2分别为对旋式轴流通 风机流场的三维框图和两级叶轮内的流道图. 图2两级叶轮内的流道图 2控制方程与网格划分 (1)流动的控制方程与数值计算方法 由于该对旋式轴流通风机的全压升和气体流速 都不是很高,因此在计算过程中可以假设气流的密 度和黏度不变,同时忽略热量交换和重力影响.本 文拟采用定常计算方法计算风机的流场,故控制方 程可简化为 连续性方程 V?=0(1) 动量方程 lD dv =vf—VP+V?r(2) 式中——流体的速度矢量; p——气流的密度; . 厂一流体质点受到的体积力; p——流场中某点的压力; r——黏性应力. 采用Realizablek—e两方程湍流模型使上述控 制方程组封闭.计算过程中采用非耦合隐式求解器 求解三维时均雷诺?一s方程,各变量和湍流黏性 参数均采用二阶迎风格式离散. (2)网格划分及边界条件设定 将图1中从风机入口至扩散筒出口的全流场作 为数值计算的求解区域,它与针对单一通流部件或 单个叶片通道进行的数值计算相比,可以准确地给 定边界条件,同时在计算中能够充分考虑各相邻部 件之间的相互影响,也使得模拟结果能够更具有工 程实际应用价值. 采用非结构化四面体单元分块划分网格.在网 格的生成过程中采用由面到体,分区,分批处理的方 法,并对叶片的吸力面和压力面进行了网格加密处 理.最终计算采用的全流场网格的总单元数见表 1. 在计算区域进口(即集流器人口)给定相对全压 (82.32Pa),在计算区域出口(即扩散器出口)给定 相对静压(2199.84Pa).壁面采用无滑移边界条件, 近壁区域采用标准壁面函数法.定义前后两级叶轮 区域为旋转区域,采用多重旋转坐标系定义叶轮旋 转转速.同时分别在前级电机和前级叶轮交界面, 前后级叶轮交界面以及后级叶轮与后级电机交界面 处采用了动一静网格交界面,计算中采用滑移网格 技术实现交界面间的信息传递. 3计算结果分析 (1)性能对比 模拟计算的4种工况如表1所示. 表1计算工况及网格划分 在上述工况中,工况2,3为前级叶片安装角不 变时,后级叶片安装角分别增加305.时风机的运行 情况,此时的风机流量与设计工况下流量相比分别 增加2.66%和6.21%,风机全压升同比增加1.21% 和1.51%,由此可以看出后级叶片安装角的变化主 要影响风机流量.对比前后级叶轮的压升分配可以 看出,设计工况和工况2,3条件下前后两级叶轮功 率分配不合理;设计工况下运行,后级电机容易因过 载而烧坏.工况4为在工况2基本满足流量设计要 求的前提下,前级叶片安装角增大3.,此时流量,全 压升以及两级功率分配都符合设计要求,匹配较好. 通过对对旋风机内部流场的数值模拟,应用商 用CFD软件强大的后处理功能,可以得到所关心的 物理量的分布云图. (2)压力分析 一 38— 第29卷第4期对旋式轴流通风机变角度条件下特性匹配的研究——张永建,等Vo1.29No.4 图3为工况4条件下时前后两级叶轮进出口处 静压分布,图4为4个工况条件下前后两级叶片压 力面的静压分布,图中颜色由深到浅的变化代表着 压力由高到低的变化.由图3可以看出,工况4条 件下,无论是前后级叶轮的进口处还是出口处静压 分布均较为合理,可以有效避免回流和二次流,从而 提高风机效率,降低噪声. 0 糜(c)工况3(d)工况4 图4前,后级叶片压力面静压分布图 由图4可以看出,工况4条件下前级叶片叶顶 前缘没有出现负压区,由此可以有效控制叶顶间隙 流的进一步发展.同时可以看到,工况4条件下前 后级叶片压力面静压分布比较均匀,说明该设计基 本符合等环量设计的要求,不易在叶片通道内产生 二次流损失. 4结语 (1)采用商用CFD软件对对旋式轴流通风机从 集流器到扩散器出口的内部流场进行了数值模拟, 得到了叶片静压力的分布图,其结果较为合理,能够 反映全流场内气流的真实流动. (2)前级叶片安装角不变,改变后级叶片安装 角,可以起到改变通风机流量的作用.后级叶片安 装角不变,改变前级安装角,可以起到改变通风机风 压的作用.合理匹配两级叶轮叶片安装角,可使得 前后两级叶轮压升分配合理,有利于提高通风机的 效率,并避免某级电机因过载而烧坏. (3)采用数值模拟方法进行对旋式通风机两级 叶片性能匹配关系的研究,其结果可为对旋式通风 机变角度下的性能试验提供指导,避免试验设计的 盲目性;因此本文提出方法可以大幅度地降低在通 风机性能试验方面所花费的人力与物力. 参考文献: [1]李庆宜.通风机[M].北京:机械工业出版社,1981. [2]王福军.计算流体动力学分析一cFD软件原理与应用[M].北京: 清华大学出版社,2005. [3]刘拥军,张元银.对旋式通风机叶片安装角的变化对气动性能的 影响fJ].矿,l安全与环保,2000,27(5):47—48. 作者简介:张永建(1954一),山东临清人,1982年毕业于原山东 矿业学院矿业机械专业,现为山东科技大学教授,硕士生导师,长期 从事通风机安全与节能技术的研究,尤其专于通风机新型叶栅的研 制和解决通风机喘振问题的研究,曾多次承担省部级研究项目,并多 次获得省部级奖励,2000年l2月被国家煤炭工业局授予”煤炭系统 专业技术拔尖人才”荣誉称号,电话:0532—86057175. 收稿日期:2007—11.22 0,s,,,, 多绳摩擦式提升机更换主绳有新法 兖州矿业(集团)公司兴隆庄煤矿充分利用多绳摩擦式提升机的特点,实行旧绳带新绳和新 绳替旧绳的更换工艺,仅用35 人更换提升机的6条主绳,为生产赢得了时间. 其施工程序如下:将井壁侧的A箕斗停在井口适宜位置闭锁.用乙炔枪将3旧绳在桃形环处 割断,把3绳调绳器用棕 绳绑到2绳调绳器上并撤除拉紧的5t葫芦.提升机与122kW绞车以0.7m/s速度同时开动, 撤除第1段旧绳,B箕斗到达 井口工作平台时停止运行.在A箕斗侧井口平台处把新绳头与3旧绳用3副U形卡子卡紧, 割断3旧绳.在井口平台B箕 斗调绳器上方的4旧绳上也悬挂一个5t葫芦,释放3调绳器油压并使该调绳器行程为最大值后,将222kW绞车的钢丝绳 引绳与3旧绳用U形卡连接,在桃形环处割断该绳与B箕斗的连接.提升机以0.5m/s的速度向上运行,222kW绞车滞后 于提升机运行速度略有曲绳跟随.在新旧绳头进出主导轮和导向轮时,提升机速度减至0.2m/s.新旧绳头由A箕斗侧绕过 主导轮,导向轮到达B箕斗侧井口平台后,拆除新旧绳头的卡子,并将新绳头锁于井口.这既是拆除第2段旧绳,也是旧绳带 新绳,新绳替旧绳的新旧绳换位过程.机房挂有横担的15/3t行车垂直于3新绳上方,其两端的钢丝绳,绳头与主导轮两侧 下端的3新绳各用一副U形卡子卡紧,行车向上提拉,新绳跟随上升至脱离3绳槽0.5m处,横担中间的挂钩使新绳紧贴于 横担.提升机以1.21.5m/s速度下行返回.当B箕斗停于井口平台后,将新绳一端与调绳器上方的桃形环连接.机房的3 t行车下放,将新绳放入绳槽并拆除U形卡子.按此程序换上全部新绳.李剑峰供稿 一 39—