錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)流場的實(shí)驗(yàn)研究

1、Word文檔 錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)流場的實(shí)驗(yàn)研究 隨著我國煤礦的進(jìn)展、機(jī)械化程度的提高，瓦斯粉塵的危害也在加劇，而在礦井的綜掘過程中粉塵的危害尤為突出。資料表明，在實(shí)際綜掘中粉塵的濃度在作業(yè)面都高達(dá)1000mg/m3以上，即便實(shí)行了肯定措施，距國家規(guī)定的允許濃度仍相差甚遠(yuǎn)。目前常用的壓入式通風(fēng)方法，不僅造成工作面的塵害，而且污染波及全部的回風(fēng)巷道。雖然目前常用的濕式除塵風(fēng)機(jī)治理塵害的措施對全塵起著主要作用，但對風(fēng)流中的呼吸性粉塵降塵率較差，除耗費(fèi)大量的水資源外，在實(shí)施中也惡化了工作面的環(huán)境。為轉(zhuǎn)變治理粉塵現(xiàn)狀，我們研制了錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)并提出了錐形風(fēng)幕流場理論及應(yīng)用。專業(yè)人員熟知，煤礦中呼吸性粉塵危害程度

2、最為嚴(yán)峻，治理難度較大。我們研制的錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)就是利用其合理的風(fēng)流流場錐形風(fēng)幕流場，不僅能夠掌握全塵，而且完全可以掌握住危害最嚴(yán)峻的呼吸性粉塵。該風(fēng)機(jī)在獲國家專利的基礎(chǔ)上，由遼寧工程技術(shù)高校、礦用局部通風(fēng)機(jī)廠家及礦務(wù)局聯(lián)合研制了樣機(jī)，經(jīng)初步討論測定，達(dá)到了預(yù)期效果，并通過遼寧省訓(xùn)練廳鑒定。該樣機(jī)采納軸流式葉片，設(shè)計(jì)功率為10.5kW，設(shè)計(jì)壓力為15002021Pa，設(shè)計(jì)流量為150300m3/min，動(dòng)輪直徑為0.5m。 1風(fēng)幕風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及其工作原理 如圖1所示，錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)不同于一般風(fēng)機(jī)，其輪轂9上安裝了2組葉片3和5，中間用連接環(huán)4連接，2組葉片安裝角度方向相反，分別位于內(nèi)腔12和外腔2。

3、為使內(nèi)外腔風(fēng)流單獨(dú)，2腔之間僅有一剛剛允許內(nèi)外動(dòng)輪連接環(huán)4通過的環(huán)形空隙相通。內(nèi)腔葉片5產(chǎn)生負(fù)壓江流，外腔葉片3產(chǎn)生正壓射流。為使射流對污染源形成隔絕作用，內(nèi)外腔向外與軸線成一角度延長擴(kuò)張形成環(huán)形喇叭口，射流通過環(huán)形喇叭口后形成環(huán)形湍流射流。如圖1，外腔正壓形湍流射流在內(nèi)腔負(fù)壓匯流作用下漸漸衰減，最終方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)，流向風(fēng)機(jī)內(nèi)腔，整個(gè)流場形成一狀似錐形風(fēng)幕的軸對稱射流匯疊加流，錐形風(fēng)幕將污染源15封閉隔絕在其中，洗刷污染源的載毒載塵風(fēng)流經(jīng)風(fēng)機(jī)內(nèi)腔12、除塵器6及濾毒裝置7后排入排風(fēng)管道13。 1外腔出風(fēng)口導(dǎo)葉；2風(fēng)機(jī)外腔；3外動(dòng)輪葉片；4內(nèi)外動(dòng)輪連接環(huán)；5內(nèi)動(dòng)輪葉片；6除塵器；7濾毒裝置；8內(nèi)腔

4、入風(fēng)口導(dǎo)葉；9輪轂；10外腔入風(fēng)口導(dǎo)葉；11電機(jī)；12風(fēng)機(jī)內(nèi)腔；13排風(fēng)管道；14流線；15污染源 圖1 錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)及其流場 2錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)的流場測試 2.1錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)流場的測試布置 模擬其在井下實(shí)際巷道中的工作狀態(tài)，錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)的測試布置如圖2所示。為調(diào)試便利，測試在地面進(jìn)行。按1：1比例在地面搭建模擬巷道，模擬巷道尺寸：30m4m4m，風(fēng)機(jī)軸線與巷道軸線重合布置。風(fēng)機(jī)距工作面約6m，其間用坐標(biāo)格掌握，坐標(biāo)方格的長度等于風(fēng)機(jī)動(dòng)輪直徑，為0.5m，在錐形風(fēng)幕流場區(qū)設(shè)置約25個(gè)演示點(diǎn)，將長度為2.0m的竹竿垂直插入演示點(diǎn)，其頂部均布置在錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)的軸線截面內(nèi)，每根竹竿端頭都系1條松軟輕質(zhì)絲

5、帶，保證其在0.1m/s的風(fēng)速時(shí)能隨風(fēng)飄動(dòng)，以顯示風(fēng)向。模擬巷道盡量做到不漏風(fēng)、少漏風(fēng)。風(fēng)機(jī)的開關(guān)、電氣設(shè)備、功率測試設(shè)備均放在巷道外的試驗(yàn)臺(tái)中，圖中從略。 1錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)；2測試鐵風(fēng)筒；3調(diào)風(fēng)閥門；4移動(dòng)支架；5固定支架；6竹竿；7示蹤絲帶； 圖2 錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)流場測試布置示意圖 2.2錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)流場的測試 錐形風(fēng)幕流場是錐形風(fēng)幕風(fēng)機(jī)集塵的重要特性?？疾炱淞鲌鲂Ч臉?biāo)志：其一是錐形風(fēng)幕流場的形態(tài)，其二是風(fēng)機(jī)有效吸程增加的程度以及邊緣點(diǎn)的最低風(fēng)速。 首先進(jìn)行了錐形風(fēng)幕流場的演示，如圖2，主要是通過布置在水平軸面內(nèi)的示蹤絲帶所指示的風(fēng)流方向，從而觀看整個(gè)流場內(nèi)的流淌狀態(tài)。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后我們可以比較

6、清晰的觀看到，錐形風(fēng)幕流場區(qū)內(nèi)所布置的絲帶均水平飄起（伴有波動(dòng)），指向風(fēng)流方向，隨著風(fēng)量的調(diào)整，絲帶指向相對穩(wěn)定在某一個(gè)方向，從而得到比較抱負(fù)的流場。調(diào)整后我們觀看到，少量布置在邊緣正壓區(qū)絲帶指示射流方向，靠近巷道壁的絲帶，在附壁效應(yīng)的作用下向工作面流淌。絲帶沿風(fēng)機(jī)軸線方向向內(nèi)偏移，說明正壓風(fēng)流在流淌過程中不斷向負(fù)壓區(qū)流淌，即風(fēng)流不斷“斷路”，由于邊緣射流作用，擴(kuò)大了風(fēng)機(jī)吸入口的作用范圍。 布置在負(fù)壓區(qū)內(nèi)的演示點(diǎn)絲帶順風(fēng)流指向風(fēng)機(jī)吸入口。這樣我們逐點(diǎn)描素演示點(diǎn)風(fēng)流方向，由各點(diǎn)風(fēng)向順勢連成流線，便得到錐形風(fēng)幕流場流線圖，見圖3的虛線部分。 在該項(xiàng)測試中，以演示點(diǎn)為測點(diǎn)（也可適當(dāng)增加測點(diǎn)），用多個(gè)

7、微型皮托管同時(shí)測量各點(diǎn)速壓，而后將所測速壓換算成風(fēng)速。 從風(fēng)機(jī)的吸入口開頭，沿軸線對稱向遠(yuǎn)處綻開始終測到工作面端頭。外腔射流同樣由出風(fēng)口開頭，沿軸線在兩側(cè)對稱測試。當(dāng)取得全部數(shù)據(jù)后開頭整理，得到風(fēng)機(jī)流場測點(diǎn)的實(shí)測風(fēng)速，并繪出流場內(nèi)的等風(fēng)速線圖，見圖3的實(shí)線部分。 方格規(guī)格DD（D為風(fēng)機(jī)動(dòng)輪直徑） 流線；等風(fēng)速線 圖3錐形風(fēng)幕流場的流線與等風(fēng)速線 上述流場測試數(shù)據(jù)是在風(fēng)機(jī)某一穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下得到的，此狀態(tài)下風(fēng)機(jī)工作參數(shù)為：風(fēng)機(jī)內(nèi)動(dòng)輪風(fēng)壓為1515Pa，風(fēng)量為263m3/min，風(fēng)機(jī)外腔射流初速為15m/s。風(fēng)機(jī)自身結(jié)構(gòu)參數(shù)為：動(dòng)輪直徑為0.5m，風(fēng)機(jī)外腔環(huán)形正壓場出口外緣至風(fēng)機(jī)出口軸心的距離為0.66m，風(fēng)機(jī)外腔環(huán)形正壓場出口斷面寬度為15mm。 2.3錐形風(fēng)幕流場測試結(jié)果分析 通過對錐形風(fēng)幕流場的測試結(jié)果可以看出，在錐形風(fēng)幕流場的作用下，風(fēng)機(jī)的吸入口有效吸程大大增加。一般風(fēng)機(jī)的有效吸程是動(dòng)輪直徑1倍距離左右，其吸風(fēng)口風(fēng)速如為100時(shí)，而距其吸風(fēng)口軸線方向1D距離時(shí)，其風(fēng)速就會(huì)削減到7.5（按有效排塵風(fēng)速計(jì)算可得），可見風(fēng)速衰減很快。而本項(xiàng)實(shí)測結(jié)果表明，如取風(fēng)機(jī)內(nèi)腔吸入口風(fēng)速為8m/s時(shí)，同樣衰減到7.5時(shí)，其到風(fēng)機(jī)抽出口距離為動(dòng)輪直徑D的812倍，由圖3的等風(fēng)速線可以查出此時(shí)的風(fēng)速將達(dá)到0.6m/s