旋式主軸流通風(fēng)機(jī)級(jí)級(jí)葉片安裝角度對(duì)通風(fēng)性能的影響

旋式主軸流通風(fēng)機(jī)級(jí)級(jí)葉片安裝角度對(duì)通風(fēng)性能的影響

0軸流通風(fēng)機(jī)最佳匹配方案設(shè)計(jì)原則目前，國(guó)內(nèi)采礦用戶節(jié)流通風(fēng)機(jī)的性能主要通過調(diào)整角調(diào)整，但旋轉(zhuǎn)軸流通風(fēng)機(jī)的益氣性能與i、ii葉安裝角的安裝角一致。對(duì)此,通過試驗(yàn)研究,本文將敘述兩級(jí)葉片安裝角的匹配對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響以及最佳匹配角度的確定。礦井通風(fēng)在容易(前)期和困難(后)期對(duì)主通風(fēng)機(jī)的性能要求是不同的。通常情況下,前、后期的流量變化有限,而靜壓變化較大,甚者,后期靜壓有時(shí)為前期的2倍。為實(shí)現(xiàn)對(duì)旋式主軸流通風(fēng)機(jī)前、后期高效運(yùn)行,筆者以為,運(yùn)用軸流通風(fēng)機(jī)實(shí)度效應(yīng)法則,前期采用摘取葉片的實(shí)施方案,是一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的方法。為此,筆者將介紹葉片數(shù)(即實(shí)度)對(duì)對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)性能影響的試驗(yàn)結(jié)果,并與性能的實(shí)度換算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。1fpsf式軸流通風(fēng)機(jī)的性能調(diào)節(jié)可用如下的函數(shù)關(guān)系表達(dá):p(Q)=f1(n、?、εp、σ)P(Q)=f2(n、?、εp、σ)η(Q)=f3(n、?、εp、σ)式中p(Q)為壓力隨流量的變化;P(Q)為功率隨流量的變化:η(Q)為效率隨流量的變化;n為葉輪工作轉(zhuǎn)速;?為葉片安裝角度;εp為葉輪進(jìn)口的旋流系數(shù);σ為風(fēng)機(jī)實(shí)度。由此可見,軸流通風(fēng)機(jī)的性能可通過改變工作轉(zhuǎn)速(調(diào)速)、改變?nèi)~片安裝角度(調(diào)角)、改變?nèi)~輪進(jìn)口預(yù)旋速度(即改變前導(dǎo)葉安裝角度——調(diào)靜葉)以及改變風(fēng)機(jī)實(shí)度(調(diào)實(shí)度)等方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。2葉輪及電機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)為直徑D=1.6m的對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)裝置,如圖1所示。葉輪:輪轂比ˉd=0.61;Ⅰ級(jí)葉片數(shù)ZⅠ=18;Ⅱ級(jí)葉片數(shù)ZⅡ=16;葉片選用RAF-6E翼型。電機(jī):型式Y(jié)BF315;轉(zhuǎn)速n=740r/min;功率P=55×2kW。3試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理試驗(yàn)按GB/T1236-2000《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,采用進(jìn)氣試驗(yàn)法,試驗(yàn)裝置為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的C型。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理采用煤科院重慶分院提供的自動(dòng)測(cè)試裝置(系統(tǒng))。試驗(yàn)裝置與風(fēng)機(jī)于露天安裝。試驗(yàn)于2006年3月至7月在運(yùn)城市安運(yùn)風(fēng)機(jī)有限公司進(jìn)行。4試驗(yàn)結(jié)果4.1固定、的匹配角度4.1.1當(dāng)Ⅰ級(jí)葉片安裝角?Ⅰ固定、Ⅱ級(jí)葉片安裝角?Ⅱ變化時(shí),圖2～圖4給出3組典型匹配角度的試驗(yàn)結(jié)果。從圖2～圖4看到,當(dāng)?Ⅰ固定、?Ⅱ增大或減小時(shí):(1)風(fēng)機(jī)的靜壓ps增加或減小,但隨流量Q的減少,ps的增加量或減小量隨之減小;(2)Ⅰ級(jí)葉輪的軸功率PI略有減少或增加,Ⅱ級(jí)葉輪的軸功率PⅡ大幅度增加或減少,從而使風(fēng)機(jī)裝置的軸功率P=PⅠ+PⅡ增大或減小;(3)最終導(dǎo)致風(fēng)機(jī)裝置的靜壓效率ηs有較大的降低或增加。4.1.2當(dāng)?Ⅱ固定、?Ⅰ變化時(shí),圖5也給出了3種典型匹配角度的試驗(yàn)結(jié)果。從曲線上看到,當(dāng)?Ⅱ固定、?Ⅰ增大或減小時(shí):(1)風(fēng)機(jī)的靜壓也增大或減小;(2)Ⅰ、Ⅱ級(jí)葉輪的軸功率PⅠ、PⅡ均隨之增大或減少,但PⅡ增大或減小的幅度小于PⅠ增大或減小的幅度;(3)在高效區(qū)附近的流量范圍內(nèi),3種匹配角度的靜壓效率ηs較為接近,而在大流量區(qū)間內(nèi),小?Ⅰ的ηs值低于大ηs的值;小流量區(qū)間內(nèi),小?Ⅰ的ηs值則高于大?Ⅰ的ηs值。4.1.3?Ⅰ、?Ⅱ最佳匹配的確定通過對(duì)不同安裝角匹配性能試驗(yàn)結(jié)果的分析,得出?Ⅰ、?Ⅱ最佳匹配的性能曲線,如圖6所示。通過分析不同?Ⅰ、?Ⅱ匹配時(shí)對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)的性能曲線得知,最佳?Ⅰ、?Ⅱ匹配的性能曲線的顯著特征是:(1)PⅠ和PⅡ的差距顯著縮小,各組匹配的安裝角下,其最高效率點(diǎn)時(shí)的PⅠ=PⅡ。最高效率點(diǎn)右側(cè)的流量區(qū)域內(nèi),PⅡ?PⅠ,更有利于Ⅱ級(jí)葉輪的安全運(yùn)行(因?qū)πS流通風(fēng)機(jī)Ⅱ級(jí)葉輪的工作條件惡劣,此時(shí)電機(jī)不易產(chǎn)生過載),而最高效率點(diǎn)左側(cè)的流量區(qū)域內(nèi),雖然PⅡ>PⅠ,但兩者的差距很小或較小;(2)每一組最佳匹配安裝角下的最高靜壓效率ηs,基本上體現(xiàn)了不同匹配角度時(shí)的最高值。4.2葉片數(shù)品試值測(cè)試結(jié)果圖7和圖8給出了兩組安裝角時(shí),全部葉片數(shù)(ZⅠ/ZⅡ=18/16)和葉片數(shù)減半(ZⅠ/ZⅡ=9/8)時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。其中圖7不僅給出了總軸功率還分別給出了Ⅰ、Ⅱ級(jí)葉輪軸功率特性曲線。圖8只給出總軸功率特性曲線。由ZⅠ/ZⅡ=18/16的試驗(yàn)值經(jīng)性能實(shí)度換算得到ZⅠ/ZⅡ=9/8的計(jì)算值列于表1。表中同時(shí)列出ZⅠ/ZⅡ=9/8的試驗(yàn)值。共取兩組安裝角、3個(gè)工況點(diǎn)進(jìn)行換算與對(duì)比。性能實(shí)度換算的方法、步驟詳見附錄。就全部葉片數(shù)和葉片數(shù)減半的試驗(yàn)結(jié)果而言,從圖7得知,?Ⅰ/?Ⅱ=57°/37°時(shí),在流量Q=37～43m3/s范圍內(nèi),(ps半/ps全)試=0.606～0.504,(P半/P全)試=0.663～0.647,(ηs半/ηs全)試=0.907～0.789;從圖8得知,?Ⅰ/?Ⅱ=48°/32°時(shí),在流量Q=27～33m3/s范圍內(nèi),(ps半/ps全)試=0.629～0.520,(P半/P全)試=0.630～0.617,(ηs半/ηs全)試=1.00～0.852,由于(P半/P全)試>(ps半/ps全)試,致使η半試?η全試。就性能的實(shí)度換算而言,從表1看到:(1)?Ⅰ/?Ⅱ=57°/37°時(shí),ZⅠ/ZⅡ=18/16全部葉片數(shù)的試驗(yàn)值與經(jīng)性能實(shí)度換算得到的ZⅠ/ZⅡ=9/8葉片數(shù)減半的計(jì)算值之間(兩個(gè)工況點(diǎn))有:Q半.計(jì)/Q全.試=1.00～1.01,ps半.計(jì)/ps全.試=0.512～0.510,P半.計(jì)/P全.試=0.513～0.511,ηs半.計(jì)/ηs全.試=1.03～0.994;(2)?Ⅰ/?Ⅱ=48°/32°時(shí)(一個(gè)工況點(diǎn)),有Q半.計(jì)/Q全.試=1.01,ps半.計(jì)/ps全.試=0.509,P半.計(jì)/P全.試=0.509,ηs半.計(jì)/ηs全.試=1.02。以上結(jié)果,較好地符合實(shí)度效應(yīng)法則。對(duì)比葉片數(shù)減半的實(shí)度換算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果,由表1可知,在流量基本相同的情況下,由于ps半.計(jì)/ps半.試=0.879～0.908,P半.計(jì)/P半.試=0.772～0.819,致使ηs半.試?ηs全.試。造成全部葉片數(shù)與葉片數(shù)減半效率的試驗(yàn)結(jié)果相差較大,以及葉片數(shù)減半的性能實(shí)度換算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的較大差異,主要有3個(gè)方面的原因:一是葉片數(shù)減半后,輪轂殼上連接葉片的孔沒有封堵;二是試驗(yàn)在露天進(jìn)行,并整個(gè)試驗(yàn)間隔時(shí)間較長(zhǎng),側(cè)風(fēng)、陰濕天氣等均會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生不利影響;三是軸流通風(fēng)機(jī)性能的實(shí)度換算是對(duì)風(fēng)機(jī)級(jí)而言的,其效率為級(jí)(或葉片)效率,而試驗(yàn)結(jié)果為裝置效率。5加標(biāo)機(jī)性能參數(shù)估計(jì)(1)對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī),兩級(jí)葉輪葉片的初始安裝角度是設(shè)計(jì)計(jì)算得到的理論值,尚需通過樣機(jī)試驗(yàn)調(diào)整確定。調(diào)整確定安裝角最佳匹配的基本原則是:兩級(jí)葉輪的軸功率盡可能相差較小或最小;該匹配角度下的效率應(yīng)較高或最高。(2)在最佳匹配的安裝角下,可通過固定Ⅰ級(jí)(或Ⅱ級(jí))葉片安裝角、改變Ⅱ級(jí)(或Ⅰ級(jí))葉片安裝,作為對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)性能調(diào)節(jié)的輔助手段。(3)運(yùn)用軸流通風(fēng)機(jī)的實(shí)度效應(yīng)法則,通過改變?nèi)~片數(shù)(或葉片寬度),實(shí)施對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)的性能調(diào)節(jié),是滿足礦用主軸流通風(fēng)機(jī)前、后期高效運(yùn)行的一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的方法。附錄:對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)性能的實(shí)度換算本附錄是對(duì)表1中計(jì)算結(jié)果的說明。有關(guān)軸流通風(fēng)機(jī)的實(shí)度效應(yīng)法則——軸流通風(fēng)機(jī)性能的實(shí)度換算,詳見文獻(xiàn)。為了使讀者了解表1中葉片數(shù)減半的性能實(shí)度換算結(jié)果,這里僅選取一個(gè)工況點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算,其余不再贅述。(1)已知條件:風(fēng)機(jī)直徑D=1.6m,輪轂比xb=0.61,轉(zhuǎn)速n=740r/min,葉片數(shù)ZⅠ/ZⅡ=18/16。從圖7上選取一工況點(diǎn),?Ⅰ/?Ⅱ=57°/37°時(shí):Q=38m3/s,ps=1620Pa,PⅠ=39kW,PⅡ=41kW,P=80kW,ηs=0.75。(2)求定:D、xb、n、?Ⅰ/?Ⅱ相同,ZⅠ/ZⅡ=9/8時(shí)的Q′=?,p′s=?,P′Ⅰ=?,P′Ⅱ=?,P′=?,η′s=?(3)性能實(shí)度換算及結(jié)果:①平均半徑∶xΜS=1+xb2=1+0.612=0.805②原準(zhǔn)機(jī)(ZⅠ/ZⅡ=18/16)的旋流系數(shù):(εs+εp)ΜS=60R(1-xb)psρηsnQ=60×0.8×(1-0.61)×16201.2×0.75×740×38=1.198εSMS與εPMS按等量分配,則有:εSMS=εPMS=0.599。③原準(zhǔn)機(jī)的流速系數(shù):λΜS=QπR2(1-xb2)ΩRxΜS=383.14×0.82×(1-0.612)×61.96×0.805=0.603④新風(fēng)機(jī)(ZⅠ/ZⅡ=9/8)的旋流系數(shù):(ε′s+ε′p)ΜS=σ′σ(εs+εp)ΜS=0.5×1.198=0.599ε′SMS與ε′PMS按等量分配,則有ε′SMS=ε′PMS=0.300Ⅰ級(jí)葉輪性能的換算及結(jié)果:①初選Q′Ⅰ=Q=38m3/s,并n′=n,則有λ′0ⅠΜSλΜS=Q′Q?n′n=1?λ′0ΙΜS=0.603②第一次逼近值:ζ′1Ιζ=(1-12λ′0Ιε′s)ΜS(1-12λεs)ΜS=1-0.5×0.603×0.3001-0.5×0.603×0.599=1.110(λ′1Ιλ)ΜS=ζ′1Ιζ=1.110,λ′1ΜS=1.110×λΜS=0.669③第二次逼近值:ζ′2Ιζ=(1-12λ′1Ιε′s)ΜS(1-12λεs)ΜS=1-0.5×0.669×0.3001-0.5×0.603×0.599=1.098(λ′2Ιλ)ΜS=ζ′2Ιζ=1.098,λ′2ΜS=1.098×λΜS=0.662④第三次逼近值:ζ′3Ιζ=(1-12λ′2Ιε′s)ΜS(1-12λεs)ΜS=1-0.5×0.662×0.3001-0.5×0.603×0.599=1.099(λ′3Ιλ)ΜS=ζ′3Ιζ=1.099,λ′3ΜS=1.099×λΜS=0.663因(λ′3Ιλ)ΜS≈(λ′2Ιλ)ΜS,所以ζ′3Ιζ=1.099為真值。于是有:Q′Ι=(ζ′ζ)Q=1.099×38=41.8m3/sp′sΙ=σ′σ?ps2?(ζ′ζ)2=0.5×16202×1.0992=489Ρap′Ι=σ′σ?Ρ2?(ζ′ζ)2=0.5×802×1.0992=24.2kWⅡ級(jí)葉輪性能的換算及結(jié)果:①初選Q′Ⅱ=Q=38m3/s,并n′=n,則有λ′0ⅡΜSλΜS=Q′Q?n′n=1,λ′0ⅡΜS=0.603②第一次逼近值:ζ′1Ⅱζ=(1+12λ′0Ⅱε′p)ΜS(1+12λεp)ΜS=1+0.5×0.603×0.3001+0.5×0.603×0.599=1.924(λ′1Ⅱλ)ΜS=ζ′1Ⅱζ=0.924,λ′1ⅡΜS=0.924×λΜS=0.557③第二次逼近值:ζ′2Ⅱζ=(1+12λ′1Ⅱε′p)ΜS(1+12λεp)ΜS=1+0.5×0.557×0.3001+0.5×0.603×0.599=1.918(λ′2Ⅱλ)ΜS=ζ′2Ⅱζ=0.918,λ′2ⅡΜS=0.918×λΜS=0.554④第三次逼近值:ζ′3Ⅱζ=(1+12λ′2Ⅱε′p)ΜS(1+12λεp)ΜS=1+0.5×0.554×0.3001+0.5×0.603×0.599=0.917(λ′3Ⅱλ)ΜS=ζ′3Ⅱζ=0.917,λ′3ⅡΜS=0.917×λΜS=0.55