對旋軸流式通風機的改進研究

邱勇明

摘 要：為解決礦用通風機現存的喘振與運行效率偏低的問題，基于原通風機結構狀況，以航空發動機現代化壓氣機的設計理念為指導，提出了一系列對礦用通風機葉輪部的改進措施，經現場驗證，人們發現改進后的通風機不僅不再出現喘振現象而且通風效率大幅提升，可更好的滿足礦井通風需求，更好的保障礦井安全生產。

關鍵詞：通風機;問題;改進措施;驗證

引言：

由于對旋軸流風機具備高效率、大風量及高風壓的特點，因此廣泛運用于我國的煤礦中。但隨著我國煤礦生產機械化程度的日益提升，礦井下工作面對風壓及風量的要求也日益提高。

某礦井的主通風機主要為兩臺對旋軸流式風機，而風機的運作主要受到兩個相同型號的防爆電機所驅動。該煤礦對風量進行控制的方式主要是通過調整風機風片的角度及風道節流板[1]。其中一臺風機由于其機殼與銅襯相連接地方的鉚釘掉落，風機葉片被擊碎，致使通風機不能正常提供風流。在更換過受損葉片之后，機器產生了喘振現象，對其正常運作造成了一定的影響。在認真檢查風機故障后，發現該風機還存在其他的問題，主要為級性能不相符、喘振裕度不夠及效率較低。

基于經濟成本及適用性的設計原則，選擇對通風機的葉輪進行完善。通過對葉輪進行再次設計，清除了其喘振的問題，同時級性能不相符、喘振裕度不夠及效率較低的問題也得到了相應的解決，并且降低了葉輪的重量，極大地節省了電能[2]。

1原軸流式通風機的結構

原對旋軸流式通風機的部件主要有葉輪、電機、機殼等等。在葉輪前后部位不均勻地設置了支撐板。兩級葉輪所采用的都是機翼型的鑄鋼葉片。采用螺絲釘將電機進行固定[3]。各個機殼間所采用連接形式為螺釘連接法蘭盤的方法。而輪毅與機殼是通過鋼板焊接所形成。

2風機性能要求

根據煤礦所提出的通風要求，在保障電機功率不變的條件下，將通風機進行改善，其性能參數如表1所示。

在對通風機的喘振問題進行檢查時，發現該問題主要產生于負壓為2.2～2.6kPa的進口區間內，為了提高喘振裕度，將其進口負壓調整為2.7kPa，同時重新設計通風機的扇葉[4]。為了更加方便地調節改進后通風機的葉片角度，可選取鑄鋁的葉片，該設計與相關規范及穩定運作的要求相符合。

3氣動設計

為了在功率維持不變的條件下仍能滿足設計的重量及性能的要求，本次設計根據航空發動機的壓氣機設計體系來對通風機的氣動進行設計。

3.1總體氣動布局設計

通過運用先進的準三維S2流面通流計算程序來設計整體的氣動布局。運用該方法能夠得出精確合理的結果，且廣泛地運用于全球范圍內的航空發動機壓氣機的氣動布局設計。根據相關的理論來設計流動方程，通過該方程來獲取流場的氣動布局。根據改進后的葉輪段和原來葉輪與通風機的連接問題，因此，對于通風機內部的流場構造不進行較大的改進。由于流道不存在對稱性，需要對吸氣及抽氣進行綜合考慮，選擇平直型流道設計。

3.2葉片設計

對通風機的葉片進行設計過程中所采取的是科學有效的擴散葉型技術。該方法能夠將葉片的厚度及重量降低，同時又能夠使葉輪維持較高的裕度及稠度。并且較輕的葉片能夠使輪盤的負荷降低。依據航空發動機壓氣機的葉片設計，選取局部前掠、彎曲堆積及徑向扭轉的形式來設計葉片。

4結構與工藝改進

通過對風機的構造進行分析，與上節的氣動設計相結合，對風機進行相應的改進。

1）將輪毅及葉片的材質進行改善。選用質量較優的鑄鋁ZL105A來制造輪毅及葉片，并且對葉片進行噴漆處理，這項改善不僅能夠使性能要求得到滿足，而且能夠使葉輪組件的重量降低，葉輪重量的降低不僅能夠減輕電機的負荷，而且能夠減輕葉輪軸部的磨損，延長使用周期。

2）將輪毅的連接形式進行改變。未改進前風機的輪毅多采取焊接形式來連接前盤及后盤，該連接形式極易產生因焊接不緊密而出現的風機運行故障問題。因此，在對輪毅的前盤及后盤進行連接時可選用螺栓，該形式可以提升輪毅的可靠程度。

3）將機殼與銅襯的連接形式加以改善。選擇鉚釘形式來固定銅襯，但鉚釘的頭部與機殼進行焊接，通過雙重保護來防止鉚釘掉落，避免葉片受損，并且將銅襯固定在機殼內部能夠增強構造的安全性。

4）將葉片的調節形式進行改變。根據輪毅的外部刻度來調整葉片角度，但該方法存在嚴重的偏差。在安裝葉片的部位設置不同的限位塊，在調節風量時僅需要旋轉至設定位置。

5）運用金屬澆筑、機加成形的方法來制造輪毅及葉片，同時在制造成功后，采取相應的模型加以校正，校正結束后噴漆處理以延長使用周期。

6）其他改進。將前、后支撐板與葉輪間的距離進行擴大，避免支撐板對葉輪氣流造成影響;使葉輪維持相應平衡，提高風機運作的穩定性;采取鋼板卷制及機加成形的技術來制造機殼，使成本降低。

5現場驗證

根據相關設計來改善通風機，并運用至現場。通過現場實踐，當風機進口的負壓處于2.2～2.6kPa內，并未產生喘振故障，因此，本設計解除了原通風機的喘振故障。通過將節流板加裝至主通風巷道及調整葉片的角度來檢測風機改進后的性能。通過對表2及表3進行比較分析，得出風機改進后的運行效率為93%，與改進前相比，提升了6%。

結束語：

根據航空發動機壓氣機的設計體系，選擇平直型流道方式來設計通風機的流道，選擇局部前掠、彎曲堆積及徑向扭轉的方法來設計葉片，同時將風機的構造及相應部件的制造技術進行完善。通過實踐，發現通風機的改進工作不僅將喘振問題加以解決，而且使風機的運行效率得以提升，并且表明改進后的風機能夠滿足實際生產需求。

參考文獻：

[1]董慧斌.礦用通風機調速節能方式分析與改進[J].礦業裝備，2018（01）：66-67.

[2]徐云龍.對旋軸流通風機葉片斷裂原因及改進方法[J].煤礦現代化，2018（02）：107-108.

[3]汪義玲.離心通風機內泄漏流量分析及結構改進研究[J].風機技術，2017，59（06）：58-61+65.

[4]丁可金，王強，王璐，呂亞.葉型改進對離心通風機內部氣動激勵影響機理的數值分析研究[J].噪聲與振動控制，2017，37（02）：42-46.