不同葉片進(jìn)口邊角度下離心通風(fēng)機(jī)安全性能的分析

武永婷

（晉能控股集團(tuán)馬脊梁礦，山西 大同 037000）

引言

隨著我國設(shè)計研發(fā)水平及制造工藝的提高，如何改善通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，同時保證通風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行成為了研究的重點[1]。針對離心通風(fēng)機(jī)的葉片進(jìn)口邊角度進(jìn)行研究，通過仿真分析的方式對提高進(jìn)口邊角度對通風(fēng)性能及葉片安全性能的影響進(jìn)行分析，以此提高離心通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，提高能源的利用率，使離心通風(fēng)機(jī)更好地為各行業(yè)的發(fā)展提供通風(fēng)安全保證。

1 離心通風(fēng)機(jī)進(jìn)口邊角度分析模型的建立

離心通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)較為簡單，葉輪是通風(fēng)機(jī)上對氣體做功的主要部件，葉輪在電機(jī)的帶動下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過葉片作用于氣體，使得氣體的壓力升高，實現(xiàn)通風(fēng)安全。葉片的結(jié)構(gòu)及不同的安裝角度對離心通風(fēng)機(jī)的性能具有重要的影響[2]。在葉輪的結(jié)構(gòu)中，一般的葉片進(jìn)口邊與軸相互平行，這樣會造成氣體進(jìn)入到葉輪的過程中會產(chǎn)生一定的沖擊作用，造成氣體能量的損失，降低了通風(fēng)機(jī)的效率。由此將進(jìn)口邊與軸設(shè)計成一定傾斜的角度，可以減少氣體進(jìn)入葉片入口的沖擊作用，降低了氣體能量的損失，使得氣體的速度分布更加均勻，從而可以改善氣流在內(nèi)部的流動，提高了通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率[3]。對于進(jìn)口邊角度的大小對通風(fēng)機(jī)性能產(chǎn)生的影響作用，對某型號的通風(fēng)機(jī)進(jìn)行分析，葉片為圓弧型葉片，初始的葉片進(jìn)口邊角度為4°，如圖1所示。

采用三維建模軟件建立通風(fēng)機(jī)的三維模型，并對其采用數(shù)值分析軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在進(jìn)行網(wǎng)格劃分的過程中，由于離心通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，采用不規(guī)則的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，這種方式可以滿足對不規(guī)則空間較好的適應(yīng)性，同時可以對需要重點觀察的區(qū)域進(jìn)行局部加密，計算過程相對復(fù)雜，對于離心通風(fēng)機(jī)具有較好的適應(yīng)性[4]，網(wǎng)格劃分處理得到離心通風(fēng)機(jī)的模型如圖2所示。

圖1 葉片進(jìn)口邊角度示意圖

圖2 通風(fēng)機(jī)網(wǎng)格模型圖

針對葉片進(jìn)口邊角度對離心通風(fēng)機(jī)性能的影響進(jìn)行分析，分別選取進(jìn)口邊角度為3.5°、4°、5°、6°及7°，建立不同的模型，設(shè)定模擬的條件為：轉(zhuǎn)速為1 600 r/min，葉輪的直徑為700 mm，葉片的出口寬度為170 mm，由此進(jìn)行不同進(jìn)口邊角度下的性能模擬，對離心通風(fēng)機(jī)的靜壓進(jìn)行分析[5]。

2 不同進(jìn)口邊角度下離心通風(fēng)機(jī)性能的分析

采用有限元仿真模擬的方式對不同進(jìn)口邊角度下的離心通風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行分析，選取影響通風(fēng)機(jī)效率及安全運(yùn)行的葉片靜壓分布進(jìn)行分析。在不同的流量系數(shù)下，離心通風(fēng)機(jī)的靜壓分布曲線如下頁圖3所示。從圖3中可以看出：在不同的進(jìn)口邊角度下，靜壓隨流量系數(shù)的變化趨勢保持一致，隨著流量系數(shù)的增加，通風(fēng)機(jī)靜壓數(shù)值呈現(xiàn)先小幅增加后快速減小的趨勢；在不同的進(jìn)口邊角度下，當(dāng)進(jìn)口邊角度為3.5°時，此時在流量較大的條件下靜壓值大于通風(fēng)機(jī)的原有角度4°的靜壓值，但在流量較小時，靜壓值小于原有角度的靜壓值。隨著進(jìn)口邊角度的增加，在數(shù)值大于4°時，通風(fēng)機(jī)的靜壓值均呈現(xiàn)小于4°時的靜壓值，且隨著進(jìn)口邊角度的增加，通風(fēng)機(jī)的靜壓值呈現(xiàn)減小的趨勢。這說明，提高葉片的進(jìn)口邊角度，有助于降低通風(fēng)機(jī)所受到的靜壓值，改善了葉片的工況，有利于提高通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行安全性能[6]。

圖3 不同進(jìn)口邊角度下靜壓值隨流量系數(shù)的變化曲線

對離心通風(fēng)機(jī)的靜壓效率進(jìn)行分析，圖4中所示為在不同的進(jìn)口邊角度下離心通風(fēng)機(jī)的靜壓效率隨流量系數(shù)的變化曲線。從圖4中可以看出，在流量系數(shù)增加的過程中，靜壓效率的變化趨勢一致，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。其中，當(dāng)進(jìn)口邊角度為較小的3.5°時，其靜壓效率與原有數(shù)值4°時，少數(shù)流量系數(shù)下增加，大部分工況下均小于原有數(shù)值的工況；在進(jìn)口邊角度增加時，以進(jìn)口邊角度為6°的工況時，離心通風(fēng)機(jī)的靜壓效率最高，且角度再增加時，靜壓效率反而有所下降，且下降數(shù)值較大。這說明，增加進(jìn)口邊角度有利于提高通風(fēng)機(jī)的靜壓效率，以6°時的效率最高，此時的通風(fēng)機(jī)內(nèi)部氣流損失較小，具有較好的流場分布，可以提高通風(fēng)機(jī)的效率。

3 結(jié)論

圖4 不同進(jìn)口邊角度下靜壓效率隨流量系數(shù)的變化曲線

為了提高通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，針對葉片的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，在不同的進(jìn)口邊角度下，對離心通風(fēng)機(jī)的靜壓值及靜壓效率進(jìn)行了模擬分析，結(jié)果表明，提高進(jìn)口邊角度有利于降低通風(fēng)機(jī)的靜壓值，保證了通風(fēng)機(jī)的安全性及使用壽命，同時，進(jìn)口邊角度不能持續(xù)增加，在角度為6°時的靜壓效率最高，有利于改善通風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場的分布，提高離心通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。離心通風(fēng)機(jī)是進(jìn)行通風(fēng)作業(yè)的重要設(shè)備，提高其運(yùn)行效率及安全性能，可以降低通風(fēng)機(jī)的能耗，更好地為煤礦開采提供良好的作業(yè)環(huán)境，有利于生產(chǎn)效率的提升。