沈阳航空(风机)

1、4000kw超大功率矿用轴流式风机高压变频技术研制与应用超大功率矿用轴流式风机高压变频技术研制与应用2*1850kw超大功率矿用对旋风机高压变频技术研制与应用超大功率矿用对旋风机高压变频技术研制与应用成果情况汇报成果情况汇报AGF606AGF606 潞安集团常村煤矿原主通风机为德国进口潞安集团常村煤矿原主通风机为德国进口GV1-40-2000/10型风机，随着采掘进程的深型风机，随着采掘进程的深入，矿阻日益增高。风量、风压已远不能满足入，矿阻日益增高。风量、风压已远不能满足矿井安全生产和扩大再生产的需要，在潞安集矿井安全生产和扩大再生产的需要，在潞安集团组织下，保证在原风机的风道、风门、排气团

2、组织下，保证在原风机的风道、风门、排气塔等基础基本不变的条件下，对中央风井的主塔等基础基本不变的条件下，对中央风井的主通风机、电机及电控进行改造。通风机、电机及电控进行改造。AGF606 参数参数原机原机新机新机风量（风量（m3/min）22681142202724027240风压风压/Pa3920392047004700矿阻矿阻R0.027430.022840.069800.06980AGF606AGF606 级负荷相同，用双级负荷相同，用双级可以达到高一倍的负压；总负荷相同，双级每级负荷为单级的级可以达到高一倍的负压；总负荷相同，双级每级负荷为单级的一半，因此可以降低转速，一半，因此可以降

3、低转速，低转速低转速就会给本次风机改造还带来一就会给本次风机改造还带来一系列的系列的优势：优势： 此外，双级还可以做多种组合选择，例如拆叶片，拆单级等，此外，双级还可以做多种组合选择，例如拆叶片，拆单级等，以适应用户不同时期采掘进程的需要。以适应用户不同时期采掘进程的需要。AGF606 在相同材质条件下，双级的强度储备要在相同材质条件下，双级的强度储备要高高40%，因为离心负荷与切线速度平方成正，因为离心负荷与切线速度平方成正比：比： N2/N1 (u1/u2)2=(165.88/140.4) 2=1.396AGF606 风机噪声风机噪声(电机除外电机除外) 包括：包括： 机械噪声机械噪声 气

4、动噪声（涡流和旋转噪声）气动噪声（涡流和旋转噪声） 风机的旋转噪声与工作轮圆周速度十次方成正比风机的旋转噪声与工作轮圆周速度十次方成正比 风机的涡流噪声与工作轮圆周速度六次方成正比风机的涡流噪声与工作轮圆周速度六次方成正比AGF606 相同轴承，在相同负荷条件下：相同轴承，在相同负荷条件下： 不同转速的轴承寿命系数不同，不同转速的轴承寿命系数不同，L10n=106L10/60n 双级低转数双级低转数r=595rpm比单级高转数比单级高转数 r=990rpm的寿命增长的寿命增长6%， 以以35000小时为基数，则增加近小时为基数，则增加近2100小时。况且在总负荷相同时，双级负荷为单级小时。况且

5、在总负荷相同时，双级负荷为单级的一半，因的一半，因L10=（C/P）p,所以双级基本额定寿命系所以双级基本额定寿命系数也要高于单级。数也要高于单级。 因此轴承寿命双级要远远高于单级。因此轴承寿命双级要远远高于单级。AGF606 1）原风机轴向尺寸过短）原风机轴向尺寸过短 原风机轴向尺寸短，风机长度由风门前段到排气塔原风机轴向尺寸短，风机长度由风门前段到排气塔进口总长为进口总长为8440mm。新风机保持第一级转子与原。新风机保持第一级转子与原风机转子位置相重合，之后为第二级，此时后面扩风机转子位置相重合，之后为第二级，此时后面扩散段长度仅剩散段长度仅剩2690mm，扩压器设计扩散角高达，扩压器设

6、计扩散角高达26，远远超过最低水力损失规定的，远远超过最低水力损失规定的812范范围，与常规的围，与常规的L=1.5D2.2D不符不符。 AGF6062）两台并列运行的风机基础位置不同）两台并列运行的风机基础位置不同且基础刚性相对薄弱且基础刚性相对薄弱,易引起风机振动易引起风机振动 2机轴向尺寸短机轴向尺寸短1750mm，进口方变圆没有足，进口方变圆没有足够长的圆过渡，这是因风门位置交错引起的。难以保够长的圆过渡，这是因风门位置交错引起的。难以保证进口均匀流场。证进口均匀流场。 同时，双级比单级质量几乎重一倍，而风机基础不同时，双级比单级质量几乎重一倍，而风机基础不变，因此风机基础刚性相对薄弱

7、。这两点均会引起风变，因此风机基础刚性相对薄弱。这两点均会引起风机振动。机振动。AGF6063）消音损失过大）消音损失过大 风量增加近风量增加近25，而排气塔不做改动，消声器进口面，而排气塔不做改动，消声器进口面积积F=D2/4=6.39720.7854=32.14 ，消声器，消声器进口速度进口速度V=Q/F=453/32.14=14m/s ， 此时消声此时消声器内部速度器内部速度Vs=28m/s， 每米损失每米损失P=27/1.2(Vs/24)2=27(1.09998/1.2)(28/24)2=33.686，总长，总长L=2.5m ，总损失，总损失P=84.2 ，显然损失过大。显然损失过大。

8、 AGF6064）噪音超标）噪音超标 由于转速保持和原机相同（由于转速保持和原机相同（600rpm），故而旋转噪），故而旋转噪声水平应是一致的，但风量和负压的提高噪声应有加声水平应是一致的，但风量和负压的提高噪声应有加大。大。 声功率声功率Lw=60+10Logq+20LogPtf=60+10Log370+20Log620=141.53dB 因为阻性消声器能降约因为阻性消声器能降约4050 dB左右，此时声功率左右，此时声功率尚有尚有100dB，还不符合规定。，还不符合规定。AGF6065）原风门强度刚性，及漏气水平均无法保证）原风门强度刚性，及漏气水平均无法保证 由于风量增大，负压高达由于风

9、量增大，负压高达5640Pa,且要有且要有10的余量，负压提高到的余量，负压提高到5788Pa，即，即1.809倍时最大应力成比例增加，储备则成比例下降，倍时最大应力成比例增加，储备则成比例下降，在负压在负压6200pa的条件下原风门强度刚性，及的条件下原风门强度刚性，及漏气水平均无法保证。漏气水平均无法保证。 AGF606 1)对于扩散器过短对于扩散器过短，本次设计采用双层分流的超短扩，本次设计采用双层分流的超短扩散器，详见散器，详见.保证了每个分流道的扩散角在保证了每个分流道的扩散角在810以内。此方法是受航空发动机的启发，在矿井通以内。此方法是受航空发动机的启发，在矿井通风机上首次应用，

10、根据水力摩阻计算，扩散器损失较风机上首次应用，根据水力摩阻计算，扩散器损失较正常值仅高正常值仅高30pa左右。左右。AGF606AGF606 2)对于基础不同，易引起振动，对于基础不同，易引起振动，在在2机主体风筒下机主体风筒下方加支撑，同时在主风筒壳体上焊方加支撑，同时在主风筒壳体上焊6条轴向筋板，将条轴向筋板，将基础和壳体的频率错开，消除了基础和壳体的频率错开，消除了2机轴向振动，详机轴向振动，详见见，测振结果见表，测振结果见表3，表表3 3 转速为转速为595 r/min595 r/min时振动值（时振动值（2#2#机）机）振动振动mm/smm/s一级一级二级二级水平水平1.51.51.

11、41.4垂直垂直1.51.51.21.2轴向轴向3.33.33.23.2AGF606AGF606 3) 对于消声器损失过大，噪音超标，对于消声器损失过大，噪音超标，现调整消现调整消音片间隔，采用片间宽度为音片间隔，采用片间宽度为300mm，高频范围噪，高频范围噪声略有牺牲，此时，消声片总损失为声略有牺牲，此时，消声片总损失为P*0.05=6200.05=31 损失在规定范围内。损失在规定范围内。AGF6064）对于风机降低噪声，采取以下措施：）对于风机降低噪声，采取以下措施： a.前支板前支板动叶动叶中导中导动叶动叶后导间的轴向间隔均后导间的轴向间隔均大于大于0.30.4b； b.动静叶数目互

12、质；动静叶数目互质； c.前支板、中导叶非径向安装，径向偏离；前支板、中导叶非径向安装，径向偏离； e.扩散筒外壁加消声装置、排气塔端出口装消声片。扩散筒外壁加消声装置、排气塔端出口装消声片。AGF6065) 对于风门强度，对于风门强度，原风门为槽钢框加两块瓦棱原风门为槽钢框加两块瓦棱 型板构成，现在瓦棱型板内侧加立筋和横筋板，型板构成，现在瓦棱型板内侧加立筋和横筋板，外侧加横筋板，构成网格式结构。加固前后的数据外侧加横筋板，构成网格式结构。加固前后的数据对比见表对比见表4由上表可见，增加负荷后储备普遍下降，尤其是由上表可见，增加负荷后储备普遍下降，尤其是Y轴的储备低到轴的储备低到0.879是

13、不可靠的。由是不可靠的。由分析看加横筋板是首要的，当然网格型更可靠。按四边型、矩形，刚性薄板计算如下：分析看加横筋板是首要的，当然网格型更可靠。按四边型、矩形，刚性薄板计算如下： max=C2(b/t)2q106=12.247其中其中C2=0.3096(按按a/b=1.05) q=5788pa b/t=248/3=82.67储备储备 ns=s/max=235/12.247=19.19 方案可行方案可行计算状态计算状态原始原始增加负荷（加固前）增加负荷（加固前）加固后储备系数加固后储备系数门中心最大应力储备门中心最大应力储备2.912.911.6091.609已满足要求已满足要求X X轴向应力储

14、备轴向应力储备24.8424.8413.7413.74已满足要求已满足要求Y Y轴向应力储备轴向应力储备1.591.590.8790.87919.1919.19表表4 风门结构强度对比值风门结构强度对比值AGF606 风机气动设计采用了航空发动机压气机风机气动设计采用了航空发动机压气机 设计中使用的设计中使用的“非径向站流线曲率管流法非径向站流线曲率管流法”进行了进行了S2进出口流面的流场计算并造型。进出口流面的流场计算并造型。 由于轮毂比由于轮毂比d/D=0.6，故采用，故采用rCu=常数的扭速常数的扭速规律，其轴向速度沿叶高不变，通常可得到满意的规律，其轴向速度沿叶高不变，通常可得到满意的

15、级效率。级效率。 气动计算结果，转子动叶和静叶的气动载荷气动计算结果，转子动叶和静叶的气动载荷D因子均在因子均在0.6的规范值以内，这是对效率的保证。的规范值以内，这是对效率的保证。AGF606风量风量m m3 3/min/min18820188201913819138142151421522681226812721627216负压负压PaPa2800280032003200392039203920392047004700矿阻矿阻0.02840.02840.03140.03140.06980.06980.02740.0274 0.02280.0228轴功率轴功率kwkw109810981261

16、1261107910791852185227152715效率效率0.820.820.810.810.830.830.80.80.760.76扩散因子扩散因子DRDR0.30.30.50.50.50.50.40.40.50.5表表5 5 各期工况参数各期工况参数设计点是综合各期工况的结果选定为设计点是综合各期工况的结果选定为: Q=370m3/s=22200 m3/min H=620H2O=6082pa 此时矿阻此时矿阻 R=0.04443 各期工况数值见表各期工况数值见表5AGF606 关键件的强度储备关键件的强度储备 轴临界转速计算轴临界转速计算 轴承寿命核算轴承寿命核算AGF606 关键零

17、部件，有多大储备系数均关系到关键零部件，有多大储备系数均关系到风机的安全运行，经核算结果见表风机的安全运行，经核算结果见表6.表表6 6 关键件储备系数关键件储备系数零件名零件名材料材料许用值许用值 Mpa Mpa计算值计算值 ss MPa MPa储备储备动叶动叶LD5LD5313313303010.410.4轮盘组件轮盘组件16Mn16Mn5865861231234.764.76主体风筒主体风筒A3A338038038381010叶片连接螺钉叶片连接螺钉40Cr40Cr7887882242243.523.52圆螺母圆螺母45453553551081083.293.29由表可见储备系数满足强度

18、要求由表可见储备系数满足强度要求AGF606叶片应力分布云图（俯视）叶片应力分布云图（俯视）叶身部分应力分布云图叶身部分应力分布云图叶柄应力分布云图叶柄应力分布云图 叶柄部分局部放大应力分布云图叶柄部分局部放大应力分布云图 AGF606变形图变形图 轮盘径向位移云图轮盘径向位移云图 轮盘轴向位移云图轮盘轴向位移云图 轮盘径向应力云图轮盘径向应力云图 AGF606周向位移云图周向位移云图 承力盘径向应力云图承力盘径向应力云图 承力盘周向应力云图承力盘周向应力云图 AGF606应力云图应力云图 垂向位移云图垂向位移云图 风机轴向位移云图风机轴向位移云图 安装底板增加的支板（板厚至少安装底板增加的支

19、板（板厚至少20mm） AGF606盆背连接方式示意图（图中所示的尺寸，可有盆背连接方式示意图（图中所示的尺寸，可有23mm的变化）的变化） 更改的支板和侧板结构示意图更改的支板和侧板结构示意图AGF606 采用有限元法对整体转子临界转数计算。采用有限元法对整体转子临界转数计算。临界转数临界转数Nkp计算结果计算结果见表见表7表表7 临界转数工作裕度临界转数工作裕度阶次阶次Nkp(rNkp(r/min)/min)模态说明模态说明工作裕度工作裕度1 1112112弯曲模态弯曲模态30%30%2 2169169弯曲模态弯曲模态30%30%3 3214214俯仰模态俯仰模态30%30%4 42482

20、48俯仰模态俯仰模态30%30%5 5743743俯仰模态俯仰模态30%30%6 6826826俯仰模态俯仰模态30%30%7 716111611弯曲模态弯曲模态30%30%AGF606风机转子总体结构简化模型风机转子总体结构简化模型 1MNMXXYZ 0.001459.002918.004377.005836.007295.008754.010213.011672.013131FEB 2 200811:13:53NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1FREQ=1.868UY (AVG)RSYS=0DMX =.013131SMX =.0131311MNMXXYZ -.0134-.

21、00994-.006479-.003019.442E-03.003903.007363.010824.014284.017745FEB 2 200811:12:16NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =2FREQ=2.817UY (AVG)RSYS=0DMX =.017745SMN =-.0134SMX =.0177451MNMXXYZ -.665E-03.123969.248604.373239.497873.622508.747143.871777.9964121.121FEB 2 200811:13:01NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =7FREQ=26.85

22、1UY (AVG)RSYS=0DMX =1.121SMN =-.665E-03SMX =1.121转子第转子第1阶临界转速对应的振动模态阶临界转速对应的振动模态 转子第转子第2阶临界转速对应的振动模态阶临界转速对应的振动模态 转子第转子第7阶临界转速对应的振动模态阶临界转速对应的振动模态 AGF606 轴承采用轴承采用4轴承箱进口轴承。计算的轴承箱进口轴承。计算的 轴向负荷为轴向负荷为8.43T。 工作条件：工作条件：n=600r/min、温度、温度70、46汽轮机汽轮机油、振动油、振动5.6mm/s。表表8 轴承寿命核算轴承寿命核算推力调心滚子轴承推力调心滚子轴承2935229352圆柱滚子

23、轴承圆柱滚子轴承NU248NU248外径外径D D （mmmm）420420440440内径内径d (mm)d (mm)260260240240当量动负荷当量动负荷F (N)F (N)833608336050000500009090可靠寿命可靠寿命LhLh (h) (h)236409236409188000188000AGF606 电机功率的选取除考虑矿井阻力外，还考电机功率的选取除考虑矿井阻力外，还考 虑了消音器的排气损失，进气管路从立井出口经总虑了消音器的排气损失，进气管路从立井出口经总 回至风机进口的阻力。回至风机进口的阻力。 由风机曲线可知：设计点矿阻由风机曲线可知：设计点矿阻 R=0

24、.0444，叶片，叶片角度角度10时，风量时，风量Q=420 m3/s，负压，负压h=7836Pa，效率效率f=0.82 N电电=hQ/1000fm =4207836/ 10000.820.984000 因此，电机功率选择因此，电机功率选择4000KW较为合理。较为合理。 AGF606 为保证风机在予定的工况范围内正常工作，计算为保证风机在予定的工况范围内正常工作，计算了转子飞轮矩为了转子飞轮矩为31439Kgm2，启动平均阻矩，启动平均阻矩963 Kgm2，并绘制了，并绘制了启动力矩启动力矩和和加速过程曲线加速过程曲线，同时可，同时可知电机容许负载飞轮矩知电机容许负载飞轮矩43600 Kgm

25、2为转子飞轮矩的为转子飞轮矩的1.39倍，有一定储备，虽然储备不高，但该风机应用倍，有一定储备，虽然储备不高，但该风机应用变频电机，属软启动，因此风机可正常启动。变频电机，属软启动，因此风机可正常启动。AGF606风机启动力矩图风机启动力矩图 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%0%20%40%60%80%100% 120%风机转速% 风机力矩% 0.0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 1 2 3 456 789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

26、26t(s)M(Kg.M)加速过程曲线加速过程曲线AGF606 叶片利用航空发动机专用叶片利用航空发动机专用1380MK41KV 振动台，通过频率扫描测定通风机动叶固有频率，及其对应各振动台，通过频率扫描测定通风机动叶固有频率，及其对应各阶振型，采用智能信号采集处理分析仪阶振型，采用智能信号采集处理分析仪INV3018A对拾振信号对拾振信号进行分析，然后绘出坎贝尔图并判断激振区。为了保证安全运进行分析，然后绘出坎贝尔图并判断激振区。为了保证安全运行，动叶固有频率应比结构因素引起的激振频率偏离行，动叶固有频率应比结构因素引起的激振频率偏离15以上，以上，据此给出的调频转速限制如下：风机在据此给出

27、的调频转速限制如下：风机在300450r/min、500600r/min之间可进行变频调速，风机可安全运行。叶片之间可进行变频调速，风机可安全运行。叶片振型图如下图：振型图如下图： AGF606 AGF606 叶片坎贝尔图0501001502002503003504000100200300400500600转速n（rpm）频率Hzf1f2f321片15片9片AGF6061MNMX File: E:Userfengjichangmodelsplit2.x_t -.206626.9978092.2023.4074.6115.8167.028.2249.42910.633NOV 20 200708:

28、29:36NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1FREQ=75.98UY (AVG)RSYS=0DMX =15.625SMN =-.206626SMX =10.6331MNMX File: E:Userfengjichangmodelsplit2.x_t -12.379-10.685-8.99-7.296-5.601-3.907-2.212-.5178281.1772.871NOV 20 200708:46:43NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =2FREQ=235.801UY (AVG)RSYS=0DMX =24.075SMN =-12.379SMX =2.871

29、1MNMX File: E:Userfengjichangmodelsplit2.x_t -8.281-5.887-3.494-1.1011.2923.6866.0798.47210.86613.259NOV 20 200708:51:16NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =3FREQ=295.384UY (AVG)RSYS=0DMX =35.84SMN =-8.281SMX =13.259第第1阶振型阶振型第第2阶振型阶振型第第3阶振型阶振型坎贝尔图坎贝尔图 AGF606 风机转子先做静平衡，再利用风机转子先做静平衡，再利用YYW-7500F硬支承平衡机做动平衡。硬支承平衡机做

30、动平衡。 静平衡静平衡动平衡动平衡AGF606 该风机传动轴较长（该风机传动轴较长（9732mm），且中间），且中间 有支撑，有支撑，详见图详见图6.故需现场做平衡检测。通过检测，故需现场做平衡检测。通过检测，2机轴向振动偏大，后经加固主体风筒和加支撑调机轴向振动偏大，后经加固主体风筒和加支撑调整后，精度已达到整后，精度已达到G6.3，在规范值以内。，在规范值以内。 结果见表结果见表9 表表9振值（振值（mm/smm/s）一级一级二级二级水平水平1.41.41.51.5垂直垂直1.41.41.21.2轴向轴向3.33.33.23.2AGF606电机端中间轴125 41021121314151819风机端17221120796316823主通风机主体主通风机主体AGF60