旋式主轴流通风机级级叶片安装角度对通风性能的影响

旋式主轴流通风机级级叶片安装角度对通风性能的影响

0轴流通风机最佳匹配方案设计原则目前，国内采矿用户节流通风机的性能主要通过调整角调整，但旋转轴流通风机的益气性能与i、ii叶安装角的安装角一致。对此,通过试验研究,本文将叙述两级叶片安装角的匹配对风机性能的影响以及最佳匹配角度的确定。矿井通风在容易(前)期和困难(后)期对主通风机的性能要求是不同的。通常情况下,前、后期的流量变化有限,而静压变化较大,甚者,后期静压有时为前期的2倍。为实现对旋式主轴流通风机前、后期高效运行,笔者以为,运用轴流通风机实度效应法则,前期采用摘取叶片的实施方案,是一种简便、经济、实用的方法。为此,笔者将介绍叶片数(即实度)对对旋轴流通风机性能影响的试验结果,并与性能的实度换算结果进行了对比分析。1fpsf式轴流通风机的性能调节可用如下的函数关系表达:p(Q)=f1(n、ϕ、εp、σ)P(Q)=f2(n、ϕ、εp、σ)η(Q)=f3(n、ϕ、εp、σ)式中p(Q)为压力随流量的变化;P(Q)为功率随流量的变化:η(Q)为效率随流量的变化;n为叶轮工作转速;ϕ为叶片安装角度;εp为叶轮进口的旋流系数;σ为风机实度。由此可见,轴流通风机的性能可通过改变工作转速(调速)、改变叶片安装角度(调角)、改变叶轮进口预旋速度(即改变前导叶安装角度——调静叶)以及改变风机实度(调实度)等方法进行调节。2叶轮及电机试验样机为直径D=1.6m的对旋轴流通风机装置,如图1所示。叶轮:轮毂比ˉd=0.61;Ⅰ级叶片数ZⅠ=18;Ⅱ级叶片数ZⅡ=16;叶片选用RAF-6E翼型。电机:型式YBF315;转速n=740r/min;功率P=55×2kW。3试验数据的采集与处理试验按GB/T1236-2000《工业通风机用标准化风道进行性能试验》标准进行,采用进气试验法,试验装置为标准规定的C型。试验数据的采集与处理采用煤科院重庆分院提供的自动测试装置(系统)。试验装置与风机于露天安装。试验于2006年3月至7月在运城市安运风机有限公司进行。4试验结果4.1固定、的匹配角度4.1.1当Ⅰ级叶片安装角ϕⅠ固定、Ⅱ级叶片安装角ϕⅡ变化时,图2～图4给出3组典型匹配角度的试验结果。从图2～图4看到,当ϕⅠ固定、ϕⅡ增大或减小时:(1)风机的静压ps增加或减小,但随流量Q的减少,ps的增加量或减小量随之减小;(2)Ⅰ级叶轮的轴功率PI略有减少或增加,Ⅱ级叶轮的轴功率PⅡ大幅度增加或减少,从而使风机装置的轴功率P=PⅠ+PⅡ增大或减小;(3)最终导致风机装置的静压效率ηs有较大的降低或增加。4.1.2当ϕⅡ固定、ϕⅠ变化时,图5也给出了3种典型匹配角度的试验结果。从曲线上看到,当ϕⅡ固定、ϕⅠ增大或减小时:(1)风机的静压也增大或减小;(2)Ⅰ、Ⅱ级叶轮的轴功率PⅠ、PⅡ均随之增大或减少,但PⅡ增大或减小的幅度小于PⅠ增大或减小的幅度;(3)在高效区附近的流量范围内,3种匹配角度的静压效率ηs较为接近,而在大流量区间内,小ϕⅠ的ηs值低于大ηs的值;小流量区间内,小ϕⅠ的ηs值则高于大ϕⅠ的ηs值。4.1.3ϕⅠ、ϕⅡ最佳匹配的确定通过对不同安装角匹配性能试验结果的分析,得出ϕⅠ、ϕⅡ最佳匹配的性能曲线,如图6所示。通过分析不同ϕⅠ、ϕⅡ匹配时对旋轴流通风机的性能曲线得知,最佳ϕⅠ、ϕⅡ匹配的性能曲线的显著特征是:(1)PⅠ和PⅡ的差距显著缩小,各组匹配的安装角下,其最高效率点时的PⅠ=PⅡ。最高效率点右侧的流量区域内,PⅡ≪PⅠ,更有利于Ⅱ级叶轮的安全运行(因对旋轴流通风机Ⅱ级叶轮的工作条件恶劣,此时电机不易产生过载),而最高效率点左侧的流量区域内,虽然PⅡ>PⅠ,但两者的差距很小或较小;(2)每一组最佳匹配安装角下的最高静压效率ηs,基本上体现了不同匹配角度时的最高值。4.2叶片数品试值测试结果图7和图8给出了两组安装角时,全部叶片数(ZⅠ/ZⅡ=18/16)和叶片数减半(ZⅠ/ZⅡ=9/8)时的试验结果。其中图7不仅给出了总轴功率还分别给出了Ⅰ、Ⅱ级叶轮轴功率特性曲线。图8只给出总轴功率特性曲线。由ZⅠ/ZⅡ=18/16的试验值经性能实度换算得到ZⅠ/ZⅡ=9/8的计算值列于表1。表中同时列出ZⅠ/ZⅡ=9/8的试验值。共取两组安装角、3个工况点进行换算与对比。性能实度换算的方法、步骤详见附录。就全部叶片数和叶片数减半的试验结果而言,从图7得知,ϕⅠ/ϕⅡ=57°/37°时,在流量Q=37～43m3/s范围内,(ps半/ps全)试=0.606～0.504,(P半/P全)试=0.663～0.647,(ηs半/ηs全)试=0.907～0.789;从图8得知,ϕⅠ/ϕⅡ=48°/32°时,在流量Q=27～33m3/s范围内,(ps半/ps全)试=0.629～0.520,(P半/P全)试=0.630～0.617,(ηs半/ηs全)试=1.00～0.852,由于(P半/P全)试>(ps半/ps全)试,致使η半试≪η全试。就性能的实度换算而言,从表1看到:(1)ϕⅠ/ϕⅡ=57°/37°时,ZⅠ/ZⅡ=18/16全部叶片数的试验值与经性能实度换算得到的ZⅠ/ZⅡ=9/8叶片数减半的计算值之间(两个工况点)有:Q半.计/Q全.试=1.00～1.01,ps半.计/ps全.试=0.512～0.510,P半.计/P全.试=0.513～0.511,ηs半.计/ηs全.试=1.03～0.994;(2)ϕⅠ/ϕⅡ=48°/32°时(一个工况点),有Q半.计/Q全.试=1.01,ps半.计/ps全.试=0.509,P半.计/P全.试=0.509,ηs半.计/ηs全.试=1.02。以上结果,较好地符合实度效应法则。对比叶片数减半的实度换算结果与试验结果,由表1可知,在流量基本相同的情况下,由于ps半.计/ps半.试=0.879～0.908,P半.计/P半.试=0.772～0.819,致使ηs半.试≫ηs全.试。造成全部叶片数与叶片数减半效率的试验结果相差较大,以及叶片数减半的性能实度换算结果与试验结果的较大差异,主要有3个方面的原因:一是叶片数减半后,轮毂壳上连接叶片的孔没有封堵;二是试验在露天进行,并整个试验间隔时间较长,侧风、阴湿天气等均会对测试结果产生不利影响;三是轴流通风机性能的实度换算是对风机级而言的,其效率为级(或叶片)效率,而试验结果为装置效率。5加标机性能参数估计(1)对旋轴流通风机,两级叶轮叶片的初始安装角度是设计计算得到的理论值,尚需通过样机试验调整确定。调整确定安装角最佳匹配的基本原则是:两级叶轮的轴功率尽可能相差较小或最小;该匹配角度下的效率应较高或最高。(2)在最佳匹配的安装角下,可通过固定Ⅰ级(或Ⅱ级)叶片安装角、改变Ⅱ级(或Ⅰ级)叶片安装,作为对旋轴流通风机性能调节的辅助手段。(3)运用轴流通风机的实度效应法则,通过改变叶片数(或叶片宽度),实施对旋轴流通风机的性能调节,是满足矿用主轴流通风机前、后期高效运行的一种简便、经济、实用的方法。附录:对旋轴流通风机性能的实度换算本附录是对表1中计算结果的说明。有关轴流通风机的实度效应法则——轴流通风机性能的实度换算,详见文献。为了使读者了解表1中叶片数减半的性能实度换算结果,这里仅选取一个工况点进行计算,其余不再赘述。(1)已知条件:风机直径D=1.6m,轮毂比xb=0.61,转速n=740r/min,叶片数ZⅠ/ZⅡ=18/16。从图7上选取一工况点,ϕⅠ/ϕⅡ=57°/37°时:Q=38m3/s,ps=1620Pa,PⅠ=39kW,PⅡ=41kW,P=80kW,ηs=0.75。(2)求定:D、xb、n、ϕⅠ/ϕⅡ相同,ZⅠ/ZⅡ=9/8时的Q′=?,p′s=?,P′Ⅰ=?,P′Ⅱ=?,P′=?,η′s=?(3)性能实度换算及结果:①平均半径∶xΜS=1+xb2=1+0.612=0.805②原准机(ZⅠ/ZⅡ=18/16)的旋流系数:(εs+εp)ΜS=60R(1-xb)psρηsnQ=60×0.8×(1-0.61)×16201.2×0.75×740×38=1.198εSMS与εPMS按等量分配,则有:εSMS=εPMS=0.599。③原准机的流速系数:λΜS=QπR2(1-xb2)ΩRxΜS=383.14×0.82×(1-0.612)×61.96×0.805=0.603④新风机(ZⅠ/ZⅡ=9/8)的旋流系数:(ε′s+ε′p)ΜS=σ′σ(εs+εp)ΜS=0.5×1.198=0.599ε′SMS与ε′PMS按等量分配,则有ε′SMS=ε′PMS=0.300Ⅰ级叶轮性能的换算及结果:①初选Q′Ⅰ=Q=38m3/s,并n′=n,则有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为真值。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级叶轮性能的换算及结果:①初选Q′Ⅱ=Q=38m3/s,并n′=n,则有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