变叶片安装角对旋风机气固两相流特性研究

针对某实际运行的矿用对旋风机叶片存在的磨损问题,采用SST k-ω湍流模型和Finnie磨损模型,对不同叶片安装角下风机内部气固两相流场进行了数值模拟研究。首先,选择风机静压、功率和效率为评价指标,进行了风机性能试验,对数值计算方法和模型的准确性进行了验证;然后,根据设计的6种叶片安装角方案,对叶片压力面的磨损特征和气固两相流风机流场的分布规律进行了分析;最后,对不同叶片安装角下气固两相流风机的性能进行了对比,确定了具有最佳抗磨效果和最优风机性能的叶片安装角方案。研究结果表明:相比于原始的叶片安装角,增大后级安装角后的叶片面平均磨损率降低了6.0×10^(-8)kg/(m^(2)·s);同时,增大后级安装角能够有效地缓解后级叶片前缘和尾缘处的分离涡现象,提高风机的性能,达到叶片抗磨的目的。

轴向间距对FBCDZ-10-No20型对旋风机失速过程的影响

对旋风机在小流量工况运行时容易出现失速甚至喘振等不稳定现象,为研究轴向间距对对旋风机失速起始及其发展与传播过程的影响,采用Shear Stress Transport(剪切应力输运)k-ω湍流模型,对一台FBCDZ-10-No20型对旋风机全通道内的非定常流动进行数值模拟,探究了2种轴向间距下对旋风机的失速发展过程。结果表明:轴向间距对对旋风机失速起始及发展过程具有显著影响。在失速起始阶段,当对旋风机两级叶轮的轴向间距为170 mm时,失速起始扰动首先发生于后级叶根吸力面的尾缘区域,之后扰动沿径向从叶根向叶顶发展,沿周向向某个叶片通道聚集,导致该叶片通道堵塞,从而引起对旋风机失速;当轴向间距为70 mm时,失速起始扰动先后发生于前、后级的叶顶区域,之后扰动逐渐增强,最终发生失速。在完全失速阶段,轴向间距对于失速涡团沿周向、轴向及径向的传播都具有显著影响。轴向间距为170 mm时对旋风机进入单涡团全叶高失速,失速涡团沿轴向传播范围限于后级叶轮区域,沿周向以33.3%的后级转速旋转;轴向间距为70 mm时对旋风机进入多涡团部分叶高失速,失速涡团先后在两级叶轮叶顶区域产生,沿轴向向上、下游传播,沿径向分散于各叶片通道的70%叶高以上区域。由于两级叶轮轴向间距的改变,引起了对旋风机的失速起始扰动类型发生了由“局部喘振型”向“突尖型”的转变。

轴向间距对矿用旋风机旋转失速性能的影响

矿用对旋风机在小流量工况运行时极易出现旋转失速现象,严重影响其运行稳定性。采用SST k-ω湍流模型,对FBCDZ-10-No20型对旋风机在5种轴向间距下全流道内的非定常流动进行数值模拟,研究了轴向间距对矿用对旋风机失速过程的影响,揭示了不同轴向间距时的失速起始与发展机理。结果表明:轴向间距对失速起始扰动的首发位置、表现形式和发展过程都具有显著影响。对于70、100 mm两种轴向间距,失速起始扰动均首发于前级叶顶,随后在两级叶轮之间的动−动干涉作用下,后级叶顶也出现失速起始扰动,但与70 mm的轴向间距相比,当轴向间距为100 mm时,动−动干涉效应相对较弱,使得后级出现失速起始扰动需要更长的时间。对于140、170、225 mm三种轴向间距,失速起始扰动均是首先发生在后级叶根区域,不同的是140 mm间距时,前级叶顶泄漏流不能完全随主流流出通道,而是形成了局部叶顶堵塞区;而对于170、225 mm两种间距,前级叶顶则几乎没有堵塞区,最终仅在后级形成了成熟的失速涡团。随着轴向间距的增大,由前级叶顶泄漏流发生前缘溢流及尾缘反流形成的堵塞区逐渐缩小,而由后级叶根吸力面径向涡流形成的堵塞区则逐渐增大,当前级叶顶泄漏流无法形成堵塞区时,失速类型就由前级叶顶泄漏流诱发的“突尖型”转变为由后级叶根径向涡流诱发的“局部喘振型”。

畸变进气对对旋风机单级运行内流特性及性能的影响

为对压入式矿用对旋风机在畸变进气条件下单级运行方案的合理选择提供理论依据,采用SST k-ω湍流模型对风机前级和后级叶轮单独运行情况下的内部流场进行非定常数值模拟,分析了均匀和畸变两种进气条件下单级叶轮运行时的内流特性,对比了全压和全压效率等风机性能参数。结果表明:当前级叶轮单级运行时,畸变进气对流动的影响集中在前级叶轮上游区域,前级叶轮出口直至扩散器区域内流动扰动较小;后级叶轮单级运行时,畸变进气加剧了前级叶轮作为前导叶对后级叶轮区域内流动产生的不利影响,两级叶轮内熵损失较均匀进气条件显著增大,扩散器内的湍流程度加剧。与后级叶轮单级运行相比,前级叶轮单级运行受畸变进气影响而导致的流动损失较小,全压效率提高约11%。

矿用对旋风机气固两相流磨损特性

为探索对旋风机在矿井含尘环境中叶片的磨损情况,以及颗粒长久性磨损造成叶片表面粗糙度增加的后果,基于SST k-ω湍流模型和Finnie磨损模型,利用多相流求解技术对FBD No.6.3矿用对旋式局部通风机进行气固两相流数值模拟,分析不同颗粒浓度和粒径条件下叶片磨损分布特征,探究叶片表面粗糙度对风机内部流场和整机性能的影响。结果表明:气固两相流场内颗粒浓度对叶片磨损率的影响较大,磨损率随浓度的增加而增大;叶片表面粗糙度的均匀和非均匀分布形式导致前缘和尾缘不同程度的能量耗散,在进行对旋风机气固两相非定常流动特性的分析时,应采用粗糙度非均匀分布的方法真实反映叶片粗糙度变化的影响;风机性能随叶片粗糙度的增大而降低,大流量工况下的影响更为显著,但随工作时间的增长,叶片表面粗糙度均匀性提高,流场恶化情况减缓。因此,适时修复或更换磨损叶片,有利于风机安全高效运行。

高湿环境下对旋风机内流场及噪声特性研究

为了研究矿井不同湿度环境下对旋风机内流场及气动噪声的影响特性,采用大涡模拟和FW-H声学模型对环境相对湿度分别为0、25%、50%、70%、80%、90%、100%条件下对旋风机流场进行数值模拟,分析内流场涡结构及气动噪声变化规律。结果表明:随着相对湿度增大,风机静压、功率和效率均呈线性趋势降低,风机叶顶泄露涡强度降低,在进出口的监测点上,声压级均有不同程度的降低;相对湿度每升高10%,压升降低2.08%左右,功率降低1.9%左右,效率降低0.57%左右,各监控点A声级降低0.9%。

矿用两级不同转速时对旋风机性能分析

以FBDNo.5对旋风机为例,介绍一种两级不同转速时对旋风机性能仿真分析方法。此方法主要采用Fluent流体力学计算软件,从功率特性和静压分布两个角度实现对旋风机的性能进行仿真分析。为确认仿真分析法的应用价值,将仿真分析法与工业性试验法进行匹配对比,最终确认仿真分析法获取的对旋风机性能分析结果精准性较高,可满足对旋风机性能分析使用需求。

煤矿对旋风机振动特性研究

基于煤矿对旋风机基本结构组成,介绍一种适用于煤矿对旋风机振动特性分析的仿真分析方法,此种方法可实现离心力作用下和气动力作用下的对旋风机振动特性仿真分析,进而为后续煤矿对旋风机结构设计及优化提供仿真分析方法参考。为进一步确认仿真分析方法的应用效果,将该方法应用于设计实践,并将仿真分析方法与实验法进行匹配对比。

对旋风机变工况下两级叶轮变转速匹配研究

为了解决对旋风机小流量工况下第二级电机易过载以及大流量工况下第二级叶轮压升低、效率低的问题,提出了不同工况对应不同两级叶轮转速的转速匹配方法。利用速度三角形推导出不同工况下两级叶轮转速匹配的计算公式。利用数值模拟的方法,分析并修正了两级叶轮转速匹配计算公式,结果表明:两级变转速匹配能够在保持整机压升不变时,均匀地分配两级叶轮的压升与轴功率,避免了二级电机过载的问题,提高了大流量工况的运行效率,扩大了高效工作范围。

对旋风机气动噪声声强及压力脉动分布规律的数值预测

将SIMPLE算法与RNG-ε湍流模型相结合,通过求解Navvier-Stokes方程,对对旋风机从集流器进口到扩散器出口全流场内的三维定常流动进行数值计算。求解区域采用非结构化网格进行离散,以进、出口压力为边界条件,采用运动参考系实现动-静界面间的数据传递。对对旋风机气动噪声分布特性进行数值模拟,预测对旋风机内部、外壳和叶片的声强级分布情况。采用快速傅里叶变换方法(FFT)研究两级叶轮区域三对干涉面因叶轮旋转和叶片振动引起的压力变化规律。研究结果对通风机结构的优化设计及噪声控制具有参考意义。

轴流对旋风机的设计和实验研究

给出了对旋轴流风机的一些参数，如速度比、两转子之间的轴向间隙等对其性能影响的实验研究结果．实验证明，当第２级与第１级转子的转速比为１５，轴向间隙距离为０３０～０２５倍第１级转子叶片弦长时，第１级转子的失速特性得到改善，风机的失速余度得到改进，风机的失速流量及压力增加．使用对旋风机级的型式可得到更经济更有效的轴流风机．

轴向间隙对对旋风机气动特性及总性能的影响

以一台矿用对旋风机为对象,采用CFD方法对6种不同轴向间隙方案下风机的气动性能进行了三维非定常数值计算,对不同轴向结构对风机压力脉动特性、性能和流场的影响进行分析研究。研究表明:对旋风机的非定常性受轴向间隙的影响较大,增加间距不仅能较好地削弱下游转子的位势干扰作用,同时也能降低上游转子的叶片尾迹影响;轴向间隙对风机效率、静压升以及两级效率、轴功率均有显著影响;增大轴向间隙会加剧掺混损失对风机性能的影响。

对旋风机级间流场涡量和噪声分布规律的分析

利用LES(大涡模拟)方法对一台对旋风机进行全流场非定常的模拟计算,获得风机内部流场的数值模拟数据。在对旋风机级间流场设置若干监测面,并在监测面的轮毂、流道和机壳位置分别设置监测点,并将对旋风机两级叶轮中间区域的涡量分布情况进行分析,研究对旋风机两级叶轮中间流场涡量分布的特点;利用FW-H噪声模型对对旋风机气动噪声分布情况进行模拟;研究涡量分布与风机噪声特性之间的关系。研究结果可为对旋风机气动噪声分析提供参考。

变工况下对旋风机的数值模拟实验

以对旋风机为模型,使用Fluent软件对模型风机内部流场进行数值模拟.控制方程基于求解三维雷诺平均守恒型定常Navier-Stokes(N-S)方程,选用Realizablek-ε湍流模型,近壁区域采用标准壁面函数,给出了求解的网格、边界条件,特别分析了两级叶轮间界面上数据传递的处理方法,利用该数值模拟方法分析在不同转速比的变工况下内流特征,为两级叶轮的匹配提供了数值实验依据.设计工况下性能CFD预测结果和实验气动性能结果相符合,表明所用的数值模拟方法进行性能预测有较高的精度和可靠性,同时为内部流动优化提供依据,是同类风机性能优化的一种有效方法.

基于内部流动数值模拟的对旋风机设计

通过流体力学专业计算软件Fluent模拟2种方案:(1)前级叶片为圆弧板形、后级叶片为机翼形;(2)前级为机翼形、后级为圆弧板形,获取风机流动的一些重要参数。通过对比,发现第2种方案的流场更优、风机效率更高。从而依据第2种方案设计对旋风机。

对旋风机两级叶轮等功率R2变转速试验研究

为了解决对旋风机第二级叶轮过载、运行压升及效率过低的问题,提出了两级叶轮等功率第二级叶轮变转速运行方法,搭建了试验平台进行风机的性能对比研究。研究表明:两级叶轮等转速运行时,第二级叶轮在小流量工况时功率迅速增大,易产生过载现象;在大流量工况时功率迅速减小,使得整机的压升与效率迅速下降。采用两级叶轮等功率第二级叶轮变转速运行,能够减小小流量工况第二级叶轮的功率负荷,从而避免第二级电机过载;能够增加大流量工况整机的压升与效率,从而增大整机的高效工作范围及阻塞裕度,拓宽对旋风机的使用范围。

10kV对旋风机软启动及触发技术研究

常规的晶闸管斜坡调压软启动方式和晶闸管触发系统对10 kV系统下的异步电机难以获得良好的启动效果。为此提出了基于续流角增量的定子电压补偿方法和模糊恒流启动控制方式,基本消除了大功率电机启动过程中的电流过大和电流振荡。晶闸管采用高频电流源触发,解决高压侧和低压侧隔离触发的问题。基于以上方法的新型软启动器在10 kV对旋风机上获得了不错的应用效果。

新叶形对旋风机噪声特性研究

以C-4原始翼型为基础,设计正向对称双头尖和双头钝2种新叶形。计算研究3种叶形对旋风机正反风性能,设计工况噪声声压及其频谱特征。结果表明:3种叶形对旋风机正反风性能良好。双头钝叶形较原始翼型风机平均总声压值在进口降低2.2 dB,在出口降低4.27 dB;双头尖叶形声压值较原始翼型风机总声压略有增大。在两级叶轮叶片通过频率叠加频率附近区域,3种叶形噪声水平在整体频率范围内均最高,其中双头钝叶形噪声最低,声压值分别低于原始翼型和双头尖叶形约3,7 dB。

对旋风机轴向间距对其性能及流场的影响研究

以FBD8.0对旋风机为研究对象,利用计算流体力学软件FLUENT对四种不同轴向间距下对旋轴流式通风机内部流场及其性能进行研究。结果表明随着两级叶轮轴向间距的增加,对旋风机效率先增大后减小;一定范围内增大轴向间距减小了两级叶轮的相互干涉,有利于气流均匀化;两级叶轮的相互干扰主要体现在第一级叶轮对第二级的干扰上,第二级对第一级叶轮有干扰但是作用不明显。轴向间距的减小则会使轴向间距内产生较严重的涡流现象,增加涡流损失。而过大的轴向间距不仅会增加风机的轴向尺寸,还会造成压力损失增加,导致风机压力、流量以及效率均有所降低。

对旋风机的改进设计

分析了对旋轴流式通风机容易烧毁电机的原因，指出了其在结构设计上的不足并提出了改进设计方案。应用于ＫＤＦ系列对旋轴流式局部通风机的制造中，明显提高了对旋风机的使用效果。