矿用对旋风机运行前期性能优化及小流量工况流场研究

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对旋轴流风机具有结构紧凑和效率较高等优点,广泛应用于大型煤矿通风系统。在煤矿生产应用中,风机选型设计时通常考虑矿井开采中后期对通风能力的要求,因此风机在矿井生产前期时能量富余较多,风机提供的通风能力和实际需求不匹配,需要进行性能调节,并且在生产前期,对风机调节不当易造成风机在其小流量工况下运行,存在效率不高和安全隐患等问题。本文在充分调研的基础上,从轴流风机基本理论出发,以确保矿井合理通风、提升对旋轴流通风机运行可靠性和效率为目标,基于实验测量数据,研究了矿井生产前期时对旋轴流风机不同调节方式对风机性能参数的影响规律,通过数值模拟方法对小流量工况下风机流场进行了研究,以指导矿用对旋轴流风机的性能调节。  研究表明,改变叶片安装角度、单级运行、减少叶片数量是对旋轴流风机在煤矿生产前期常用的调节方式。调节叶片安装角度可以较好地改变风机性能,在设计安装角附近最高效率可达到 81.66%;风机在小角度状态下运行时,流量和效率均下降明显,叶片安装角βa=25?/20?时,最高效率为 62.87%,且风压仍偏高,可辅以节流调节,但会降低风机运行效率;采用风机单级运行并且减小叶片安装角的方式进行调节时,压力下降2/3左右,效率约60%,由于功率减半,经济性基本得到保障,可应用于矿井生产前期的运行工况调节;调节风机叶片数量时,当风机叶片数量减半并且减小叶片安装角时,其流量和压力均降低明显,比较符合矿井生产前期的运行要求,效率下降不明显,βa=37?/32?时,最高效率仍可达到 77.57%,综合性能较优越。风机在小流量工况下运行时,叶片压力面上压力整体变大,压力较高处向叶片顶部移动,使叶片顶部受到的气流冲击逐渐变大;吸力面上的气流分离逐渐加重且气流攻角发生变化;压力场压力梯度增多,叶轮叶顶部位叶片两侧的压差不断变大,叶顶间隙处泄露加剧。  因此,在矿井开采前期,仅靠调节叶片安装角度的方法无法实现经济合理通风,为较好地满足前期巷道内对流量和风压要求较低的工况,需辅以减少叶片数量或风机单级运行的调节方法。风机在其小流量工况下运行时性能下降明显,如流量过小风机会进入非稳定工作区,危害性较大,应及时对风机进行按需调节,避免风机处于小流量工况下运行。
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