矿用压入式轴流主通风机进气风道内气流稳定性研究

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对于以压入式工作的矿用主通风机来说,带有90°弯管的进气风道内气流的均匀性和稳定性,对风机的实际运行性能和叶片工作的安全性具有非常重要的影响。国内某煤矿以压入式工作的FBCDZ-10-No36型矿用轴流主通风机,在进气风道的入口安装了片式消声器,运行仅1个月后,发现第一级叶轮有多个叶片表面出现了裂纹。分析认为,叶片表面出现裂纹可能是第一级叶轮上游风道内不稳定性气流引起的激振力对叶片造成的疲劳破坏所致。为此,本文对进气风道内的非定常流动进行数值模拟与分析,揭示造成叶轮入口气流不稳定的机理,并对进气风道进行改进,以提高风道内气流的均匀性与稳定性。  首先,对安装消声器前后的进气风道入口段进行几何建模,采用大涡模拟(LES)方法对其内流场进行数值模拟,分析影响风道内气流稳定性的因素。在进气风道内主流方向上,气流流动受到吸声片尾迹卡门涡街阵列、弯曲管道流动、拐弯段内侧与外侧分离流动的共同作用。风道内具有复杂二次流结构,二次流与主流的叠加加剧风道内流场紊乱,形成不稳定的叶轮进气条件。  其次,从优化风道几何参数和改变吸声片尾部结构两方面对安装消声器后的进气风道进行改进,并对改进后的进气风道入口段内流场进行数值模拟。结构改进后,在吸声片尾部没有发生明显的旋涡脱落,风道拐弯段外侧流动分离基本消失,减弱了风道内二次流的影响,提高了叶轮入口气流稳定性与均匀性。  最后,对比分析安装消声器前、后和进气风道结构改进后三种情况下叶轮入口截面气流速度以及压力脉动幅值的大小。安装消声器后,叶轮入口截面气流的速度以及压力脉动幅值增大,对通风机叶片的安全运行不利。风道结构改进后,降低了速度以及压力脉动幅值,提高了第一级叶轮入口截面气流稳定性。  目前国内外有关矿用压入式轴流主通风机带有90°弯管的进气风道内气流均匀性和稳定性方面的研究较少,本文的研究结果可为以压入式工作的矿用主通风机进气风道的结构设计和优化提供参考依据,对于提高叶片工作的安全性具有重要的工程应用价值。
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