CC BY
30
пне электрических машин. Отсюда можно сделать вывод, «по отказы данных электрических машин происходят но следующим ОСДОвиым причинам: недостатки в Техническом обслуживании и ремонте: нехватки запасных Частей; конструктивные недоработки узлов агрегатов.
БИШЮПЛФИЧВСКИЙ а 1ИСОК
1. Эксмухати^иониаянадежность и технические обслуживание экскаваторов ЭКГ-8 и ЭКГ-8И / иод ред. А. Е. Тропа. Свердловск: СГИ, »971. С. 12-li
2. Палубе!«В. А., Гояамидав И. Н. О статистической оиснкс надежности электромеханическою оборудования карьерных экскавагоров/' Изв. вуэоа. Горный журнал. 1 № 7. С. 25-32.
УДК 622.44
оптимизация параметров вихревых камер рабочих колес газоотсасывающих вентиляторов
С. А. Волков
На базе метода распределенных особенностей с попользованном »лрывкой схемы обтекания лопаток рабочего колеса вентилятора и уточненной пиютезд Прзидтля получены уравнения для расчета энергетических характеристик вяхрсисточннка и геомсгричоекга. параметров внхревой камеры, обеспечивающей устранение отрывною вихреоОразоваиия. Экспериментально доказано существенное повышение КПД •ентнлятора с вихревыми камерами в лопатках рабочих колее, что позволяет решить актуальную задачу увеличении экономической эффективности шахтных всптилящюнных систем
Ключевые слова: пихреиеточник, вентилятор, энергетические характеристики. мстОДраспределении* • собенностен гипотезы Прандтля
On the basis of в method of distributed peculiarities w:tb application of separating scheme of blades llow of •■cwiliitor working wheel and a clarified Pnuidtlya hypothesis some equations are received for calculation of power charaaensiiscs of eddv source and geomcuical pammcters of eddy chamber, providing elimination of ¿cparatinjj cddy-fomiation. Experimentally some essential increase ofCUA (KPD) of a ventilator with eddy :Limbers in blades ol a working wheel was proved, h allowed lo solve an actual lask oi economic efficiency ncTcase of mine ventilation systems.
Key wnrik: eddy source, ventilator, power chunjrlens'ics. method of distributed peculiarities! of Prandatlya hypothesis.
При проектировании высоконагружснных. экономичных радиальных аэродинамических схем наиболее целесообразно формировать ;р£.чельныс значения их геометрических пара ветров, максимально влияющих ив аэродинамическую нагружснность при минимуме ни-¡енатпосп! отрывного вихреобразовання. При •том параметры иихревых устройств необходимо определять нз условий устранения отрыва пограничного слоя в заданном диапазоне режима работы круговой решегкм профилей.
Мсжлонагочныс каналы рабочего колеса ; гэоогсдсыаающего вентилятора представля-
ют собой диффузоры, следовательно, течение в них происходит с положительным градисн-р:>м давления. Пограничный слой, образующий поверхностный слой Прайд I ля [3], выряжен распределенной по поверхностям лопаток рабочего колеса вихревой пеленой. Её форма, о грсделясмая влиянием вязкости н днффуэор-н хти, зависящей от геометрических парамет-ров рабочего колеса и кинематики потока па входе, характеризуется нолем скоростей у по-верхностн лопаток. При возникновении большой местной диффуЧорнОСтн. обусловленной отклопеннем режима работы вентилятора
от оптимального, возникает значительный градиент скорости в направлении движения, «по привадит к появлению в пограничном слое области заторможенного потока или обратного течения. Укатанная зона соответствует началу отрыва пограничного слоя и формированию 81НП по погону обдаст» интенсивного отрывного вихрсобразовання. приводящего к потере давления в межлопаточных каналах.. Дде восстановления безотрывного обтекани» необходимо создание такой вихревой системы, которая компенсировала бы отрицательно* влияние градиента скорости в направлении движения потока в области пограшпиюго слоя и способствовала появлению сил. прижимающих его к их поверхностям. Этому соответствует1 определенным образом застабилизнро-ваниын вихренсточник управляющего потока.
Качественно процесс обеспечения безотрывного обтекания лопаток рабочего колеса при значительной диффузориости течения с помощью внхреисгочипка можно объяснить как результат силового взаимодействия его с основным потоком. На рисунке показаны эпюры скоростей и силы, действующие на завихренную струю управляющего потока в межлопаточном канале вращающегося рабочею колеса вентилятора, при расположении внхрснсточника » хвостовой части лопаток. При выходе- управляющей струн инхреисточ-кика непосредственно в зону начала отрыва Потока (см. рис. I, а) деформация поля скоростей. вызванная действием вихревой струн, приводи) к возникновению на ее поверхности системы вихрей с интенснъностямн Р[ и Р} соответственно со стороны поверхности ло-
патки, где обратное течении уже имеет мсс ; и ядра нотокз. где оно отсутствует На лани ■ «ихревую пелену будут действовать силы -определяемые теоремой Н. Е. Жукове к«:-, направленные в данном случае к поверхно. • лопатки, противодействующие центробежи... силам инерции Ä, и совместно с корнолисоз.* силой инерции Ry обусловленной нращешхч рабочего колеса я относительным двнженжг» затока, дающие результирующую силу 4 полжагпя струн к ней. С увеличением скористп и расхода управляющего потока действие указанных сил Rr R, увеличивается, происходит насыщение пазя скоростей пограничного слоя, наступает режим, при котором ликвидируется отрывное внхреобразованне и устанавливается квазнсовершеннос течение.
Подача завихренной струн управляющее потока вихре источника в зону сформировав шегося отрывного течения (см. рис. J. 6) несколько изменяет характер силового взаимодействия ее с основным потоком. Возникающие по указанным выше причинам силы F /?,, вызывая частично размывание управляя -шей струи, способствуют устранению обра;-иого течения над ней. после чего процесс натекает аналогично описанному вы[ис.
Таким образом, в данном случае несколько снижается эффективность действия вихре-источника. но. как и рапес. лостш яется устранение отрывного вихрсобразовання
Расчет оптимальных параметров вихреис-Точннка применительно к рабочему kojiccn тизоотсасывающего вентилятора наиболее :к|)фектнвно решать на основе отрывной схемы течения, причем необходимо, чтобы кон-
Сояовое взинмодейсгпне внхрсисточника н штокав межлоиаточном канале рабочего касса:
•I ннхреисто'шик л тис ичнлла <-гп/>ы,;ц потока; ft яихреиеточнше я зоне сфпрмиронавшвгося отрьмиого течении
грстныи вид ее »«с влиял на порядок расчета коэффициентов расхода ди н циркуляции р, чххреисточнико.
В связи с этим в работе предложено решение задачи с помощью метода распределениях особенностей на базе отрывной схемы об-. екания 1Ю1ШТ0К рабочего колеса вентилятора •деадьным сазом и теории турбулентных лруй [5].
Это позволяет течение и проточной часта рабочего колеса, включающей толщину ! вытеснении пограничного слоя на поверхностях эигапж и дисков и зон отрывного вихреобразо-<ання в межлопаточных каналах, считать 1 -отенцнальным. Поэтому с достаточной сте-=енью точности можно использова л» применительно к нему принцип суперпозиции, то ссть вписать его сложением полей скоростей от хкхреист очников, расположенных н центре решетки лопаток и на их поверхности, и стоков, моделирующих указанное течение. При равенстве мощностей стоков и вихреисточни-»в будет иметь место безотрывное обтекание лопаток рабочего колеса, если же мощность источников больше мощности вихренсгоч-•лков. реализуется отрывнпс течение [5]
Согласно Л. Пращщпо [3]. «движение тела вызывает во всей области жидкости, за исклю-•лием кильватерной зоны, такое же течение, s» нсти'шив». На базе этою понижения можно
¿Симулировать гипотезу, характеризующую иизм взаимодействия вихрен сто чинка и юти. Вращение тела с бесконечным чне-лоиаток вызывает такое же течение в «пакости. как вихреисточник, за исключением •Хмасти, ограниченной телом. Тогда из теоремы момента импульсов и закона сохранения ткергнп следует, что гидравлическая мощность вичреисточников моделирующих рмггему, равна потерям энергии в рабочем шлесе AK't.
Учитывая. что давление Р соответствует ♦перпи! единицы объема Qt, и выражая гидравлическую мощность вихренсточинков •ггреэ его Циркуляцию и расход, получим
О ¿te*
(I)
•йс С. - статический коэффициент потерь ¿деления в проточной части рабочего колеса;
yp=ctg
Чу
рЛ
коэффициент реактивности
йнхренсго'пшка; Ьс - относительная ширина
рабочего колеса на входе в вихревое устройство.
Поток внутри лопаток отсутствует, поэтому потребная лля безотрывною обтекания мощность вихренсточников, размещенных на лопатках в зонах отрывного аихреобразования. будет равна половине мощности вихренсточ-ников, моделирующих отрывное обтекание. Данное утверждение получило экспериментальное подтверждение н опытах но устране-«опо отрыва потока при обтекании кругового цилиндра путем отсоса тираничного слоя [ I).
Следовательно.
Чс
1 +А'
(2)
Сточки зрения гидродинамической аналоги! завихренную струю управляющего потока впхреисточннка можно рассматривать как еэвокупноегь распределенных стоков. Принимая, что мощность стоков равна начальному расходу управляющего потока вихре источника, получим:
Чш
1 + А"
(3)
Найденное выражение для коэффициента расхода управляющею потока вихреисточин-ка отличается достаточной простотой, и. что •■»тень важно, лая его расчета может быть использован богатый экспериментальный материал по определению статических коэффициентов потерь давления о рабочих колесах вентиляторов.
Для расчета коэффициента циркуляции управляющего поюка внхреисгочннка необходимо установить его связь с объемом эжектн-руемого им воздуха. Воспользуемся распределением скоростей в плоскости, заполненной турбулентной струей, полученным Г. Гертлс-ром интегрированием уравнений пограничного Слом с использованием гипотезы Л Пранлтля о длине пути турбулентного перемешивания №
г**
кб"'-*^
где .v. V продольные координата и скорость: у, V поперечные координата и скорость; ./.-начальный кинематический импульс вихрсис-точннка; С. эмпирическая постоянная характеризующая полноту профиля скоростей н зависящая ос степени турбулентности струи и потока.
В работе использовано значение С,7,67, полученное Г. Рейхардтом [5J. Из соотношений (4) следует выражение для объема ожсктиру-емого вихренсточиика воздуха:
{¿ели учесть, что при выводе формулы (Л не принимались во внимание потерн энергии э управляющем потоке, которые зависят с: толщины струи вихренсточиика. можно сле-лать вывод, что эффективность его воздействия на характер течения в межлопаточнь » каналах зависит от геометрических параметров, режима работы вентилятора и геометр» ческнх характеристик вихревой камеры.
Для подтверждения гипотезы о равенстве объема, >жсктнруемого управляющей струш воздуха, и расхода управляющего а ото о вихрсис точника воспользу емся эмпирнчссю» соотношением, связывающим их 11 ]:
3J0x
~с7~
<5)
Поскольку в данном случае рассматривается иолуограниченная струя управляющего потока, принимая плоскость симметрии нормальной струн за твердую непроницаемую стенку и пренебре!ая потерями энергии э пограничном слое, получим с учетом геометрических параметров межлопаточных каналов
9м ЗА,
I'
где избыточный расход управляющее потока, т. е. расход, определяемый избьппчнт радиальной скоростью вихрсисгочника.
Тогда применительно к рабочему кола,-« (6) примет вид
«„-0.31
(6)
где /»„ - олюснгсльнаязхжщина выходного сечения вихревого устройства: dy отиоситсль-
ный диаметр вихревою устройства; /„ длина входного канала вихревою устройства
После соответствующих преобразований получим:
<1П|
(7:
Произведя необходимые преобразования уравнения для коэффициента циркуляции управляющего потоки вихревого ус тройства, обеспечиваю/пего устранение отрывного обтекания, получим.
Оптимальное значение диаметра вихре» -J камеры, при котором достигается найбольш»* циркуляция управляющего потока при прочли равных условиях, определим по формуле
ПИ
Для вывода уравнений, связывающих геометрические параметры вихревого устройства с энергетическими характеристиками управляющего потока и режимом работ ы вентилятора, достаточно использовать обобщенное уравнение Бернупли. При этом избыточное давление, создаваемое вихревой камерой, необходимо определять по формулам, приведенным в работе [4] для рабочих колес с вперед загнутыми лопатками, каковыми являются рабочие поверхност и вихревой камеры с упюм поворота от 0я. до рж< !К0*.
Таким образом, применение внхреисточ-ннков на лопатках рабочих колес газоотсасы
по--
иошнх вентиляторов позволило усграшггь .трывное внхреобразованне н межлопаточных каналах, тем самым решив весьма актуальную задачу повыше»»« экономической эффек-тиностн шахтных вентиляционных систем в аировом Диапазоне изменения их параметров а счет повышения КПД вентилятора на •¿расчетных режимах их работы Проведен-•ые экспериментальные исследования на базе «нтнлягора ВЦГ-7А показали, что повышение: <ПД на номинальном режиме составляет 2 %, -л нерасчетном режиме </ - 0,4<у _ повышение К7Ц] составляет 14 %.
БИКПИОГРЛФПЧБСасИЙ СПИСОК
I Baciai,си Л Я О мощности, потребляемой для устранения отрыва поюкз на крупюм цилиндре И Материалы по итогам научно-исслеловательсквх работ самолетостроительною факультета 'ГашПИ. Ташкент ГашПИ, 1972.вып. »5. С. 43-48.
2. Повышение аэродинамической погруженности центробежных «ентиытпров/Ъ. Н. Макаров, С. В. Белов. В. ». Фомин. С. А. Волкон // Изв. вузов. Горный журнал. 2008. № 6. С. 55-59.
3. П[шндпчьЛ.. Титьеис О. Гилро- и аэромеха-
инка. М.:ОНТИ НКТПСССР. 1935. т. 2.283 с.
4. Центробежные вентиляторы ! под ред Т. С Сопомахивой [н др.]. М: Машиностроение. 197.5. 416с.
5. ШшхтингГ. Теория пограничного слоя. М. Наука. 1974.687 с.
УДК 622.44
аэродинамическая характеристика центробежного вентилятора с радиальным энергетическим регулятором
В. И. Фомин
С нснолмованнем метода конформных преобразовании получено уравнение идеальной аэродинамической характеристики центробежного вентилятора со встроенным в него радиальным энергетическим rcryaxrojjoM Установлено. что характеристика вентилятора имеет яино выраженный начиненный характер. Указанное позволяет существенно увеличить глубину экономичного регулирования гаэоотеасывающнх вентиляторов с радиальным энергетическим регулятором, тем самым существенно повысить эюономичес-г.ю эффективность шахтных вентиляционных систем, что позволяет решить актуальную задачу обеспечена* конкурентоспособности горных предприятий
Ключевые слова: аэродинамическая характеристика, радиальный энергетический регулятор, лркуляния, расход, внхрексточник.
Using a method of conform transformations an equation was received with ideal aerodynamic characteristics oi centrifugal venulator with a built-in radial power regulator. Il is established thui ventlatnr characteristics have vividly pronounced non-linear character. This allows to mcreasc greatly intensity of economic regulating of ris-renwvxng ventilators with radial power regulator, thus lo increase greatly economic efficiency of mine •eruibition systems and to solve the actual task of mining enterprises competitiveness.
Key words', aerodynamic characteristics, radial power regulator, circulation, consumption, eddy source.
