Расчет регулировочных характеристик осевых вентиляторов со сдвоенными листовыми лопатками рабочего колеса Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© Н.А. Попов, И. А. Юркин, А. С. Белоусова, 2006

УДК 622.44

Н.А. Попов, И.А. Юркин, А.С. Белоусова

РАСЧЕТ РЕГУЛИРОВОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОСЕВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ СО СДВОЕННЫМИ ЛИСТОВЫМИ ЛОПАТКАМИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА

Неделя орняка-2005 семинар № 16

Ту азвитие шахтного вентиляторо-строения направлено на создание более экономичных и универсальных осевых вентиляторов, работающих в широком диапазоне режимов с высоким эксплуатационным КПД. Вентиляторы должны обладать свойствами адаптивности к изменению характеристики сети за срок службы шахты, а также обеспечивать хорошие регулировочные характеристики для посменного и суточного регулирования производительности в зависимости от фактического газовыделения и пылеобра-зования в шахте.

При создании нового поколения высоконапорных реверсивных и регулируемых на ходу осевых вентиляторов требуется решить ряд задач, к которым относятся: выбор аэродинамической схемы и определение оптимальных расчетных параметров вентилятора; аэродинамический расчет геометрии лопаток рабочего колеса (РК) и аппаратов (спрямляющего СА и направляющего НА); расчет аэродинамической характеристики вентилятора в рабочем диапазоне изменения его производительности; расчет аэродинамических характеристик вентилятора при его регулировании поворотом лопаток РК или НА.

В настоящем докладе обсуждаются вопросы расчета регулировочных характеристик осевых вентиляторов со сдвоенными листовыми лопатками РК на примере шахтного вентилятора ВО-ЗОВК, выполненного по аэродинамической схеме

колесо + спрямляющий аппарат (К+СА) [1].

В отечественном шахтном вентилято-ростроении аэродинамические регулировочные характеристики новых осевых вентиляторов в основном получают экспериментально, при аэродинамических стендовых испытаниях опытно-

промышленных вентиляторов или пересчетом по формулам подобия с аэродинамических моделей вентиляторов. В то же время в ведущих научных организациях [2] выполнен большой объем теоретических и экспериментальных исследований осевых вентиляторов и получены обобщенные зависимости, пригодные для расчета регулировочных характеристик осевых вентиляторов.

Согласно [2] для схемы (К+СА) регулировочные характеристики осевого вентилятора с поворотными лопатками РК, при различных углах установки лопаток, можно рассчитать по известной исходной аэродинамической характеристике и геометрии лопаточных венцов.

Исходная аэродинамическая характеристика вентилятора включает зависимости, от коэффициента среднерасходной скорости ра, коэффициентов теоретического давления ут (ра), полного давления !//(ра), полного КПД цра) и мощности которые для решеток со сдвоенными листовыми лопатками, с определенными допущениями, можно рассчитать по

заданной (расчетной) геометрии лопаточных венцов с использованием теоретических характеристик и экспериментальных зависимостей плоских и кольцевых решеток [3].

Порядок расчета регулировочных характеристик можно принять следующим.

По исходной характеристике при расчетном угле установки лопаток в* для режима, характеризуемого расчетными значениями коэффициента расхода р* и

максимального КПД п*, подсчитываются

*

угол атаки ах* на входе потока в решет*

ку и угол отставания аг* потока при выходе из решетки профилей РК [2,3]

а1* = вк -$к - Р\

а.-в'к+эк -вг

(1)

ац = а-\» + т

* * » /і аг і = аг»+ тг Двт-

(3)

При АвК! < 0 рекомендуется принимать Ш\ = 0.435, а при А0к, > 0 - ш\ = 0.5 [2].

Используя (2) и (3), находим значения среднерасходной скорости и коэффициента теоретического давления /Т ,

соответствующие режиму максимального КПД при угле 0К!:

Раі =

¥п =

2гр*а1 (гідр) - Сідвгі),

(4)

где Зк - половина угла изгиба профиля лопатки со средней линией - дугой окружности; Рі*, вг» - углы входа и выхода потока из решетки (определяются при расчете исходной аэродинамической характеристики вентилятора [3]).

При другом угле установки вкі определяются значения:

Двкі = вкі - вк

Др =(1- тг, (2)

где (і = 1,6), т2 берется по рис. 4.22, б [2]. По значениям Двкі и ДРг,- вычисляются углы а» и а», соответствующие угау вк-,:

+ т^ Др» - а! * + т^ ( - тг)Д вю ,

где в2, = в* + Ав* - угол выхода потока из решетки при угле вК! ;

в11 = 2вк - а* , - а* - в2* , - угол входа потока в решетку при угле вк,■; г - относительный средний радиус лопаточного венца; 5Х - угол между направлением

абсолютной скорости потока и фронтом решетки профилей (для схемы К+СА угол

5Х = 900).

Величины максимального КПД у* и

полного давления // при угле вк1 находятся с использованием обобщенной зависимости

У/У* = * (р / Р**) (см. рис. 4.24 [2]) (5) при заданной густоте Т решетки РК. Величины у* и р*а* соответствуют исходной характеристике и являются заданными. Обозначим коэффициент

а * I * ^ , а ^

к у = у щ* , который находится из (5) при известном отношении ры/р** . Тогда

Уг = Кщ ■ У* , /г = Уг • /Тг . (6)

Следующим этапом является определение угла отставания потока а2 ^ при

различных значениях р^, у = 1,2,3... по исходной характеристике при угле уста-

новки

і = вк +&к - рг і ■

где вг і - агссід

1

ґ

Раі

Г -

/ті

г г

л

- сідд1

После чего строится зависимость г і

(«27 -а2*)= Г{Ре] 1р'аХ (7)

которая имеет линейный характер и для данного вентилятора практически не зависит от угла установки лопаток [2]. Зависимость (7) используется для определения угла а2] при различных ре] на угле

вкI по уже известным а2 ,■ и р],, тогда

а2 ] = а2 ] + а21 > в2 ] = вК1 +$к -а2]>

где а^] = а2] - а^1 - находится из графика (7).

Мощностная характеристика Л = f(ре]) при угле вк, рассчитывается по формуле

Л] = / ■ ре] • (1 - V2), (8)

где коэффициент теоретического давления определяется по выражению

/ = 272 - 27р](сОД + &дв2]) ;

(9)

V - втулочное отношение РК.

Зависимость полного КПД щ = f р]) рассчитывается по исходной характеристике, для которой по различным ре]/р]*

подсчитываются (П]/п*\а на угле в* и строится зависимость

((/(*1** = f [ре] / р е*). (10)

Так как линии равных значений р] Iр]* для всех вентиляторов могут

считаться одинаковыми, то из (10) находятся значения щ/П при расчетном угле в*. Далее по графику (рис. 4.26 [2]) определяется

= Г(Дв)) в зависимости от ра] Iр* . Так как значение максимального КПД Щ при р*а известно, то для различных рау определяются

значения щ при угле ві и строится зависимость щ — Г р ).

По известным значениям щ и /ту

на угле вкі рассчитывается коэффициент полного давления // — щ ■ //^ и строится зависимость //— f (р).

Аналогично рассчитываются регулировочные характеристики осевого вентилятора на других углах вкі .

Предложенный способ построения регулировочных характеристик разработан при значениях углов поворота лопаток от расчетного

+ (б -100 )>Двк >-( 15 - гО0 ).

Экспериментальная проверка результатов расчета регулировочных характеристик осевого вентилятора с профильными лопатками [2] показала, что при работе на данную сеть ошибка в производительности меньше 3 %, а ошибка в КПД меньше 2 %, т.е. точность расчета регулировочных характеристик можно считать вполне удовлетворительной.

В соответствии с изложенным выше разработан алгоритм и в качестве примера выполнен расчет регулировочных характеристик шахтного осевого вентилятора ВО-30ВК (схема К+СА) со сдвоенными листовыми лопатками РК. Ниже приведены некоторые исходные данные для рассмотренного примера: Б= 3 м - диаметр РК; п = 750 мин'1 - частота вращения вен-

Рис. 1. Расчетные регулировочные характеристики вентилятора ВО-ЗОВК (в — 34.30 - исходная характеристика): а - зависимость мощности Л(ра) , б - КПД Т)(ра), в - полного давления /ра )

тилятора; V =0.6 - относительный диа- метр втулки РК;

0.6

0.5

ОЛ

0.3

02

0.1

» 1 ^ цр ом

и

\ \ \o_ij \ \ \ п ^\Л

10 го І5* 10* Ь°

№

0.1

0.2

0.3

2К = 8 - число лопаток РК; 23 - число

50.,, _Л. -,0.

лопаток СА; вк =34.3°;

Vк =31.20;

Рис. 2. Расчетные аэродинамические характеристики шахтной установки с вентиля-тором ВО-30ВК (схема К-СА, V — 0.6 ,

С— О.г? );

------характеристика с учетом эксперимента; Ц/^р и рр - значения коэффициентов статического давления и производительности на расчетном режиме установки

г — 0.825; т1 — 0.5 ; т1* — 0.435 ; тг — 0.046 ;

Тк — 0,806 - густота решетки профилей

РК; 51 — 900 ; в» — гг.б0 ;

в»— 40.40 ; / — 0.781; 0.753; 0.688;

0.625; 0.56, соответственно при ра — 0.28;

0.3; 0.347; 0.4; 0.45. Параметры исходной аэродинамической характеристики

^(ра )щра )/(ра) на расчетном угле

вК*— 34.3 0 представлены на рис. 1.

Анализ регулировочных характеристик вентилятора ВО-30ВК (рис. 1) показывает, что в диапазоне изменения коэффициентов полного давления у — 0.45 - 0.6 и среднерасходной ско-рости

р а — 0 . г - 0 . 5г5 полный КПД вентилятора имеет достаточно высокие значения и изменяется в пределах щ — 0.8 - 0.86 .

На основе регулировочных характеристик (рис.1) рассчитаны нвродашари-атеристики шахт-ной установки с вентилятором ВО-30ВК (рис. 2), при

оЛ

этом коэффициент потерь давления в установке принят С — 0.г7 [4].

На рис. 2 видно, что в диапазоне статического КПД установки с вентилятором ВО-30ВК г/'$ — 0.6 - 0.8г (в зоне экономического использования вентилятора) достигаются значения коэффициента статического давления установки в пределах

/ — 0.г5 - 0.56 при изменении коэффициента расхода в диапазоне р — 0.13 - 0.38 .

Заключение

С использованием результатов теоретических и экспериментальных исследований осевых вентиляторов с профильными лопатками рабочего колеса разработана методика расчета регулировочных характеристик осевых вентиляторов со сдвоенными листовыми лопатками, позволяющая на стадии проектирования вентилятора оценить диапазоны изменения коэффициентов полного и статического давлений, расхода и мощности в зоне экономического использования вентилятора.

1. Петров Н.Н., Попов Н.А., Батяев Е.А., Новиков В.А. Теория проектирования реверсивных осевых вентиляторов с поворотными на ходу лопатками рабочего колеса//ФТПРПИ. - 1999, № 5. - С. 79-92.

2. Брусиловский Н.В. Аэродинамический расчет осевых вентиляторов. - М.: Машиностроение, 1986. - 288 с.

3. Попов Н.А., Петров Н.Н. К вопросу расчета аэродинамической характеристики шахт-

ного осевого вентилятора с поворотными на ходу лопатками рабочего колеса//Горный информационно - аналитический бюллетень. - М.: Изд-во МГГУ, 2002. - № 2. - С. 211-215.

4. Захарчук Г.И. Рациональные компонов-

ки выходных элементов шахтных установок с осевыми вертикальными вентиляторами // Стационарное оборудование шахт. - Донецк: ВНИ-ИГМ им. М.М.Федорова. - 1987. - С. 156-164.

— Коротко об авторах

ПоповН.А., Юркин И.А., БелоусоваА.С. - Институт горного дела СО РАН, г. Новосибирск.

--------------------------------------- © А.К. Семенченко, О.Е. Шабаев,

Д.А. Семенченко, Н.В. Хиценко, 2006

УДК 622.232

А.К. Семенченко, О.Е. Шабаев, Д.А. Семенченко,

Н.В. Хиценко

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЕКТОРА ВНЕШНЕГО ВОЗМУЩЕНИЯ НА АКСИАЛЬНОЙ КОРОНКЕ ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА

Неделя орняка-2005 семинар № 16

Гехнический уровень и эффективность работы проходческих комбайнов в значительной степени определяются параметрами коронки исполнительного органа и его привода.

Необходимость обеспечения высокой конкурентоспособности отечественных

проходческих комбайнов делает актуальной задачу выбора на стадии их создания и модернизации оптимальных параметров аксиальной коронки, которой в настоящее время оснащаются многие комбайны. Успешное решение этой задачи может быть достигнуто на основе математической мо-