К вопросу расчета геометрии лопаток спрямляющего аппарата осевых вентиляторов главного проветривания шахт Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

2. Репин А.А. О моделировании проходки скважин в грунтах. // Гор-ный информационно - аналитический бюллетень. - 2000. - № 8.

3. Динник А.Н Избранные труды. - Киев: Изд -воАНУкр. ССР, 1952.

4. Основания и фундаменты. Справочник. / Под ред. Швецова Г.И. - М.: Высшая школа, 1991.

5. Чередников Е.Н. О взаимодействии пневмопробойника с грунтом. //ФТПРПИ. - 1980. - № 4.

6. Тупицын К.К. О взаимодействии пневмопробойника с грунтом. // ФТПРПИ. - 1970. - № 3.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------------------

Каменский Вениамин Викторович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник,

Репин Анатолий Антонович - кандидат технических наук, заведующий лабораторией горного машиноведения,

Институт горного дела Сибирского отделения РАН.

----------------------------------------- © Н.А. Попов, Е.А. Батяев,

И.А. Юркин, А. С. Белоусова, 2004

УДК 622.44

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

К ВОПРОСУ РАСЧЕТА ГЕОМЕТРИИ ЛОПАТОК СПРЯМЛЯЮЩЕГО АППАРАТА ОСЕВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ ГЛАВНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ ШАХТ

Семинар № 17

~П условиях роста неравномерности вы-

-Я-М деления вредных примесей в шахтную атмосферу для повышения эффективности систем проветривания главные вентиляторы должны иметь необходимые регулировочные и реверсивные характеристики и обладать достаточными адаптивными свойствами.

В процессе разработки новых высоконапорных реверсивных и регулируемых на ходу осевых вентиляторов важным этапом является выбор и расчет их аэродинамической схемы. В осевых вентиляторах, создаваемых на высокие давления, рекомендуется применять аэродинамическую схему «колесо + спрямляющий аппарат» (К+СА) [1], обеспечивающую высокие давления и КПД вентилятора. Из [2, 3] следует, что улучшение аэродинамических качеств и эксплуатационных свойств вентиляторов главного проветривания можно достигнуть приме-

нением сменных сдвоенных листовых поворотных на ходу лопаток рабочего колеса (РК).

Аэродинамические расчеты и опыт проектирования новых шахтных осевых вентиляторов со сдвоенными лопатками РК [2,3] показывает, что оптимальное сочетание чисел лопаток РК и СА определяется из условия их минимального уровня излучения дискретных составляющих шума при работе вентилятора и равно 8 и 23, соответственно. Метод и результаты расчета геометрии сдвоенных листовых лопаток РК для шахтных вентиляторов представлены в [3].

В настоящем докладе обсуждаются вопросы расчета листовых лопаток спрямляющего аппарата осевого вентилятора со сменными сдвоенными листовыми лопатками РК.

Для расчета геометрии спрямляющего аппарата необходимо знать циркуляцию вокруг

одного профиля СА, которая определяется по формуле [1]:

ГсА(1)= ^2 (С3и - с2иХ (1)

где 12(1) - шаг решетки на текущем радиусе г, м (см. рис. 1); с2и и с3и - тангенциальные составляющие скорости потока перед СА и за ним, м/с.

Циркуляция Гса(1) = ГСА / гСА, где ГСА -циркуляция СА; хСА - число лопаток СА.

Из рис. 1 следует, что входной скоростью потока в решетку СА является вектор Ш2, компоненты которого - осевая са и тангенциальная с2и = Гк(1) / ^ скорости, где 1 - шаг решетки колеса К на текущем радиусе г.

При осевом выходе потока из СА скорость с3и = 0, тогда выражение (1) будет иметь вид:

ГсА(1)= - ГК(1)12/ 11. (2)

Для эффективности расчета СА в [1] вводится безразмерный параметр закрутки потока за СА п2 = с3и / с2и, который можно записать так:

где tga= с2 и _

Г к /11

' Гсл!) / t2 _ 1 + -^СА(Х)

t2C2U

(З)

c„

2 llR

1 - V"

Преобразуем выражение (б) так: tg a = 1 -v2 1 у/т _ 1 - v2 у/т ,

2 r у д/2(1 + у1) 9

(б)

(7)

Так как ГСа(1) зависит от набегающего потока, ТО есть ГСА(1) (С2и) И С3и = С3и (с2и), то можно найти зависимость п2 = п2(с2и). Представим эту зависимость в виде:

п2 = п2 (са tga) = п2(а), (4)

где а - угол набегающего потока.

Из (4) следует, что параметр п2 не зависит от величины скорости Ш2, а зависит только от угла набегающего потока а.

Далее рассмотрим (4), записанным следующим образом:

п2 = п2 ^ а), (5)

где v - относительный диаметр втулки лопаточного венца; ут, ф - соответственно, коэффициенты теоретического давления и производительности вентилятора; uR -окружная скорость вентилятора; ~ = tJ(1 + v2)/2 - относительный радиус базового сечения профиля лопатки.

Таким образом, tg а при v = const зависит только от отношения ут / ф. Если при разных ут и ф отношение ут / ф = const, то и величина n2 = const. Следовательно, и спрямляющий аппарат будет работать одинаково.

При c3u Ф 0 получим следующую зависимость:

И2 = c3u/c2u = Саtga + Гсл / 12 = И2(^т/ф).

ca tga

(S)

Метод расчета лопаток СА аналогичен методу расчета лопаток рабочего колеса [3]. Коэффициенты ут и ф принимаются из аэродинамического расчета рабочего колеса вентилятора.

В результате расчета спрямляющего аппарат (листовые лопатки) найдена зависимость n2 (ут / ф) (рис. 2,а), из которой видно, что n2 в широком диапазоне изменения коэффициентов ут и ф имеет вполне приемлемые значения, близкие к оптимальным (оптимальные значения n2, при которых достигается максимальный КПД шахтных осевых вентиляторов находится в пределах

п2 —

c

0,02-0,08 [1, 3]). Это является особенно важным в тех случаях, когда вентилятор оборудуется комплектом сменных лопаток РК для адаптации режима работы вентилятора к изменяющейся характеристики сети за срок службы шахты. Например, вентилятор имеет базовую аэродинамическую схему АМ -17А, а сменный комплект лопаток выполнен на параметры схемы АМ -19А [4].

Расчетные параметры этих схем даны в таблице.

Анализ данных таблицы и зависимости п2 (ут /ф) (см. рис. 2,а) показывает, что при изме-

1. Брусиловский И. В. Аэродинамика осевых вентиляторов. - М.: Машиностроение, 1984. - 240 с.

2. Клепаков И.В., Руденко В.А. Разработка нового ряда шахтных осевых вентиляторов главного проветривания // Теоретические и эксплуатационные проблемы шахтных стационарных установок. - Донецк: ВНИИГМ им. М.М. Федорова, - 1986, с. 110-121.

3. Петров Н.Н., Попов НА., Батяев Е.А., Новиков В.А. Теория и проектирование реверсивных осевых вен— Коротко об авторах ---------------------------------

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

Рис. 2. Расчетные параметры спрямляющего аппарата (листовые лопатки): а - зависимость параметра П2 от изменения щ„ и ф; б - относительная величина максимального прогиба по сечениям профиля; в - положение максимального прогиба сечения относительно передней кромки; г - угол установки профиля по сечениям

нении ут/ф от 2,13 до 3,1 значение параметра п2 изменяется незначительно. Отсюда можно сделать заключение, что СА будет работать удовлетворительно при обеих схемах и изменения в его конструкцию при переходе с одной схемы на другую вносить не потребуется.

Так же на рис. 2 приведены расчетные зависимости конструктивных параметров и углов

от относительного радиуса Г, необходимые для профилирования лопаток СА, из которых

следует, что с возрастанием Г хорда профиля Ь и угол закрутки профиля увеличиваются, а относительная величина максимального прогиба по сечениям профиля Аг уменьшается.

Вывод

Установлено, что параметр п2 закрутки потока за спрямляющим аппаратом (листовые лопатки) в широком диапазоне изменения ут и Ф имеет близкие к оптимальным значения, что является особенно важным в тех случаях, когда вентилятор оборудуется комплектом сменных лопаток РК, так как изменения в конструкцию СА при переходе с одной схемы вентилятора на другую вносить не потребуется.

--------------------СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

тиляторов с поворотными на ходу лопатками рабочего колеса // ФТПРПИ. - 1999. - № 5. - с. 79-92.

4. Петров Н.Н., Попов Н.А. Главные вентиляторы и установки для проветривания метанообильных шахт // Труды международной научно-практической конференции. Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности. - Кемерово. - 2001. - с. 112-114.

— Институт горного дела СО РАН, г. Новосибирск.

© Д.В. Зедгенизов, В.В. Фурса, 2004

Схема Расчетные параметры вентилятора

V? Ф Ут / <Р

АМ-17А 0,688 0,222 3,1

АМ-19А 0,614 0,288 2,13