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　　1引言離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)公復(fù)雜的維粘性流動(dòng)。 　　只憑借現(xiàn)有的試驗(yàn)手段要很好地測量其中流場的細(xì)微結(jié)構(gòu)是非常困難的，甚至是不可能的。 　　如今，啊計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)運(yùn)用于離心風(fēng)機(jī)的實(shí)例己不少，但它們基本上是建立在些簡化堪礎(chǔ)的如單獨(dú)譯個(gè)離心葉輪的流道成單獨(dú)鐸十蝸殼或運(yùn)用個(gè)流道巧蝸迭代計(jì)算的方法研究風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)2，實(shí)際上這些算法都假設(shè)4機(jī)內(nèi)流動(dòng)足定常與討稱的。忽略了由于蝸殼型線的非對稱性而導(dǎo)致葉輪各葉道內(nèi)流動(dòng)呈現(xiàn)的非對稱流動(dòng)特征，所以，用這些方法無法準(zhǔn)確地捕捉到流場的真實(shí)信息；曾經(jīng)也有人把整個(gè)轉(zhuǎn)子與定子都考慮進(jìn)去，但卻把整個(gè)流場作為維來處理這樣根本無法得到流場的維特性。 　　心風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)工況與變工況下進(jìn)行了內(nèi)部流場整機(jī)乍維姑性準(zhǔn)定常1律。捕捉到了離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部許多重要的流動(dòng)現(xiàn)象，證實(shí)了由于蝸殼的非對稱性而導(dǎo)致葉輪與蝸殼的相互作用時(shí)會(huì)引起整個(gè)流場1對稱的流動(dòng)特怔，通過付離心4機(jī)內(nèi)流場果為探討影響離心風(fēng)機(jī)效率的原因改進(jìn)葉型設(shè)計(jì)提高效率擴(kuò)大運(yùn)行工況范圍等，提供了重要2基本方程及其數(shù)值方法收稿日期200247邊修稿日期2002基本方程程組并配合8必，潘，湍流模型。時(shí)均奶程俎的守恒形式可以簡4成Fv粘性迎量尖景Q源項(xiàng)矢試其達(dá)式可簡寫為存動(dòng)力粘度揣流粘度，其值由8湍流模型而定以流熱傳導(dǎo)系數(shù)傳導(dǎo)系數(shù)記義分別為數(shù)值計(jì)算方法對式⑴采基于時(shí)間推進(jìn)法的，格階精度。它對中間坐標(biāo)采用中心離散格式，為了防止求解時(shí)發(fā)生振蕩，方程中加上個(gè)非線性階人工粘性項(xiàng)和個(gè)線性的階人工粘性項(xiàng)。對時(shí)間坐標(biāo)米用階出1方法求解fU7dT=Fii為提高計(jì)算的速度與收斂性，本文采用了重網(wǎng)格循環(huán)的技術(shù)隱式殘差光順當(dāng)?shù)貢r(shí)間步長等加速收斂技木。 　　2.3邊界條件的設(shè)定進(jìn)口給定流動(dòng)總壓為大氣靜壓力，流動(dòng)總溫為大氣靜溫流動(dòng)方向?yàn)檩S向進(jìn)氣。出口給定背壓5其它參數(shù)由內(nèi)部外推。壁面給定絕熱與無滑移條件。 　　流道與蝸殼間的動(dòng)靜部件之間信息傳遞采用凍結(jié)轉(zhuǎn)戶方法，呢，1叫1.處理5人以達(dá)至1整機(jī)計(jì)算的目的。 　　需豎指出的是，由于本文用的紀(jì)揣流模喂它為代數(shù)模型，故無須捉及邊界糸件，木文后即為汁算結(jié)果收斂。 　　3計(jì)算結(jié)果與分析3.1計(jì)算實(shí)例況1的悠機(jī)數(shù)值計(jì)算。該離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)流試為4200，1屯設(shè)計(jì)壓力為10425035額定轉(zhuǎn)速為96，17.葉輪為后向單圓弧型，進(jìn)口安裝角為29，出口安裝角為38，葉片數(shù)為。該離心風(fēng)機(jī)外型意。 　　32計(jì)算網(wǎng)格為了便于給準(zhǔn)邊界條件，在計(jì)算時(shí)將風(fēng)機(jī)進(jìn)口管與出氣管分別延長，使其進(jìn)出口流動(dòng)為均勾。 　　網(wǎng)格生成采用分區(qū)分塊，技術(shù)，分別將葉輪與蝸殼內(nèi)各布置約30萬個(gè)網(wǎng)格，2給出了整個(gè)風(fēng)機(jī)的維網(wǎng)格分布。 　　效率曲線與流量壓比曲線。由3可知，風(fēng)機(jī)的最高效率點(diǎn)正好是其設(shè)計(jì)流量點(diǎn)，當(dāng)流量偏離設(shè)計(jì)流量時(shí)，效率都有所下降。這種變化趨勢與以往風(fēng)機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果相致，這充分說明風(fēng)機(jī)的整機(jī)計(jì)算結(jié)果是有效而可靠的。相反，如果用些簡化模型，如單獨(dú)計(jì)算蝸殼或個(gè)葉輪與蝸殼的迭代計(jì)算都很難得到如此的流量效率曲線。 　　以往的試驗(yàn)結(jié)果相致的，并且在設(shè)計(jì)工況的附近其曲線變化比較平坦，這說明該風(fēng)機(jī)的工況范圍較寬，性能較為理想。 　　由于本文是采用化3方程計(jì)算，且在計(jì)算中未采用壁面函數(shù)，故網(wǎng)格在固壁處須局部加密，并且第層網(wǎng)格離壁面的距離特別重要，它直接影響著計(jì)算的結(jié)果本文根據(jù)下述公式來定該值7L4參考長度Vnf參考速度；J+無量綱常數(shù)，可按經(jīng)驗(yàn)選取本文計(jì)算時(shí)取3，流動(dòng)雷諾數(shù)約為107，3.3.2風(fēng)機(jī)蝸殼周向壓力分布壁面上靜壓系數(shù)在設(shè)計(jì)工況與變工況下的變化曲線。其中0為周向角，其定義可參1. 　　靜壓系數(shù)，的定義為R考密度，其值取為常溫下空氣的密度v參考速度的大小，其值取為葉輪出口氣流速度6處數(shù)為3. 　　3.3計(jì)算結(jié)果3.3.1風(fēng)機(jī)性能曲線在蝸舌附近壓力先急劇下降后又急劇上升。這說明在變工況時(shí)，蝸殼內(nèi)氣流沿周向流動(dòng)是非常配。其中1號流道是指1號葉片與2號葉片之間流道號流量分配也是不同的。只不過是在設(shè)計(jì)工況下，各流道流量的變化幅度要小于各種變工況時(shí)的情形。特別是當(dāng)風(fēng)機(jī)在變工況運(yùn)行時(shí)，靠近蝸舌的流道內(nèi)流量變化甚大。從這現(xiàn)象說明，風(fēng)機(jī)流呤內(nèi)的流動(dòng)絕不足對稱的。故而只運(yùn)用單1流道計(jì)算流場會(huì)把這種流動(dòng)的非對稱性給抹殺。 　　5風(fēng)機(jī)周向截面靜壓分布靜壓系數(shù)分布。的定義同式8. 　　由8可以看出，各個(gè)工況下，多數(shù)流道內(nèi)沿徑向隨半徑的增大壓力逐步上升，速度逐步減小，即葉輪中相對速度的減少，提高了氣體的靜壓能這正符合流體在葉輪內(nèi)部的流動(dòng)特點(diǎn)。值得注意的是，不管在設(shè)計(jì)工況還是在變工況下，各個(gè)流道內(nèi)流動(dòng)的壓力分布雖有相似之處，但也存在著較大的差別。 　　這種差別在靠近蝸舌附近的流道中現(xiàn)得更加明顯由于蝸舌的擾動(dòng)作用，使其附近流道中的靜壓分布出現(xiàn)明顯扭曲的同時(shí)也使其升壓能力有所下降。 　　從7的各流道內(nèi)流量分配的不均勻性及8的葉輪內(nèi)靜壓分布的，對稱性這些側(cè)面可以說明每個(gè)葉道不同位置時(shí)的流動(dòng)情況完全不同，這完個(gè)是山丁1蝸殼的非對稱性引起的。這現(xiàn)象明，流體在風(fēng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)過程中，下游的部件會(huì)對上游的流休流動(dòng)產(chǎn)生非常人的影響，所以對整個(gè)風(fēng)機(jī)而言，單單用數(shù)值方法研究某個(gè)元件或某個(gè)流道的計(jì)算很難反映出流動(dòng)的實(shí)際情況，況且研究單個(gè)元件時(shí)，計(jì)算的邊界條件很難給定，這給計(jì)算成誤導(dǎo)。 　　6蝸片處速度分布周向角5蝸克跨盤言流道平而靜統(tǒng)6，分布紊亂執(zhí)特別在蝸舌附近氣流先加速后減速，使流動(dòng)惡化。只有在設(shè)計(jì)工況下，氣流沿蝸殼周向的流動(dòng)比較均勻，故而壓力盡管有波動(dòng)但相對比較平穩(wěn)，特別在蝸舌處，壓力未出現(xiàn)強(qiáng)烈的波動(dòng)。 　　3.3.3風(fēng)機(jī)各葉片所受載，曲線蝸殼周向的壓乃波動(dòng)會(huì)直接反作用葉輪出口，使各流道中的流體受到周期性的堵塞，從而使其產(chǎn)生具有定周期性的加速與減速運(yùn)動(dòng)。這種葉道中流體周期性的變速運(yùn)動(dòng)會(huì)造成流體流入葉道時(shí)流動(dòng)角與攻和亦發(fā)生周期性的變化。從而使每個(gè)葉片所受的載荷亦發(fā)生周期性的變化6給出了各葉片所受載荷沿周向的變化葉片編號，可參1.從6可以看出，在設(shè)計(jì)工況下葉片所受載荷沿周向比較均勻，17變工況下，葉片所受載荷沿周向變化較大，特別在蝸舌附近這種變化尤為強(qiáng)烈。這就有可能誘發(fā)葉片的振動(dòng)。 　　葉片編4從6中還可以看出，離心風(fēng)機(jī)內(nèi)，由于蝸殼足非對稱的。這種下游非對稱的結(jié)構(gòu)會(huì)對，葉輪中的流場產(chǎn)生影響，導(dǎo)致各個(gè)葉道中流動(dòng)也具有非對稱性，從而使各個(gè)葉片所受載荷會(huì)有所不同。由此不難看出，要對離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)有個(gè)準(zhǔn)確的把，就必須將葉輪與蝸殼結(jié)合起來整機(jī)計(jì)輥，任何對流場進(jìn)行軸對稱的假設(shè)都是不合適的。 　　3.3.4風(fēng)機(jī)各流逍流巧分布M8葉輪跨盤蓋中心；4近，壓系數(shù)。分布蝸古玷離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部個(gè)比較敏感的部位，其中的流動(dòng)狀況相當(dāng)復(fù)雜。9給出了各個(gè)況機(jī)跨盤蓋中心流道上蝸舌剛近流線分布，從休的擾動(dòng)作用仲化近蝸舌附近的流體在流道中形成了個(gè)旋渦。這個(gè)旋渦在設(shè)計(jì)工況時(shí)相對比較弱小，而在變工況時(shí)這個(gè)旋渦幾乎充滿了整個(gè)流道，特，是在小流量工況下靠近蝸占附近的兩個(gè)流逍都有旋渦存在。這樣造成的能量損火是很大的。 　　3，工況蝸舌處速度失1.=1.0工況蝸舌處速度失量射。=1.41況蝸舌處速度失14結(jié)論通過離心風(fēng)機(jī)的整機(jī)準(zhǔn)定常計(jì)算，不僅可以較為準(zhǔn)確地描述出離心風(fēng)機(jī)的整體性能曲線。而且還能捕捉到其內(nèi)部流動(dòng)的許多屯要的流動(dòng)現(xiàn)象。從這些現(xiàn)象可以說明離心風(fēng)機(jī)內(nèi)的流動(dòng)非常復(fù)雜，不具有任何軸對稱性屬于維的全粘性流動(dòng)，而且風(fēng)機(jī)各部件之間的相互關(guān)聯(lián)非常緊密，下游的部件對1游會(huì)產(chǎn)生很大的影響。同時(shí)也說明，在某些假定下對風(fēng)機(jī)某個(gè)元件或某個(gè)流道的計(jì)算很難反映出流動(dòng)的實(shí)際情況，很難為風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提出準(zhǔn)確的信息。

473型風(fēng)機(jī)減風(fēng)節(jié)能方法的選擇及效果杜賢流皖北煤電公司劉橋礦，安徽淮北235163提礦井經(jīng)濟(jì)效益。 　　礦用扇風(fēng)機(jī)是礦井通風(fēng)的主要?jiǎng)恿?。由于它的功率大，且日夜不停地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此耗電量很大。 　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，原全國統(tǒng)配煤礦平均主要扇風(fēng)機(jī)電耗約占全礦電耗的17.因此，合理地使用扇風(fēng)機(jī)，不僅關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)，而且對礦井的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有定的影響。 　　1概況劉橋礦1981年建成投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1動(dòng)輪；2葉片3主軸4輪焚5螺旋型機(jī)殼；6前導(dǎo)器；7吸風(fēng)筒；8錐形擴(kuò)散器60萬后經(jīng)改造設(shè)計(jì)為90萬前期和后期為中央邊界式通風(fēng)，中期增加南風(fēng)井為中央邊界和單翼對角混合式通風(fēng)。中央風(fēng)井風(fēng)機(jī)原根據(jù)生產(chǎn)能力60萬13選擇安裝。為適應(yīng)南風(fēng)井報(bào)廢時(shí)礦井生產(chǎn)能力保持90萬18的通風(fēng)需求，必須更換原有的風(fēng)機(jī)。中央風(fēng)井原安裝的兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，臺(tái)為70B221Vo24型軸流式風(fēng)機(jī)，另臺(tái)為7082218型軸流式風(fēng)機(jī)。 　　為滿足礦井安全生產(chǎn)的需要，提前進(jìn)行了風(fēng)機(jī)改造工作，即更換成兩臺(tái)0473220離心式風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)改造后，由于此時(shí)礦井生產(chǎn)集中在南風(fēng)井系統(tǒng)，從而導(dǎo)致中央風(fēng)井主要扇風(fēng)機(jī)能力暫時(shí)過大，風(fēng)機(jī)運(yùn)行所提供的風(fēng)量8L7m3s比實(shí)際所需風(fēng)量53.3m3s大得多，出現(xiàn)了吠馬拉小車現(xiàn)象。為此，必須進(jìn)行合理風(fēng)量調(diào)節(jié)，以達(dá)到減風(fēng)降耗的目的。 　　26473型風(fēng)機(jī)構(gòu)造及原理2.2原理當(dāng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉道內(nèi)的空氣質(zhì)點(diǎn)受到葉片的作用，沿葉道動(dòng)輪外緣運(yùn)動(dòng)，并匯集于螺旋狀的機(jī)殼中，而后由出口排入擴(kuò)散器。與此同時(shí)，由于動(dòng)輪中氣流外流，因而在其入口處形成負(fù)壓，吸風(fēng)筒吸引外界空氣進(jìn)入動(dòng)輪，形成了連續(xù)氣流。 　　3減風(fēng)節(jié)能方法的選擇3.1調(diào)節(jié)前導(dǎo)器葉片角在風(fēng)機(jī)的入風(fēng)口和葉輪之間裝有前導(dǎo)器，使進(jìn)入葉輪氣流的速度發(fā)生預(yù)旋轉(zhuǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)壓之目少風(fēng)量的目的。但當(dāng)前導(dǎo)器角度調(diào)至35以下時(shí)，該風(fēng)機(jī)發(fā)生振動(dòng)，不能安全運(yùn)行。通過分析，這主要是通過前導(dǎo)器進(jìn)入機(jī)體的風(fēng)量較小風(fēng)速較高，使沖擊機(jī)殼周邊的射流沖擊較大，同時(shí)，機(jī)殼由于負(fù)壓較2.1構(gòu)造0473型風(fēng)機(jī)的構(gòu)造1. 　　大，正面機(jī)殼因軸心部位及周圍機(jī)殼承受因內(nèi)外壓差而產(chǎn)生的較大壓強(qiáng)導(dǎo)致機(jī)殼發(fā)生振動(dòng)。為此，單靠調(diào)節(jié)前導(dǎo)器葉片角度，不是最有效的方法。 　　3.2采用閘門調(diào)節(jié)風(fēng)量由于0473型風(fēng)機(jī)的電機(jī)輸入功率隨風(fēng)量的增大而增加。因此，要達(dá)到減風(fēng)降耗的目的，可采用閘門調(diào)節(jié)風(fēng)量。但閘門增阻調(diào)節(jié)只是方法簡單，并不是經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式，因閘門要消耗無用功。另外，由于井下回風(fēng)分南北翼系統(tǒng)，當(dāng)總回風(fēng)量調(diào)至53.3m3s時(shí)，北翼系統(tǒng)風(fēng)量過剩，而南翼系統(tǒng)風(fēng)量不足。要滿足南翼生產(chǎn)需要，必須將總回風(fēng)量調(diào)至63.3m3S.因此，單靠閘門調(diào)節(jié)也達(dá)不到要求。 　　3.3調(diào)節(jié)主要扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度在理論上，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量風(fēng)壓軸功率分別與轉(zhuǎn)速的次方成正比。因此，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的速度也是節(jié)能的有效途徑。降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速般通過更換低轉(zhuǎn)速小容量電機(jī)或采用串級調(diào)速裝置來實(shí)施，但都需要3040萬元左右的資金投入。因此，對于暫時(shí)的風(fēng)量過剩，這也不是種經(jīng)濟(jì)的減風(fēng)節(jié)能方法。 　　3.4調(diào)節(jié)葉片角和改變風(fēng)阻聯(lián)合進(jìn)行以獲得低能耗工況前己述及，單靠調(diào)節(jié)前導(dǎo)器角度和改變礦井風(fēng)阻，都不是最有效的方式。為此，可采用聯(lián)合方式。根據(jù)風(fēng)機(jī)特性曲線分析2，先將前導(dǎo)器角度調(diào)至40，此時(shí)井下實(shí)測回風(fēng)量6538.為此又對井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，以北翼13.3m3s南翼40mVs為前提，分別在北翼和南翼總回風(fēng)道中增加風(fēng)阻，以滿足需要。 　　A調(diào)節(jié)前工況點(diǎn)；調(diào)節(jié)后工況點(diǎn)；3調(diào)節(jié)前特性曲線；a調(diào)節(jié)后特性曲線；丑調(diào)節(jié)前風(fēng)阻；只調(diào)節(jié)后風(fēng)阻4效果分析采用閘門調(diào)節(jié)和前導(dǎo)器調(diào)節(jié)，以及礦井風(fēng)阻聯(lián)合調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的工況如1所列。 　　從1可以看出，采用聯(lián)合調(diào)節(jié)的方式既是最安全可靠，又是最經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式，年節(jié)電約103.7萬年節(jié)約電費(fèi)46.6萬元電價(jià)按45元賈4計(jì)算。 　　風(fēng)機(jī)工況風(fēng)量風(fēng)壓軸功率率前導(dǎo)器調(diào)節(jié)閘門調(diào)節(jié)聯(lián)合調(diào)節(jié)不調(diào)節(jié)5結(jié)束語主要扇風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性受多種因素影響，實(shí)現(xiàn)主要扇風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，既是個(gè)技術(shù)問，也是個(gè)經(jīng)濟(jì)問。從前面的分析可以看出，制定減風(fēng)節(jié)能方法時(shí)，不能盲目地采取某種簡單的方法，應(yīng)對風(fēng)機(jī)特性和礦井風(fēng)阻進(jìn)行充分的分析研宄，做到合理匹配，以便達(dá)到事半功倍的效果。 　　于淮南礦業(yè)學(xué)院通風(fēng)與安全專業(yè)，皖北煤電公司劉橋礦通風(fēng)工區(qū)副區(qū)長。 　　2001年中國國際礦業(yè)博覽會(huì)暨中國礦業(yè)聯(lián)合會(huì)年會(huì)將在廈門召開經(jīng)國土資源部，外經(jīng)貿(mào)部批準(zhǔn)的中國礦業(yè)聯(lián)合會(huì)年會(huì)暨國際礦業(yè)博覽會(huì)，是中國礦業(yè)界適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化戰(zhàn)略，迎接加入賈了，推進(jìn)礦業(yè)市場化進(jìn)程的次重要活動(dòng)。通過舉辦大型年會(huì)和國際礦業(yè)博覽會(huì)這特殊形式，為礦業(yè)界企事業(yè)單位礦業(yè)城市礦業(yè)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)廠商提供次交流展購銷引銷引資合作及交友的良好機(jī)會(huì)。歡迎廣大中外礦業(yè)界客商在此次盛會(huì)上展現(xiàn)自己的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備參加礦業(yè)主論壇和專業(yè)研討會(huì)。