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以矿井对旋轴流局部通风机为研究对象,进行了风机叶片的穿孔设计,建立了轴流风机叶片穿孔前后风机的总体模型,并进行了稳态、非稳态模拟和噪声预测。结果表明,叶片穿孔能有效地抑制叶片非工作面叶尖泄漏和涡流的产生和脱落,从而降低了两级叶轮通过频率的声功率级和声压值。宽带噪声是穿孔后的主要噪声源。对旋轴流风机存在振动大、噪声大的问题。由于煤矿工作的性质,风机必须始终处于运行状态,以保证井下有足够的新鲜空气。持续的轴流风机噪音会让地下工作者感到分心,无法集中注意力。严重的噪音会对人的听力、视力、神经系统等造成伤害。较大的振动和噪声也会影响风机结构的稳定性,降低其使用寿命。研究轴流风机噪声产生的原因及其防治方法,对提高井下工作环境质量,保证矿井安全生产具有重要意义。方开祥模拟了一台小型散热风扇的流场,设计了叶片的穿孔。穿孔后,风机的声压级降低,证实了降低穿孔噪声的可行性。张启顺研究了风机叶片数相匹配时,风机内流场和声功率级的变化。对轴流风机不同流量下产生噪声的原因。实验结果与数值模拟结果的比较验证了模拟的正确性。因此,利用多孔叶片模型对风机的噪声进行模拟,可为风机降噪提供参考。
介绍了一套高负荷轴流风机的气动设计过程,包括参数选择、叶片形状优化和三维叶片的设计思想。在此基础上,完成了高负荷轴流风机压力比1.20的初步设计,负荷系数高达0.83。其次,在初步设计方案中,通过对轴流风机静叶多叶高处S1流面剖面的协调优化,有效地减少了静叶损失,提高了风机的裕度。同时,采用三维叶片技术,提高了定子叶片的端部流动,提高了定子叶片端部区域的工作能力。风机裕度由27.1%扩大到48.8%。优化叶顶间隙形状可以有效地提高轴流风机的性能。采用FLUENT软件对OB-84动叶可调轴流风机在均匀和非均匀间隙下的性能进行了数值模拟,讨论了不同间隙形状对泄漏流场和间隙损失分布的影响。结果表明,在平均叶顶间隙不变的前提下,锥形间隙风机的总压力和于均匀间隙风机,区范围扩大,锥形间隙越大,性能改善越显著;锥形间隙改变了间隙内涡量场的分布,减少了叶尖泄漏损失,增强了轴流风机叶片上、中部的功能力。风机的性能低于均匀间隙的性能。锥形叶片的叶尖间隙形状可以作为提高风机性能的重要手段。
GAMBIT软件用于轴流风机模型建立和网格生成。考虑到轴流风机叶片翼型结构的复杂性和顶部区域的三维流动,首先选择三角形网格划分叶片顶部,并利用尺寸函数对网格进行细化,以保证轴流风机网格质量。其它区域的网格划分为动叶区域网格作为参考,采用结构化/非结构化混合网格。为了保证精度和网格独立性,对原风机在216万、245万、286万和337万网格条件下的性能进行了模拟。结果表明,随着网格数量的增加,总压和效率逐渐接近样本值,337万和286万网格的总压和效率偏差分别为0.085%和0.024%。综合模拟精度和网格数确定了所用的总网格数。这个数字是286万。其中动叶面积198万片,集热器、导叶面积和扩压管网格数分别为30万片、26万片和32万片。在模拟叶尖间隙形状的变化之前,将原始风扇的模拟结果与参考文献中的轴流风机性能进行了比较。结果表明,在33.31-46.63m3_s-1流量范围内,总压和效率的平均相对误差分别为3.0%和1.5%,表明结果能够反映风机的实际性能。