Особенности расчета аэродинамических характеристик шахтных вентиляторов смешанного принципа действия

- © В.Ф. Копачев, С.А. Тимухин,

Д.С. Долгих, 2015

УДК 622.44

В.Ф. Копачев, С.А. Тимухин, Д.С. Долгих

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ СМЕШАННОГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ

Рассмотрены особенности расчета аэродинамических характеристик шахтных вентиляторов смешанного принципа действия. За основу расчета принят экспериментально-теоретический метод, предложенный кафедрой горной механики Уральского государственного горного университета. Данный подход к расчету аэродинамических (рабочих) характеристик шахтных вентиляторов при их разработке и проектировании позволяет получать более адекватные результаты. Ключевые слова: аэродинамические характеристики, шахтные вентиляторы смешанного принципа действия, косвенное определение потерь давления.

Расчет аэродинамических характеристик шахтных вентиляторов обычно производится на заключительном этапе их разработки и проектирования по уже известным кинематическим и геометрическим параметрам. В основе этих расчетов лежит определение суммарных потерь давления в проточной части и теоретической характеристики вентилятора по статическому давлению.

В настоящее время методология такого подхода достаточно хорошо известна как в части центробежных, так и осевых вентиляторов при раздельном рассмотрении отдельных видов потерь давления [1, 2].

Однако при расчете аэродинамических характеристик вентиляторов смешанного принципа действия, имеющих в своем составе центробежные и осевые рабочие колеса подобный подход требует соответствующих дополнений и уточнений, так как он не учитывает взаимное влияние различных видов потерь, потерь давления на вихреобразование в проточной части рабочих колес и др. При этом следует иметь в виду, что разделение потерь в турбомашинах является весьма гру-

бым и условным, так как фактически их разделить нельзя [2, 3]. Поэтому целесообразнее использовать методы, дающие косвенную оценку суммарных потерь давления в проточной части машин.

С учетом этого, а также того, что задачей настоящей работы является расчет характеристик вентиляторов смешанного принципа действия (имеющих в своем составе центробежные и осевые колеса), примем за основу экспериментально-теоретический метод, предложенный кафедрой горной механики УГГУ. Данный метод позволяет косвенным образом учитывать все виды потерь в проточной части машин на основе опытной (экспериментальной) аэродинамической характеристики аналога проектируемого вентилятора и расчета теоретических характеристик аналога и проектируемой машины по статическому давлению.

При этом относительное значение суммарных потерь давления Рсум по аналогу может определиться как отношение Psv/Psvt, где Psv, Psvt - рабочее и теоретическое статические давления вентилятора для расчетных точек

(10-12 точек на характеристике). Согласно экспериментально-теоретического метода, _рассчитанное для аналога значение Рсум , принимается таким же и для проектируемой машины.

Поэтому следует особо остановиться на вопросе выбора аналога проектируемого вентилятора. Кроме геометрического должно быть соблюдено также и аэродинамическое подобие, критерием которого является число Рейнольдса

Яе =

где V - кинематическая вязкость воздуха, м2/с; и2, О2 - окружная скорость и диаметр рабочего колеса.

Для нормальных атмосферных условий ^ = 20 °С, Ра = 760 мм рт.ст) кинематическая вязкость воздуха равна 0,149 •Ю-4, м2/с.

В любом случае необходимо подбирать аналог с одинаковой или схожей с проектируемой машиной аэродинамической схемой, имея в виду, что различие в числах Рейнольдса для аналога и проектируемого вентилятора (у модели и натурального образца) не должно быть более чем в 2-3 раза.

Однако, главным при этом является не геометрическое или аэродинамическое подобие (хотя они важны и должны приниматься во внимание), а одинаковость углов наклона касательных к характеристикам аналога и проектируемого вентилятора. Последнее хорошо подтверждается опытом разработки и проектирования лопастных насосов [3].

Особенности экспериментально-теоретического метода применительно к рассматриваемому центробежно-осе-вому вентилятору (рис. 1) заключались в следующем. Для каждого из колес подбирались соответствующие аналоги, для которых рассчитывались теоретические характеристики Р51Л = и использовались заводские рабочие

Рис. 1. Центробежно-осевой вентилятор: 1 - корпус, 2 - двигатель, 3 - передний диск центробежного колеса, 4 - общий диск обоих колес, 5 - лопатки центробежного колеса, 6 - втулка осевого колеса, 7 - задний диск втулки осевого колеса, 8 - лопатки осевого колеса, 9 - входной патрубок вентилятора

характеристики = с последующей оценкой относительных суммарных потерь Рсум по каждому колесу.

Расчет характеристик Р51Л = осуществлялся по предложенным в работе [4] формулам, скорректированным с учетом рассматриваемых условий: • для центробежного колеса

PsVt = 0,5-р-к

4 -

- Р2 - Ь

О2

где р - плотность воздуха; кц - коэффициент циркуляции; и2 - окружная скорость по концам лопаток колеса; Р2 - угол наклона лопаток колеса на его выходе; О2, Ь2 - диаметр и ширина лопаток рабочего колеса на выходе; Q - подача вентилятора;

для осевого колеса

(

Р^ = 0,5-р-К

и2--

16 -

2 -

-о2

где Р2 - угол выхода потока из рабочего колеса (по выходному плану скоростей); О, ^ - диаметр рабочего колеса и его втулки.

V

Рис. 2. Пример построения рабочей характеристики цеитробежно-осевого вентилятора при его проектировании:

1, 2 и 3, 4 - теоретические и построенные по выражениям Psv = Рсум  Psvt для расчетных точек аэродинамические характеристики рабочих колес вентилятора (1, 3 - центробежного; 2, 4 - осевого); 5 - общая характеристика вентилятора; 6 - тоже с учетом приращения статического давления в диффузоре

Расчет характеристик Р^ = f(Qv) для колес проектируемого вентилятора высокого давления (с диаметром О2 = 5,6 дм и О = 8,2 дм, частотой вращения рабочих колес 3000 мин-1) производился по зависимостям (2) и (3) с последующим расчетом рабочих характеристик колес по формулам

= Рсум  Р^, соответствующим их типам.

Графическая иллюстрация изложенного приведена на рис. 2, на котором характеристика 5 получена путем графического сложения ординат характеристик отдельных колес (центробежного 3 и осевого 4), построенных по выражениям = Рсум  Р^, где значения Р получены на основе анало-

сум

гов соответствующих рабочих колес. Характеристика 6 представляет тоже самое с учетом приращения статического давления в диффузоре.

Таким образом, рассмотренный подход к расчету аэродинамических (рабочих) характеристик шахтных вентиляторов при их разработке и проектировании позволяет получать расчетные рабочие характеристики более адекватные реальным условиям машин смешанного принципа действия.

1. Центробежные вентиляторы / Под ред. Т.С. Соломаховой. - М.: Машиностроение, 1975. - 416 с.

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

_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. - М.: Машиностроение, 1966. - 364 с.

4. Тимухин С.А. Потери давления на главных вентиляторных установках // Известия вузов. Горный журнал. - 1987. - № 10. -С. 115-117 (перепечатана в Soviet mining Journal, Volume 4, number 1, 1989). iiim

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

Копачев Валерий Феликсович - кандидат технических наук, доцент, Тимухин Сергей Андреевич - доктор технических наук, профессор, Долгих Денис Сергеевич - соискатель, Уральский государственный горный университет, e-mail: gmf.gm@ursmu.ru.

UDC 622.44

FEATURES AERODYNAMIC CHARACTERISTICS MINE FANS PRINCIPLE OF MIXED

Kopachev V.F.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Timukhin S.A.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, Dolgikh D.S.1, Applicant,

1 Ural State Mining University, 620144, Ekaterinburg, Russia, e-mail: gmf.gm@ursmu.ru.

In the article features aerodynamic characteristics mine fans mixed action principle. The basis of calculation adopted by the experimental-theoretical method proposed by the Department of Mining Mechanics, Ural State Mining University. This approach to the calculation of the aerodynamic (working) characteristics mine fans in their design and design provides more adequate results.

Key words: aerodynamic characteristics, mine fans mixed mode of operation, indirect determination of pressure losses.

REFERENCES

1. Tsentrobezhnye ventilyatory. Pod red. T.S. Solomakhovoy (Centrifugal fans. Solomakhova T.S. (Ed.)), Moscow, Mashinostroenie, 1975, 416 p.

2. Brusilovskiy I.V. Aerodinamicheskiy raschet osevykh ventilyatorov (Aerodynamic design of axial fans), Moscow, Mashinostroenie, 1986, 288 p.

3. Lomakin A.A. Tsentrobezhnye i osevye nasosy (Centrifugal and axial pumps), Moscow, Mashinostroenie, 1966, 364 p.

4. Timukhin S.A. Izvestiya vuzov. Gornyy zhurnal. 1987, no 10, pp. 115-117.

A

НА ТВОРЧЕСКОМ ВЕЧЕРЕ «ОБУШКА»

Ольга Долгошеева читает стихи Ольги Киреевой