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  第十六章 矿用通风机构造_材料科学_工程科技_专业资料。第十六章 §1 矿用通风机构造 离心式通风机构造 离心式通风机的主要气动部件是叶轮,集流器和外壳。用于矿井通风的离心式风机 属于中、低压风机。过去,它的叶轮叶型多采用圆弧形;近年来,代以机翼型叶

  第十六章 §1 矿用通风机构造 离心式通风机构造 离心式通风机的主要气动部件是叶轮,集流器和外壳。用于矿井通风的离心式风机 属于中、低压风机。过去,它的叶轮叶型多采用圆弧形;近年来,代以机翼型叶片。图 16-l 和 16-2 分别给出了可用于矿井通风的 4-72 和 4-73 模型风机的翼型。中、低压风机 叶轮多采用后弯叶片, 叶片安装角在 108~165°之间, 4-72 和 4-73 模型机的安装角一致, 均为 135°。包装袋印刷编号叶轮的叶片数目,与叶片安装角以及叶轮外径对内径的比值有关,通过试 验可以找到某一最佳值,4-72 和 4-73 模型风机的叶轮叶片数目均为 10 片。 集流器的作用是保证气流平稳地进入叶轮,使叶轮得到良好的进气条件,而且还应 尽量减少在集流器中的流动损失。4-72 和 4-73 模型机的集流器是锥弧形的,它的前部 分是圆锥形的收敛段,后部是近似双曲线的扩散段,前后两段之间的过渡段,是收敛度 较大的喉部。气流进入这种集流器后,首先是缓慢加速,在喉部形成高速气流,而后又 均匀扩散,均匀地充满整个叶轮叶道。集流器的喉部形状和喉部直径,对风机效率有较 大影响。集流器与叶轮入口部分之间的间隙形式和大小,对容积损失和流动损失有重要 影响。4-72 和 4-73 模型机采用径向间隙,通过这种间隙的泄漏气流方向,与主气流方 向一致,不会干扰主气流。此外,为了减少容积损失,在工艺允许的条件下,应尽可能 采用较小的间隙尺寸。 风机外壳的作用是汇集从叶轮流出的气流, 并输送到外壳的出口。 外壳截面呈矩形, 型线呈螺壳状。假定气流在所有径向截面中的流速保持常数,其螺壳的型线应是阿基米 德螺线; 或假定叶轮出口绝对速度在圆周方向的分量, 即旋绕速度 c2u 的分布规律为 c2uR =常数, 则螺壳的型线为对数蜗旋线。 对于这两种型线, 均可用结构方形法近似地绘出。 如图 16-2 所示,以螺壳的开度 A=64 的 1/4 为边长作结构方形,分别以方形的四个顶 1 1 3 3 5 点为圆心, 以 R1 ? r2 ? A ? 50 ? 64 ? 58 ,R2 ? r2 ? A ? 50 ? 64 ? 74 ,R3 ? r2 ? A ? 90 8 8 8 8 8 7 和 R3 ? r2 ? A ? 106 为半径作圆弧,即得外壳的型线 为叶轮外缘半径。至于 8 外壳的舌部与叶轮外缘之间的间隙 s,若过大,将产生大量的回流;若过小,使效率下 降,噪音加大。通常取 s/D2=0.05~0.10。 双进风的离心式风机,在入口处装有进风箱,如图 16-3 中的 4 所示。进风箱的作 用是将外界气流导入风机入口,其几何形状对叶轮入口速度场有较大影响。旧式进风箱 一般用矩形截面的直角弯头,常出现涡流区,内阻大。图 16-4 是一种新型结构的进风 箱,在转弯处装了一块倾斜 30°的复板(图中部件 A) ,箱外侧采用后斜平板。这种进 风箱使气流平稳进入叶轮,阻力较小。 1 2 中、小型矿井用的 4-72-11 型风机和 G4-73 型风机是按 4-72 和 4-73 空气动力略图 制造的。 4-72-11 型风机结构如图 16-5 所示,主要结构是焊接的,机翼型叶片用优质锰钢板 3 制成。矿山常用的№16(16 表示叶轮直径 1600mm)和№20 的外壳可拆成三部分,上下 可分开,上半部又可左右分开,各部分之间用螺栓连接,拆卸方便,易于检修。认证证书包装印刷为适应 在各种条件下应用,外壳的出口可以位于轴下部,水平向外;可位于轴上部,垂直向上; 亦可位于轴上部,水平向外。除此之外,叶轮还分为右旋和左旋两种。风机与电动机的 联结方式分为,无轴承箱直联或采用滚动轴承支承,用联轴器联接,适用于矿井通风用 的№l6 和№20 的传动方式为皮带传动,风机端的皮带轮,采用两端支承。 风机的类型特性如图 16-6。其中标有№5 的各条曲线 型风机结构示于图 16-7(G—表示锅炉用)与 4-72-11 相较,装有前导器, 可在 0°到 60°范围内调整。其风压和风量较 4-72-11 大,效率达 93%。其类型特性示 于图 16-8。 5 大型矿井通风用的离心式 K 4-73-01 型风机结构示于图 16-9。 风机系双入口, 叶轮、 集流器、进风箱和外壳的上半部用钢板焊接。传动实心短轴用优质钢制成,各轴承采用 静阻力矩较小的滚动轴承。由于叶轮轴两侧出头,故电机可以随意装在任一侧。这样一 来,在开采末期更换大电机时,不必停车,即可事先在另一侧装好电机,木工开槽机器等待联结。风 机外壳下半部由用户用混凝土制成。此类风机的类型特性如图 16-10。 6 §2 轴流式通风机构造 一般的矿用轴流式通风机如图 16-11 所示。它的主要气动部件有叶轮、前导叶、中 导叶、后导叶、外壳、集流器、疏流罩以及出口处的扩散器。 叶轮是风机的主要部件,决定着风机性能的主要因素是风机翼型、叶轮外径、外径 对轮毂直径的比值 (轮毂比) 和叶轮转速。 适用于矿用风机的翼型有对称翼型、 CLARK-Y 冀型和 RAF-6E 翼型等(参照附录) 。叶轮外径和风机轴转速决定圆周速度,直接影响 到风机全压。轮毂比与风机比转速有关。一般来说,轮毂比大时,轴向速度 ca 增大,叶 片数目 z 和叶片相对宽度 b/l(b 为弦长,l 为叶展)也相应增大,风机的风压系数提高; 反之,轮毂比小,多数取 0.6,风压系数也较低。叶轮叶片安装角直接影响旋绕速度的 增量,影响风机全压。通常,可在 10~45°范围内调整。 在多级轴流式通风机中, 级间设置中导叶。 它的作用是将前级叶轮的流出气流方向, 转为轴向流入后级叶轮。木工开槽机器如图 16-11 所示,前级叶轮出流以速度 c2 流向中导叶,在中导 叶中转为轴向 c1 流出,使两级叶轮获得同样的入口条件。导叶通常采用圆弧型叶片。 后导叶的作用是将最后一级叶轮的出流方向转为接近轴向流出。 剩余的旋统速度 cu 使气流不仅沿轴向,而且是沿螺线方向在扩散器中流动,有利于改善扩散器的工作。 扩散器的作用是把风机出口动压的一部分转换为静压,以提高风机的静效率。 风机外壳呈圆筒形,重要的是叶轮外缘与外壳内表面的径向间隙应尽可能地减小。 通常 s ? s l (s — 径向间隙,l — 叶片展长)在 0.0l~0.06 之间。 某些风机设有前导叶,用以控制进入叶轮的气流方向,达到调节特性的目的。此导 7 叶可分为两段,头部固定不动,足部可以摆动。这样,外界气流可以较小的冲击进入前 导叶,而后改变方向进入叶轮。前导叶的数目(以及中导叶和后导叶)应与叶轮叶片数 互为质数,以避免气流通过时产生同期扰动。 集流器和整流罩的作用是,使气流顺利地进入风机的环形入口通道,并在叶轮入口 处,形成均匀的速度场。目前,矿用轴流风机集流器型线为圆弧型,整流罩的型面为球 面或椭球面。 国产 2K 60 型风机结构如图 16-12 所示。叶轮叶片为机翼型呈扭曲状,中、后导叶 亦为机翼型呈扭曲状。叶轮和各导叶之间的配置参看图 16-23a。认证证书包装印刷叶轮的轮毂为板结构。 支承主轴的轴承采用滚动轴承,用油脂润滑。传动轴两端用齿轮联轴节分别与风机和电 动机联结。 该类风机除调节叶片安装角外,还可采用调节叶片数目方法,调节风机特性。图 16-13 即为该类风机及其调节时的特性。除此之外,该类风机还可以采用改变中、后导 叶角度的力法,使反转反风且超过 60%的正常风量。 8 GAF 型矿井轴流式通风机的整体结构与日本的 MFA 型类似。如图 16-13 所示,两 级叶轮装在主轴承箱 10 的两端,传动轴 11 是用钢板弯焊的空心轴,由风机的出风侧伸 出,与电动机联结。风机采用弯头式扩散器,在转弯处装有整流叶栅,扩散器内壁上分 段设置消音板,出口处加装了排行式消音器。装在初级叶轮端头的部件 16 是动叶调节 装置的控制头。根据用户的需要,也可以配置静止调节叶片安装角的机构。 该风机的特性示于图 16-14。风量和风压均以额定值的百分数表示。在风压特性上 标注的角度值为动叶调节时的角度。由特性可看出该风机有较高的效率,而且在网路特 性不变的情况下,作动叶调节时,风机的效率基本保持不变。 两级对旋轴流式通风机的叶轮,分别有各自的电机拖动,转动方向相反。两叶轮之 间不须装中间导叶片,如图 16-15 所示。当风机以正常方式工作时,两叶轮的周速相同, 均为 u,但方向相反。气流以轴向速度 c11=ca 流入前级叶轮,进口处的相对速度为 w11 气流在叶轮中获得能量后,以相对速度 w21 和绝对速度 c21 流出前级叶轮,出口处的旋 绕速度为 c21u。气流以绝对速度 c12(=c21)进入次级叶轮,相对速度为 w22,气流在次级 叶轮中继续获得能量后,到达出口时的相对速度为 w22, ,绝对速度为 c22,旋绕速度为 c22u。 当风机处于最佳工况运行时,脱离次级叶轮时的气流方向基本为轴向。此时,两级 叶轮中的气流旋绕速度增量基本相等,从而风压增量也相同,风机产生的风压在各级中 9 各占一半。 10 苏联阿尔捷莫夫机器制造厂(按照图 16-16 带有进风弯道、出口扩散器和出风箱的 装置略图)制造的 BOд 型直径 1.6m 的对旋风机装置特性示于图 16-17。包装袋印刷编号为了获得最佳 工况,两叶轮的叶片安装角应按特性图上的匹配值调整。若不按匹配值调整时,可将第 二级叶轮叶片安装角固定在 27(°)位置,而后只调节前级叶轮叶片安装角,此时风压调 节深度不变,而流量的可调幅度变窄了。若将拖动两级叶轮的电动机中的任一个断电, 并让其转子自由旋转,则风量约为正常风量的 40~50%。 当两级叶轮叶片安装角为 40~44°时,次级叶耗为前级叶耗的 1.3 倍。在 其余安装角时,两级功耗大体相同,选择电动机功率时应注意。 这种风机的最大特点是,反风时无需其它操作,只要两叶轮都反转即可完成反风任 务,反风量达正常风量的 64~73%。 11 近年来,引起人们注意的是子午加速型,如图 16-18 的示,这种风机不同于一般的 轴流风机,气流途径的通道子午截面显著缩小,使气流在子午面中加速运动。由它的速 度角形可以看出,其出、入口处的轴向分速度不等,c2a>c1a。由于子午加速,气流在叶 栅流道内的扩压效应减弱,允许选用较大的 β2 角.从而获得较高的旋绕速度增量?cu= (c2u-c1u),得到较高的风压系数。一般轴流风机的风压系数 H ? 0.15 ~ 0.2 ,离心风机的 风压系数 H ? 0.4 ,而子午加速风机的风压系数可达 H ? 0.35 ,接近离心式风机。其流 量系数仍为一般轴流风机 Q ? 0.3 。这类风机效率可达 88~89%。因此,子午加速风机兼 有轴流式和离心式风机的特点。 12 苏联生产的 BM-6м 型子午加速局部通风机结构及其特性,分别示于图 16-19 和图 16-20。这种风机叶轮叶片角度不可调,通常都是利用前导叶调节,它是机翼型叶片, 材质有弹性,以便通过操作机构使其襟翼在+40~-45°范围内调节。国内已有相应地产 品出现。 13 还有一种叶轮为离心式,而导流器和外壳呈轴向流出的局部通风机(图 16-21) 。这 种风机与风筒直径大体相同的子午加速风机相较,其风量少 30%,而风压则高约 60%, 适合于断面较小的长巷道的独头通风。 苏联制造的В Ц -7 型风机(图 l6-21)直径为 750mm,所需风筒直径为 800mm。额 定工况风量为 6.75m3/s, 风压为 515daPa, 可用于断面面积 10m2 的 2300m 长巷道的通风。 14 §3 轴流式通风机逆转反风 按照我国《煤矿安全规程》的规定,主扇风机在接到反风流命令后,必须在 10 分 钟内改变巷道中的风流方向,而且反风量不应小于正常风量的 60%。 轴流式通风机的旧式反风措施是利用反风道和一系列反风门,这种方法操作时间 长,有时机构失灵,并且建筑费用高。因此人们研究提高风机本身的逆转反风能力,试 验了许多方案。 图 16-22 中的№1 方案,是两级轴流式风机在保持各叶片角度不变的情况下,逆转 反风情况。此时,反风量仅为正常风量的 25%。显然,不能满足规定的反风量要求。 №2 方案是在保持中、包装袋印刷编号后导叶角度不变的情况下,将叶轮叶片安装角由原来的实线 位置调到虚线位置。此时,逆转时的反风量可达正常风量的 90%。国产 GAF 风机采用 此方案,利用其机械调节机构,在停机情况下,将叶轮叶片角调到反风位置,产生不低 于 60%正常风量的反风量。 BOKP 风机的反风方案是在逆转前,将中导叶的凸凹面变换到虚线位置。逆转时的 反风量可达正常风量的 60%以上。其中导叶片,是用有弹性的橡胶类材质制作的,反风 时利用装在外壳外表面上的机构,一次将所有的中导叶凸凹面变换到虚线位置。 BOд 对旋式风机反风时,无需附加其它机构,只需将两叶轮都逆转,即可使反风 量达正常风量的 60%以上。 OB-103 型两级轴流风机的两级叶轮叶片布置方式不同,前级叶轮叶片按正常通风 设计,次级叶轮则按逆转反风要求设计。倒转反风时,只需将中、后导叶位置调到虚线 位置,即可得到近于正常风量的反风量。这种风机的效率较低。 国产 2K 60 风机采用了改变中、后导叶角度的方案,将逆转反风量提高到正常风量 的 60%以上。图 16-23a 示各叶片角度。正常通风时,各叶片处于实线位置。反风时, 中、后导叶转动 150°,调整到虚线所示位置。很明显,逆转时风机反向,原前级叶轮 转为次级;次级叶轮转为前级;后导叶则起前导叶的作用。 叶片的转动是靠绳轮系统完成的。如图 16-23b 所示,导叶的叶柄穿过外壳,在柄 尾装 6 绳轮,绳轮分为两组,奇数号为一组,偶数号为另一组,组与组之间的叶片相间 布置。每组绳轮用一条钢绳连成一体,组成一个单独系统。图中只绘出了一组绳轮,在 停机情况下,伺服电机接受指令转动后,通过链条 7 拖动链轮 6 转动。 绳轮(图 16-23c)是双槽的,轮边上有一切面,切面上固定着两支双头螺栓。由上 槽引入绳轮的钢绳左方绕过两螺栓后,过渡到下槽引出绳轮。绳上有一块压板 7,压住 钢绳并用螺帽固紧,以防止绳与轮之间滑动,保证准确定位。 两绳轮组不能同时操作,只能在一组完成转动后,再转动另一组。否则,相邻叶片 将相互碰撞。 后导叶的下半周叶片受轴承支架的限制不能调整。上半部叶片,同样也分成两组, 相间操作转动。 15 一切操作都是在停机情况下进行的。操作过程中有闭销装置,防止风机启动。操作 系统可由电动操作转换为手动操作。 16 17

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