книги из ГПНТБ / Пак, В. В. Шахтные вентиляционные установки местного проветривания

При работе без сепаратора на полученных кривых статического давления явно выражены максимум давления и впадина, положение которых соответствует максимуму давления и впадине на суммарной характеристике вентилятора.

Характер изменения давления по штуцерам, расположенным за пределами лопатки, хорошо согласуется с характером изменения давления по соответствующим близко от них расположенным шту­ церам, лежащим в пределах периферийной части рабочих лопаток. Это дает основание считать, что лопатки рабочего колеса не вызывают

а — характеристики давления; б — схема расположения штуцеров

существенного изменения статических давлений, замеряемых на данном участке.

При работе без воздушного сепаратора (см. рис. 54) на периферии (в пределах лопаток) имеется явно выраженная область разрежения, распространяющаяся со стороны передних кромок лопаток на рас­ стояние около 35—40% величины их хорды. Эта область сохраняется в диапазоне от максимальной производительности до режима макси­ мального давления. По мере дальнейшего уменьшения производи­ тельности на аэродинамической характеристике вентилятора по­ является впадина, а в указанной области давление становится выше атмосферного. Такое повышение давления можно объяснить появле­ нием вращающегося срыва и выбрасыванием части возмущенного потока за пределы входных кромок рабочих лопаток.

При работе вентилятора с воздушным сепаратором (см. рис. 55) в точке над лопаткой, расположенной от входной кромки на рас­ стоянии около 40% длины хорды, разрежение при максимальном расходе существенно выше по сравнению с работой без сепаратора.

101

Такое изменение давлений свидетельствует о возрастании скорости потока в этой точке за счет действия сепаратора. В то же время видно, что при работе с сепаратором впадины на аэродинамической характеристике вентилятора и на соответствующих характеристи­ ках статического давления по всем штуцерам отсутствуют. Это сви­ детельствует о том, что вентилятор во всем диапазоне изменения производительности работает устойчиво. Аналогичный характер изменения давлений наблюдается и при углах установки 0НА =

=±45°.

Проведенная серия испытаний показала, что для колес с мери­

диональным ускорением потока выдвигание передних рабочих кромок в конический переход с увеличенными радиальными зазорами на расстояние до 40% величины хорды не вызывает существенного снижения развиваемого давления и к. п. д. вентилятора.

Расход воздуха, проходящего через сепаратор, определяли с по­ мощью шести осредняющих расходомерных зондов, установленных равномерно по окружности в направляющем аппарате. По этим зон­ дам определяли расход воздуха через направляющий аппарат ()НА, а расход воздуха, подаваемого вентилятором в нагнетательный трубопровод, Qa замеряли по трубе Вентури. Таким образом, расход воздуха через канал сепаратора составлял

Осредняющие расходомерные зонды в направляющем аппарате предварительно были протарированы по трубе Вентури (при этом канал сепаратора закрыли). _

На рис. 56 показано изменение значения Qc в зависимости от режима работы вентилятора К-9Г- 2. Аналогичные измерения были проведены и для вентилятора К-10Г-16. Несмотря на значительное различие оптимальных параметров этих вентиляторов (см. табл. 20) качественно картина течения в сепараторе была подобной.

Испытания позволили проследить характерные зависимости тече­ ния в воздушном сепараторе:

расход воздуха через сепаратор практически мало изменяется от угла установки лопаток направляющего аппарата;

при производительности QH, соответствующей режиму макси­ мального полного к. п. д., подсос воздуха через канал сепаратора практически прекращается;

дальнейшее уменьшение производительности вентилятора сопро­ вождается выбрасыванием части потока через канал сепаратора, при этом расход воздуха через решетку направляющего аппарата и рабочее колесо сохраняется примерно постоянным и соответ­

ствует Qu;

на режимах, близких к полному дросселированию с нагнетатель­ ной стороны вентилятора, поток выбрасывается через канал сепара­

тора в количестве, примерно равном 0,6@н.

102

Для проверки и получения дополнительных сведений о характере течения в направляющем аппарате и воздушном сепараторе была исследована структура потоков с помощью шарового пятиканального

меньше скорости с1а на этом режиме;

на оптимальном режиме @п подсос потока через канал сепаратора не наблюдается;

103

на режимах Qlu и Qlv в канале сепаратора имеет место выброс возмущенного потока из рабочего колеса в направлении, противо­ положном движению основного потока в межлопаточном канале направляющего аппарата; скорость обратного возмущенного по­

канал сепаратора на режимах, близких к полному дросселированию, зависит от окружной скорости колеса на периферии uR и мало зависит от угла установки лопаток направляющего аппарата (или рабочего' колеса), а также от типа осевого вентилятора. Так, например, для вентилятора К-06 указанная скорость составляла с 1ас — 0,8uR, а для вентилятора К-9Г-12 — составила с1ас = 0,75uR.

Используя полученные количественные зависимости, можно опре-

104

делить геометрические размеры канала сепаратора в зависимости от параметров вентилятора. Опыт показал, что наиболее экономично воздушный сепаратор работает при внутреннем диаметре обечайки

где # — наружный диаметр рабочего колеса.

Пренебрегая толщиной обечайки, которая обычно не более 0,005#,

Выражение (139) получено по результатам экспериментального исследования потоков в канале сепаратора и является приближен­ ным. Однако, как показал опыт, оно вполне приемлемо для инженер­ ных расчетов при определении конструктивных размеров противосрывных устройств вентиляторов с меридиональным ускорением.

Дальнейшие экспериментальные исследования воздушного сепа­ ратора позволили определить влияние размеров его отдельных элементов (см. рис. 53) на аэродинамические характеристики венти­ лятора с меридиональным ускорением потока.

составляет (0,3 -f- 0,35) Ъ.

Расстояние от обечайки сепаратора до лопаток колеса в диапа­ зоне б = (0,0065 — 0,045) # мало влияет на характеристики, макси­ мальный к. п. д. вентилятора при этом изменяется на 1,0—1,5%. Рекомендуемые значения этой величины составляют б = (0,015 —

-f- 0,02) # .

Угол перехода от корпуса направляющего аппарата к корпусу вентилятора исследован в диапазоне ак = 20 -f- 90°. Изменение угла перехода в этом диапазоне слабо влияет на характеристики, раци­ ональными можно считать значения ак = 60 4- 90°.

Длина обечайки канала сепаратора 10 влияет на эффективность раскручивания потока в нем. Оптимальная длина обечайки при

должна быть менее указанной величины или отсутствует направля­ ющий аппарат, в канале сепаратора следует устанавливать спрямля-

105

ющие лопатки для раскручивания потока, идущего на срывных режимах от рабочего колеса. Эффективно в этом случае работает

Ширина канала на выходе при работе с входным коллектором (как, например, у вентиляторов ВМ-8м и ВМ-12м) должна составлять

с фланцем, как, например, у серийных вентиляторов местного проветривания типа СВМ, коэффициент потерь при входе соста­ вляет около £п = 0,57.

На рис. 58 показаны характеристики вентилятора К-9Г-12 (0на=

=0°) при работе с входным коллектором без сепаратора (схема 7),

свходным коллектором и воздушным сепаратором (схема 2), с коль­ цевым уступом и воздушным сепаратором (схема 3).

_ Сравнение характеристик показывает, что в диапазоне режимов

Q = 0,21 0,36 применение сепаратора с входным коллектором приводит к снижению давления и к. п. д. примерно на 1% (по срав­

нению со схемой 1). При Q < 0 ,2 сепаратор обеспечивает устранение впадины и значительное повышение к. п. д. Напорные характери­ стики при работе вентилятора по схемам 3 ж 2 практически совпа­

106

дают, а к. п. д. в области оптимума снижается на 1—2% . Регулиро­ вочные характеристики вентилятора К-9Г-12 с сепаратором по схеме 2 (при 0на = ±50°) показаны на рис. 45.

§ 4. Пример аэродинамического расчета рабочего колеса с меридиональным ускорением потока

Последовательность аэродинамического расчета проследим на примере вентилятора со встроенным электродвигателем по схеме НА + К + СА, который предназначен для местного проветривания и должен обеспечивать на оптималь­ ном режиме следующие параметры установки:

нием расчетного давления {Ну<=&

0,3). Угловая скорость ш =

ТТп

=3Q = 308,8 1/сек.

По заданным и дополнительным расчетным параметрам определяем коорди­ наты расчетных сечений, углы треугольников скоростей на входе и выходе, яагруженность тсрСж . Результаты расчетов приведены в табл. 22 (схему тре­

угольников скоростей и расположения сечений см. на рис. 40).

107

I

Принимая на периферии в сечении I —I коэффициент силы Жуковского Сж = 1,0 (см. табл. 19), а у втулки (учитывая сравнительно малые аэродина­

мические нагрузки) в сечении V—V величину Сж = 1,2, определим густоту тср и длину хорды профиля на этих сечениях. Зададимся линейным изменением хорды и максимальной толщины профиля с по высоте лопатой, принимая в се­

чениях I —I и V—V значение с соответственно равным 5 и 10% . Входной угол атаки выбираем постоянным для всех сечений, т. е. а х = 0°. Далее вычислим параметры, характеризующие геометрическпе размеры профилен по сечениям, результаты которых приведены в табл. 23.

На полученные для каждого сечения средние линии накладываем симметрич­ ный профиль С-4, координаты которого приведены в табл. 24.

Обычно дугу средней линии профиля I делят радиальными отрезками на десять равных частей, а входной участок 0,11 дополнительно еще пополам. На полученных радиальных отрезках симметрично относительно средней линии

откладывают на соответствующем от входной точки расстоянии х — xl значение

у — ус, согласно табл. 24. Полученные точки контура профиля соединяют плавной линией с соответствующими радиусами на входе и выходе (рис. 59). Углы 0Копределяют графически по вычерченным сечениям. Один из углов 0К, например на периферии в сечении I —I (см. рис. 40), принимают в качестве угла установки лопатки колеса. Полученные таким образом профили изгибают на конических поверхностях соответствующих сечений, устанавливая их под углами 0С. Затем определяют положение центра тяжести профиля известным способом [44]. Совместив центры тяжести на одном радиусе, получают основные контуры лопатки.

Г л а в а V

РАЗРАБОТКА РЯДА ОСЕВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕНТИЛЯТОРОВ

Широкий диапазон вентиляционных режимов и условий про­ ветривания тупиковых выработок вызывает необходимость разра­ ботки типоразмерного ряда осевых вентиляторов местного проветри­ вания. Правилами безопасности предусматриваются вентиляторы местного проветривания с электрическим и пневматическим при­ водом. Действующий в настоящее время отечественный стандарт на осевые ВМП (ГОСТ 6625—64 *) предусматривает пять типоразмеров электрических и три типоразмера пневматических вентиляторов. В последние годы в дополнение к стандарту были разработаны мощ­ ные пневматические вентиляторы ВМП-бм диаметром рабочего колеса 600 мм и вентиляторы ВМ-12м диаметром рабочего колеса 1200 мм для горнорудной промышленности.

110