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矿用对旋轴流主通风机的研制及改进

甘英浩 / 湖北赛福机械有限公司    

摘要:介绍了对旋轴流通风机钢制叶片与叶柄的联接,由传统的铆结构改进为焊接结构;叶轮与电机的直联改进为联轴器联接;除扩散器和扩散塔采用双层消声结构外,其它部件也采用了双层的消声结构。

关键词:对旋式轴流通风机;弯掠组合叶片;设计

中图分类号:TH432.1    文献标识码: B  

Research and Development of Main Fan with Counter-rotating Axial-flow Type for Mine

Abstract: This paper has briefly introduced the connection of blade and petiole with steel in counter-rotating axial-flow fan, which is improved from conventiaonal rivet ing structure to welding structure, the direct connection of impeller and motor is improved to coupling joint, and other components are also adopted double-layer noise elimination structure including diffuser and retention tower .

Key words: counter-rotating axial-flow fan; combination of curved blades swept; design

0  引言

  矿用对旋轴流式主通风机是保障煤矿安全生产的重要设备,煤矿对它的基本要求是:在所给定的运行条件下,具有安全可靠、效率高、噪声低、运行范围宽等良好的性能。要保证风机的良好性能,首先是依靠优良的产品设计,在设计过程中运用先进的理论方法;其次是依靠先进的产品加工工艺来保证。

1  风机的设计方法

  高性能风机设计的关键就在于风机叶片的设计技术。哈尔滨工业大学王仲奇教授,于1962年提出了,采用弯掠叶片来减少叶轮叶栅中二次流损失的设计思想。由于叶片弯曲,气流在回转面折转时,产生了叶片力的径向分量,在叶片背面形成了两端压力高,中间压力低的“C”型压力分布。在此压力梯度作用下,两端部的低能流体被吸入主流区,被主气流带走,这样就减少了低能流体在两端壁与叶背面组成的角隅处的堆积,避免了分离发生,减少了流动损失。

  在王仲奇教授这一设计思想的基础上,西北工业大学的苏莫明博士进一步提出了弯掠组合正交叶片设计方法,其技术关键是以最合理的叶片弯掠的组合分布量来控制叶片流道中气流的速度分布,达到最大限度地减少气流流动的压力损失和气动噪声。

  在对旋通风机的气动设计时,为了提高压升,要求在每一个基元叶栅设计中尽可能增大其加功量,由于叶根和叶尖区强烈的旋涡流动是二次流损失的主要根源,因此,宜将最大加功量放在叶片中部而将较小的加功量分给做功环境恶劣的叶尖处和叶根处[1],这样才能尽量减小二次流损失。

  我公司在矿用对旋轴流式主通风机的煤安标志认证过程中,根据国家煤矿防尘通风安全产品质量监督检验中心关于叶轮叶片摩擦火花检验方面的要求,主通风机的叶轮叶片应采用钢叶片的型式。因此,我公司组织技术人员进行了钢叶片叶轮主通风机的研制工作。在气动设计中,学习并运用了弯掠组合叶片设计技术。研制的样机经国家煤矿防尘通风安全产品质量监督检验中心的检测人员来我公司现场测试,风机的气动性能达到了国家标准的要求。以FBCDZ-№16主通风机为例,其最高静压效率达到83%。实践证明,弯掠组合叶片设计的理论方法是提高风机气动性能的有效方法。

2  制造工艺和结构设计方面的几点改进

2.1  叶轮叶片制造工艺方面的改进

  国内各风机厂家生产的轴流式主通风机的叶轮叶片一般分为两种:一种是铸铝叶片,另一种是钢叶片。钢叶片通常是采用机翼型的双层空心叶片。我公司设计的钢叶片也是这一种。钢叶片与叶柄之间的连接一般是采用铆钉铆接的方式(见图1)。这种型式的钢叶片曾经产生过铆钉松动,以至于叶片脱落的情况。这对于主通风机的安全运转和煤矿的安全生产带来极为不利的影响。针对这一安全隐患,我公司将钢叶片与叶柄的连接改为焊接的方式。其具体实施情况:第一步,先将叶片的下表面与叶柄四周的结合处用角焊方式焊接起来;再将叶片下表面在钻孔位置用塞焊方式与叶柄焊接起来(见图2)。第二步,将叶片上表面与叶片下表面前、后缘的结合处焊接起来,再将叶片上表面在钻孔位置用塞焊方式与叶柄焊接起来(见图3);最后将叶片顶部和根部封口。钢叶片与叶柄采用这种焊接的方式,避免了叶片从叶柄上脱落的情况发生。对于提高主通风机的安全可靠性发挥了重要的作用。我公司2007年发往黑龙江七台河精煤集团多经公司小五站矿的两台主通风机,就是这种结构的钢叶片,目前已正常运行一年多。

1.叶片上表面 2.铆钉 3.叶柄

图1 钢叶片与叶柄的铆接方式

1,4.焊接处 2,9.叶片下表面

3,6叶柄 5,7.角焊 8.塞焊

图2 钢叶片下表面与叶柄的焊接方式

1.对接焊 2.叶片上表面 3,5,6.角焊 4,8.塞焊 7.叶片下表面 9.叶柄

图3 钢叶片上表面与叶柄及叶片下表面的焊接方式

2.2  叶轮联轴装置的结构设计改进

  目前,大部分风机厂家生产的矿用对旋轴流式主通风机的叶轮与电动机的装配都是采用直联式,即叶轮直接安装在电机轴上。这种装配方式结构比较简单。这是它的优点,但是,也有它的缺点。由于叶轮直接安装在电动机的轴上,叶轮的自重很大,电机轴形成了一种悬臂轴。风机在运转过程中,靠近叶轮一端的电机轴承承受很大的轴向力和径向力。在风机运行中,电机轴承容易出现磨损、发热,造成因轴承温度过高而停机的现象。尤其是在大型号的主通风机中,甚至出现轴承损坏、电机烧毁的严重事故。

  为了避免这种情况的发生,在大型号主通风机的结构设计中,增加了一套叶轮联轴装置。其特点在于叶轮及叶轮轴安装在轴承座上,叶轮轴通过联轴器与电机轴连接。风机运转时产生的轴向推力和叶轮自重产生的径向力均传至轴承座上,不再传至电机上,电机轴只承受单纯的扭矩,电机轴承的受力状况大为改善,电机的使用寿命和通风机的安全可靠性得以提高。

2.3  降低风机噪声方面的改进

  为了降低主通风机的噪声,大部分的风机厂家都采用了增加消声装置的结构设计。一般是在扩散器和扩散塔这两个部件上采用双层的消声结构。其内层为冲孔板,夹层中间装填消声棉。这对于降低通风机的噪声发挥了一定的作用。而由于制造工艺方面的原因,通风机的主机部件、集流器和圆方接头等其它的一些部件并没有采用这种双层的消声结构,消声效果仍然不够理想。为了更进一步地降低主通风机的噪声,我公司对风机的每一个部件都进行了结构设计方面的改进,全部采用双层的消声结构。尽管给制造工艺增加了难度,但是对于降低风机的噪声,发挥了较好的作用。

参 考 文 献

[1] 吴学凤,黄家友.弯掠动叶在对旋通风机中的应用[J].风机技术,2006(2):22-23.

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  评论人:uhobnhyjb   打分:85 分  发表时间:2015-7-26 9:24:56
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