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“瘦身”集流器和扩压器对轴流通风机性能的影响

吴秉礼*/长春花园机械有限公司    

摘要:叙述了轴流通风机集流器和扩压器的设计及其合理的几何参数;分析了减小集流器和扩压器尺寸对轴流通风机性能的影响,提出了相应的对策。

关键词:轴流式通风机;集流器;扩压器;性能

中图分类号:TH432.1   文献标识码:B

The Effects of “Downsizing” Set Converter and Diffuser on Axial-flow Fan Performance

Abstract: This paper has specified the design of converter and diffuser of axial-flow fan and its reasonable geometry parameters. The effects of downsizing set converter and diffuser on axial-flow fan performance are analyzed and the relevant countermeasures are pointed out.

Key words: axial-flow fan; collector; diffuser; performance

0  引言

  随着煤矿用轴流主通风机市场竞争的不断加剧,为降低成本、方便运输,有的生产企业竟然对集流器和扩压器的几何尺寸进行“瘦身”处理。所谓“瘦身”,就是与合理的几何参数相比,将集流器进口直径减小、长度加大;将扩压器出口直径减小,长度亦减小。这种作法显然是不妥的。对此,笔者认为,有必要再述集流器的合理几何参数和扩压器的正确设计,指出“瘦身”处理对轴流通风机性能的影响,并提出相应的对策。

1  集流器几何参数及其对风机性能的影响

  集流器是轴流通风机重要的辅助部件。集流器有圆弧型和圆锥型两种,见图1a和图1b。

图1 集流器的型式

  文献[1]给出了圆弧型和圆锥型集流器对压力损失的影响,见图2。

图2 集流器对压力损失的影响

  从图2看到:

  (1) 圆弧型集流器压力损失最小,当r/d≥0.2时,Kx≈0.03;

  (2) 对于圆锥型集流器θ=30°时,压力损失最小,当L/d≥0.25时,Kx≤0.15;

  (3) 两种集流器相比,圆弧型的压力损失最小,但制造较为复杂。

  根据上述试验结果与分析,得出集流器合理几何参数为

  圆弧型:

  r=0.26d ,L=0.2d,d’=1.2d ;

  或 r=0.30d,L=0.25d,d’=1.3d。

  圆锥型:

  θ=30°,L=0.25d(即d’=1.29d),△=0.04d 。

  目前,国内企业大都设计、制造圆锥型集流器。经“瘦身”处理的圆锥型集流器的几何参数为L=(0.40~0.45)d, d’=(1.15~1.20)d,△=0 。

  于是有:θ=arctan[(d’-d)/2L]=9.5°~14.0°

  查图2得Kx=0.40~0.30,可见,“瘦身”的圆锥型集流器的压力损失为合理的圆锥型集流器2倍以上。

2  扩压器几何参数及其对风机性能的影响

  扩压器同样是管道轴流通风机重要的辅助部件。国内煤矿用轴流主通风机大都选用抽出式通风方式,大中型轴流通风机大都选用锥形外筒、收敛式中间整流体的环型扩压器,见图3。

图3 环型扩压器

  扩压比: A2/A1=D22/[D12(1-xb2)]

  轮毂比: xb=r1/R1

  文献[1]详尽地叙述了扩压器的设计方法:当量扩压角法和查用曲线法,笔者不再赘述。图4给出了带收敛式中间整流的环形扩压器的几何参数曲线。

图4 环型扩压器几何参数曲线

  笔者了解到的“瘦身”扩压器的几何参数为L/R1=3~4 , A2/A1=1.9 ,并与轮毂比无关。从图4查知,此“瘦身”扩压器的轮毂比 xb=r1/R1=0.20~0.48 。说明这种“瘦身”扩压器只能用于低压轴流通风机,作为煤矿用轴流主通风机,显然是不合理的。若仍有 L/R1=3~4 ,当 xb=0.5~0.7时,则必须增大扩压比,见表1。

表1 两种扩压器的对比

  从表1看到:当“瘦身”与合理扩压器长度L/R1相同时,“瘦身”的扩压比A2/A1小于合理的扩压比,且轮毂比越大,减小的差距越大。

  根据连续性条件,有

  V1A1=V2A2=Q

  则有V2=(A1/A2)V1

  于是扩压器出口动压

  pd2=(1/2)ρV22=(1/2)ρ(A1/A2)2 V12=(1/2)ρV12/(A2/A12

  当 D1(A1)、Q(V1)已定,由于“瘦身”后的A2/A1减小,p2d则增大,即扩压器的出口动压增大。对于抽出式主通风机,出口动能排向大气并不为用户所用,出口动压损失增大,导致主通风机装置的静压效率下降。

  下面再通过具体计算加以说明。

  (1)当L/R1=3.0,取“瘦身”扩压器长度最短时:对于“瘦身”扩压器,由于A2/A1=1.9 ,则

p2d=(1/2)ρv22= (1/2)ρv12/(A2/A1)2=0.139ρv12

  对于合理扩压器,不同轮毂比xb时的p2d

  xb=0.5时,A2/A1=1.93,p2d=0.134ρv12

  xb=0.6时,A2/A1=2.1,p2d=0.113ρv12

  xb=0.7时,A2/A1=2.3 , p2d=0.0945ρv12

  于是可知,xb=0.5,0.6,0.7时,“瘦身”扩压器出口动压损失分别为合理扩压器的1.04,1.22,1.47倍。

  (2)当L/R1=4.0,取“瘦身”扩压器长度最长时:对于“瘦身”扩压器,由于A2/A1=1.9,p2d= 0.139ρv12

  对于合理扩压器:

  xb=0.5时,A2/A1=2.25 , p2d=0.0988ρv12

  xb=0.6 时, A2/A1=2.50 ,p2d=0.08002ρv12

  xb=0.7 时, A2/A1=2.65 ,p2d=0.0712ρv12

  于是可知,xb=0.5,0.6,0.7时,“瘦身”扩压器出口动压损失分别为合理扩压器的1.41,1.74,1.96倍。

3  结论

  通过上述分析对比可知,“瘦身”集流器和扩压器对轴流通风机性能带来的影响。

  现实的情况是,有的生产企业为了应对相互压价的市场竞争,深知叶轮是轴流通风机的心脏,不敢在叶轮的设计和制造上做手脚,就选择了在集流器和扩压器等辅助部件上做文章。而用户为了获取廉价的风机,却不知“瘦身”处理给使用带来的不良影响。这种不正当竞争已成为风机运行效率低的一个新的原因。

  笔者建议:生产企业严肃设计、严格制造、保质保量、诚信报价;不为压价所惑,不在“瘦身”上作文章。用户在严把报价关的同时,更要严把质量关,不能只贪图便宜。一定要弄清楚产品是否做了“瘦身”处理,哪些地方做了“瘦身”处理。除了集流器和扩散器外,还要关注进口稳流段、消声器、扩散塔、风门等大型部件,看其设计是否合理。要做到这些,关键是用户的相关部门的人员要提高技术业务素质。

参 考 文 献

[1]吴秉礼,等.轴流通风机的工程设计方法[M].吉林大学出版社,2007.

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  评论人:kisgjtvduiz   打分:85 分  发表时间:2015-3-27 7:47:17
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