專利名稱：一種礦用軸流通風(fēng)機(jī)擴(kuò)散芯筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于礦用通風(fēng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種礦用軸流通風(fēng)機(jī)擴(kuò)散芯筒及其優(yōu)化降阻設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
由于軸流通風(fēng)機(jī)的出口速度大，其出口動(dòng)壓仍然很大，約占全壓的30%以上，對(duì)于有些流量大而壓力較低的軸流通風(fēng)機(jī)，其出口動(dòng)能甚至占到風(fēng)機(jī)全壓的50%左右。因此必須在風(fēng)機(jī)葉輪輪轂的后面設(shè)置擴(kuò)散筒。擴(kuò)散筒的作用就是將擴(kuò)散筒的進(jìn)口氣流動(dòng)能通過(guò)減速變?yōu)閴毫υ黾?，用以回收部分?dòng)壓，進(jìn)一步提高風(fēng)機(jī)的靜壓效率。擴(kuò)散筒的結(jié)構(gòu)一般由外筒和芯筒(整流體)組成。目前礦井主通風(fēng)機(jī)擴(kuò)散芯筒主要 有兩種形式，一種是圓臺(tái)形擴(kuò)散芯筒；另一種是圓臺(tái)與半球組合式擴(kuò)散芯筒，其中圓臺(tái)邊界與半球邊界是相切關(guān)系。兩種擴(kuò)散芯筒都能改善葉輪輪轂后部的流場(chǎng)，但仍存在擴(kuò)散芯筒尾部流場(chǎng)紊亂的問(wèn)題，局部阻力損失仍然較大。優(yōu)化擴(kuò)散芯筒尾部形體結(jié)構(gòu)，減少擴(kuò)散芯筒尾部渦流耗散能量損失，仍有較大的降阻節(jié)能空間。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種能減小擴(kuò)散芯筒局部阻力損失的礦用軸流通風(fēng)機(jī)擴(kuò)散芯筒。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的該礦用軸流通風(fēng)機(jī)擴(kuò)散芯筒，包括圓柱面外殼，以及以外殼軸心對(duì)稱安裝于外殼內(nèi)的內(nèi)芯體；內(nèi)芯體由一個(gè)圓臺(tái)體和半橢球體組成，圓臺(tái)體位于氣流入口端的面積大于位于氣流出口端的面積，半橢球體的切面端與圓臺(tái)體的氣流出口端相接，且圓臺(tái)體軸向切面的邊界線與半橢球體軸向切面的邊界線相切。本實(shí)用新型的擴(kuò)散芯筒內(nèi)芯體采用圓臺(tái)體與半橢球體組合而成，并通過(guò)優(yōu)化降阻設(shè)計(jì)方法確定內(nèi)芯體的具體尺寸，在同等的邊界條件下，與現(xiàn)有其它形狀的擴(kuò)散芯筒相比，降阻節(jié)能效果明顯，達(dá)到了減小擴(kuò)散芯筒局部阻力損失的目的，進(jìn)一步提高了風(fēng)機(jī)的靜壓效率。

圖I是礦用軸流式通風(fēng)機(jī)及其附屬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型擴(kuò)散芯筒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型擴(kuò)散芯筒的軸向剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。參見圖1，是礦用軸流式通風(fēng)機(jī)及其附屬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖I中可見，I是礦用軸流式主通風(fēng)機(jī)集流器，2是礦用軸流式通風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)段，3是通風(fēng)機(jī)擴(kuò)散芯筒段。參見圖2，是本實(shí)用新型擴(kuò)散芯筒的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括圓柱面外殼4，以及以外殼軸心對(duì)稱安裝于外殼內(nèi)的內(nèi)芯體。從圖2中可見，內(nèi)芯體由圓臺(tái)體5和半橢球體6組成，圓臺(tái)體5位于氣流入口端即左端的面積大于位于氣流出口端即右端的面積，半橢球體6的切面端即左端與圓臺(tái)體的氣流出口端即右端相接，且圓臺(tái)體5軸向切面的邊界線與半橢球體6軸向切面的邊界線相切。參見圖3，是本實(shí)用新型擴(kuò)散芯筒的軸向剖視圖，擴(kuò)散芯筒的形狀由6個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，分別為擴(kuò)散芯筒的長(zhǎng)度L，擴(kuò)散芯筒外殼直徑D，圓臺(tái)體的氣流入口端直徑d，圓臺(tái)體邊界線與擴(kuò)散芯筒軸線之間的夾角a,半橢球體的短半軸b,半橢球體的長(zhǎng)半軸C。利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法，選取擴(kuò)散芯筒的三維模型。所有模型的邊界條件均一致，其邊界條件設(shè)置及要求為入口采用速度入口，出口采用壓力出口，出口處的壓力為大氣壓，其他邊界設(shè)置為固體壁面；壁面附近采用非平衡壁面函數(shù)。圓臺(tái)體邊界線與擴(kuò)散芯筒軸線之間的夾角α，半橢球體的短半軸b,半橢球體的長(zhǎng)半軸c,三個(gè)參數(shù)的確定步驟如下(I)確定角度α的最優(yōu)值。給半橢球體的短半軸b,半橢球體的長(zhǎng)半軸c任意取一組值，角度α的取值范圍一般為2° 8°。不斷改變角度α的值，設(shè)計(jì)多個(gè)擴(kuò)散芯筒模型。所有模型的邊界條件設(shè)置一致，選擇壓力損失最小的模型，從而確定角度α的最優(yōu)值。(2)確定半橢球體的短半軸b,半橢球體的長(zhǎng)半軸c的組合最優(yōu)值。根據(jù)軸流風(fēng)機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸及風(fēng)量風(fēng)壓參數(shù)，設(shè)計(jì)多組b值，針對(duì)每一個(gè)b值，c值任意確定。對(duì)所有模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，所有模型的邊界條件設(shè)置一致，選擇壓力損失最小的模型，從而確定半橢球體的短半軸b,半橢球體的長(zhǎng)半軸c的組合最優(yōu)值。確定b和c的值時(shí)，必須滿足以下條件第一因?yàn)閿U(kuò)散芯筒是漸擴(kuò)管結(jié)構(gòu)，所以橢球的短半軸b —定小于d/2 ；第二擴(kuò)散芯筒必須在風(fēng)機(jī)擴(kuò)散段內(nèi)部；第二 半橢球體軸向切面的邊界線必須與圓臺(tái)體軸向切面的邊界線相切；根據(jù)具體軸流風(fēng)機(jī)葉輪的直徑可以確定擴(kuò)散芯筒外殼直徑D ;根據(jù)輪轂的尺寸可以確定擴(kuò)散芯筒圓臺(tái)體的氣流入口端直徑d ;根據(jù)步驟夾角a的最優(yōu)值可以確定擴(kuò)散芯筒的長(zhǎng)度L。下面是本實(shí)用新型試驗(yàn)應(yīng)用的工程實(shí)例以煤礦地面用防爆抽出式對(duì)旋軸流主通風(fēng)機(jī)FB⑶Z- No 22/2X75kff為例，分別對(duì)比圓臺(tái)體擴(kuò)散芯筒、圓臺(tái)體與半球體組合式擴(kuò)散芯筒和圓臺(tái)體與半橢球體組合式擴(kuò)散芯筒的流場(chǎng)分布和壓力損失情形。通風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YBF2-315L1-10，電機(jī)功率為2X75kW，處理的風(fēng)量范圍是32m3/s 74m3/s。對(duì)旋軸流主通風(fēng)機(jī)擴(kuò)散芯筒的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=4. 3m，擴(kuò)散芯筒的內(nèi)芯體大頭直徑為d = lm，風(fēng)機(jī)擴(kuò)散段外殼直徑D=2. 2m，擴(kuò)散芯筒圓臺(tái)體邊界線與擴(kuò)散芯筒軸線之間的角度取最優(yōu)角度α=4.5°，擴(kuò)散芯筒圓臺(tái)體末端圓面半徑為O. 35m。邊界條件設(shè)置為入口采用速度入口，大小為16m/s，出口采用壓力出口，表壓力為OPa，其他邊界設(shè)置為固體壁面，壁面粗糙度為2. 5X10_4m，粗糙度常數(shù)為O. 5。流體動(dòng)力學(xué)的計(jì)算結(jié)果表明擴(kuò)散芯筒圓臺(tái)體結(jié)構(gòu)擴(kuò)散芯筒的壓力損失為12. 6Pa，擴(kuò)散芯筒圓臺(tái)體與半球體組合式擴(kuò)散芯筒的壓力損失為10. 8Pa，擴(kuò)散芯筒圓臺(tái)體與半橢球體組合式擴(kuò)散芯筒的壓力損失為2. 4Pa。顯然采用擴(kuò)散芯筒圓臺(tái)與半橢球組合式 擴(kuò)散芯筒的壓力損失最小，與擴(kuò)散芯筒圓臺(tái)體擴(kuò)散芯筒相比，節(jié)約81%,與圓臺(tái)體和半球體組合式擴(kuò)散芯筒相比，節(jié)約77. 8%。
權(quán)利要求1.一種礦用軸流通風(fēng)機(jī)擴(kuò)散芯筒，包括圓柱面外殼，以及以外殼軸心對(duì)稱安裝于外殼內(nèi)的內(nèi)芯體,其特征在于內(nèi)芯體由一個(gè)圓臺(tái)體和半橢球體組成，圓臺(tái)體位于氣流入口端的面積大于位于氣流出口端的面積，半橢球體的切面端與圓臺(tái)體的氣流出口端相接，且圓臺(tái)體軸向切面的邊界線與半橢球體軸向切面的邊界線相切。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種礦用軸流通風(fēng)機(jī)擴(kuò)散芯筒。本實(shí)用新型的擴(kuò)散芯筒主要包括圓柱面外殼和內(nèi)芯體，內(nèi)芯體由圓臺(tái)體和半橢球體組合而成，圓臺(tái)體的軸向切面邊界線與半橢球體的軸向切面邊界線相切，擴(kuò)散芯筒是軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且與輪轂共軸。本實(shí)用新型的擴(kuò)散芯筒的具體形狀由6個(gè)參數(shù)決定，分別是擴(kuò)散芯筒的長(zhǎng)度L，擴(kuò)散芯筒外殼直徑D，圓臺(tái)體的氣流入口端直徑d，圓臺(tái)體邊界線與擴(kuò)散芯筒軸線之間的夾角a，半橢球體的短半軸b，半橢球體的長(zhǎng)半軸c。運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的方法，對(duì)設(shè)計(jì)的多組擴(kuò)散芯筒模型進(jìn)行計(jì)算，選擇壓力損失最小的模型作為形體優(yōu)化的擴(kuò)散芯筒。本實(shí)用新型的擴(kuò)散芯筒，其節(jié)能效率達(dá)到77%以上，節(jié)能效果顯著。
文檔編號(hào)F04D29/52GK202673784SQ20122031362
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者王海橋, 鄒祖云, 陳世強(qiáng), 李軼群 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)