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　　1引言離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動公復(fù)雜的維粘性流動。 　　只憑借現(xiàn)有的試驗手段要很好地測量其中流場的細(xì)微結(jié)構(gòu)是非常困難的，甚至是不可能的。 　　如今，啊計算流體動力學(xué)技術(shù)運(yùn)用于離心風(fēng)機(jī)的實例己不少，但它們基本上是建立在些簡化堪礎(chǔ)的如單獨譯個離心葉輪的流道成單獨鐸十蝸殼或運(yùn)用個流道巧蝸迭代計算的方法研究風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動2，實際上這些算法都假設(shè)4機(jī)內(nèi)流動足定常與討稱的。忽略了由于蝸殼型線的非對稱性而導(dǎo)致葉輪各葉道內(nèi)流動呈現(xiàn)的非對稱流動特征，所以，用這些方法無法準(zhǔn)確地捕捉到流場的真實信息；曾經(jīng)也有人把整個轉(zhuǎn)子與定子都考慮進(jìn)去，但卻把整個流場作為維來處理這樣根本無法得到流場的維特性。 　　心風(fēng)機(jī)在設(shè)計工況與變工況下進(jìn)行了內(nèi)部流場整機(jī)乍維姑性準(zhǔn)定常1律。捕捉到了離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部許多重要的流動現(xiàn)象，證實了由于蝸殼的非對稱性而導(dǎo)致葉輪與蝸殼的相互作用時會引起整個流場1對稱的流動特怔，通過付離心4機(jī)內(nèi)流場果為探討影響離心風(fēng)機(jī)效率的原因改進(jìn)葉型設(shè)計提高效率擴(kuò)大運(yùn)行工況范圍等，提供了重要2基本方程及其數(shù)值方法收稿日期200247邊修稿日期2002基本方程程組并配合8必，潘，湍流模型。時均奶程俎的守恒形式可以簡4成Fv粘性迎量尖景Q源項矢試其達(dá)式可簡寫為存動力粘度揣流粘度，其值由8湍流模型而定以流熱傳導(dǎo)系數(shù)傳導(dǎo)系數(shù)記義分別為數(shù)值計算方法對式⑴采基于時間推進(jìn)法的，格階精度。它對中間坐標(biāo)采用中心離散格式，為了防止求解時發(fā)生振蕩，方程中加上個非線性階人工粘性項和個線性的階人工粘性項。對時間坐標(biāo)米用階出1方法求解fU7dT=Fii為提高計算的速度與收斂性，本文采用了重網(wǎng)格循環(huán)的技術(shù)隱式殘差光順當(dāng)?shù)貢r間步長等加速收斂技木。 　　2.3邊界條件的設(shè)定進(jìn)口給定流動總壓為大氣靜壓力，流動總溫為大氣靜溫流動方向為軸向進(jìn)氣。出口給定背壓5其它參數(shù)由內(nèi)部外推。壁面給定絕熱與無滑移條件。 　　流道與蝸殼間的動靜部件之間信息傳遞采用凍結(jié)轉(zhuǎn)戶方法，呢，1叫1.處理5人以達(dá)至1整機(jī)計算的目的。 　　需豎指出的是，由于本文用的紀(jì)揣流模喂它為代數(shù)模型，故無須捉及邊界糸件，木文后即為汁算結(jié)果收斂。 　　3計算結(jié)果與分析3.1計算實例況1的悠機(jī)數(shù)值計算。該離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計流試為4200，1屯設(shè)計壓力為10425035額定轉(zhuǎn)速為96，17.葉輪為后向單圓弧型，進(jìn)口安裝角為29，出口安裝角為38，葉片數(shù)為。該離心風(fēng)機(jī)外型意。 　　32計算網(wǎng)格為了便于給準(zhǔn)邊界條件，在計算時將風(fēng)機(jī)進(jìn)口管與出氣管分別延長，使其進(jìn)出口流動為均勾。 　　網(wǎng)格生成采用分區(qū)分塊，技術(shù)，分別將葉輪與蝸殼內(nèi)各布置約30萬個網(wǎng)格，2給出了整個風(fēng)機(jī)的維網(wǎng)格分布。 　　效率曲線與流量壓比曲線。由3可知，風(fēng)機(jī)的最高效率點正好是其設(shè)計流量點，當(dāng)流量偏離設(shè)計流量時，效率都有所下降。這種變化趨勢與以往風(fēng)機(jī)的試驗結(jié)果相致，這充分說明風(fēng)機(jī)的整機(jī)計算結(jié)果是有效而可靠的。相反，如果用些簡化模型，如單獨計算蝸殼或個葉輪與蝸殼的迭代計算都很難得到如此的流量效率曲線。 　　以往的試驗結(jié)果相致的，并且在設(shè)計工況的附近其曲線變化比較平坦，這說明該風(fēng)機(jī)的工況范圍較寬，性能較為理想。 　　由于本文是采用化3方程計算，且在計算中未采用壁面函數(shù)，故網(wǎng)格在固壁處須局部加密，并且第層網(wǎng)格離壁面的距離特別重要，它直接影響著計算的結(jié)果本文根據(jù)下述公式來定該值7L4參考長度Vnf參考速度；J+無量綱常數(shù)，可按經(jīng)驗選取本文計算時取3，流動雷諾數(shù)約為107，3.3.2風(fēng)機(jī)蝸殼周向壓力分布壁面上靜壓系數(shù)在設(shè)計工況與變工況下的變化曲線。其中0為周向角，其定義可參1. 　　靜壓系數(shù)，的定義為R考密度，其值取為常溫下空氣的密度v參考速度的大小，其值取為葉輪出口氣流速度6處數(shù)為3. 　　3.3計算結(jié)果3.3.1風(fēng)機(jī)性能曲線在蝸舌附近壓力先急劇下降后又急劇上升。這說明在變工況時，蝸殼內(nèi)氣流沿周向流動是非常配。其中1號流道是指1號葉片與2號葉片之間流道號流量分配也是不同的。只不過是在設(shè)計工況下，各流道流量的變化幅度要小于各種變工況時的情形。特別是當(dāng)風(fēng)機(jī)在變工況運(yùn)行時，靠近蝸舌的流道內(nèi)流量變化甚大。從這現(xiàn)象說明，風(fēng)機(jī)流呤內(nèi)的流動絕不足對稱的。故而只運(yùn)用單1流道計算流場會把這種流動的非對稱性給抹殺。 　　5風(fēng)機(jī)周向截面靜壓分布靜壓系數(shù)分布。的定義同式8. 　　由8可以看出，各個工況下，多數(shù)流道內(nèi)沿徑向隨半徑的增大壓力逐步上升，速度逐步減小，即葉輪中相對速度的減少，提高了氣體的靜壓能這正符合流體在葉輪內(nèi)部的流動特點。值得注意的是，不管在設(shè)計工況還是在變工況下，各個流道內(nèi)流動的壓力分布雖有相似之處，但也存在著較大的差別。 　　這種差別在靠近蝸舌附近的流道中現(xiàn)得更加明顯由于蝸舌的擾動作用，使其附近流道中的靜壓分布出現(xiàn)明顯扭曲的同時也使其升壓能力有所下降。 　　從7的各流道內(nèi)流量分配的不均勻性及8的葉輪內(nèi)靜壓分布的，對稱性這些側(cè)面可以說明每個葉道不同位置時的流動情況完全不同，這完個是山丁1蝸殼的非對稱性引起的。這現(xiàn)象明，流體在風(fēng)機(jī)的運(yùn)動過程中，下游的部件會對上游的流休流動產(chǎn)生非常人的影響，所以對整個風(fēng)機(jī)而言，單單用數(shù)值方法研究某個元件或某個流道的計算很難反映出流動的實際情況，況且研究單個元件時，計算的邊界條件很難給定，這給計算成誤導(dǎo)。 　　6蝸片處速度分布周向角5蝸克跨盤言流道平而靜統(tǒng)6，分布紊亂執(zhí)特別在蝸舌附近氣流先加速后減速，使流動惡化。只有在設(shè)計工況下，氣流沿蝸殼周向的流動比較均勻，故而壓力盡管有波動但相對比較平穩(wěn)，特別在蝸舌處，壓力未出現(xiàn)強(qiáng)烈的波動。 　　3.3.3風(fēng)機(jī)各葉片所受載，曲線蝸殼周向的壓乃波動會直接反作用葉輪出口，使各流道中的流體受到周期性的堵塞，從而使其產(chǎn)生具有定周期性的加速與減速運(yùn)動。這種葉道中流體周期性的變速運(yùn)動會造成流體流入葉道時流動角與攻和亦發(fā)生周期性的變化。從而使每個葉片所受的載荷亦發(fā)生周期性的變化6給出了各葉片所受載荷沿周向的變化葉片編號，可參1.從6可以看出，在設(shè)計工況下葉片所受載荷沿周向比較均勻，17變工況下，葉片所受載荷沿周向變化較大，特別在蝸舌附近這種變化尤為強(qiáng)烈。這就有可能誘發(fā)葉片的振動。 　　葉片編4從6中還可以看出，離心風(fēng)機(jī)內(nèi)，由于蝸殼足非對稱的。這種下游非對稱的結(jié)構(gòu)會對，葉輪中的流場產(chǎn)生影響，導(dǎo)致各個葉道中流動也具有非對稱性，從而使各個葉片所受載荷會有所不同。由此不難看出，要對離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)有個準(zhǔn)確的把，就必須將葉輪與蝸殼結(jié)合起來整機(jī)計輥，任何對流場進(jìn)行軸對稱的假設(shè)都是不合適的。 　　3.3.4風(fēng)機(jī)各流逍流巧分布M8葉輪跨盤蓋中心；4近，壓系數(shù)。分布蝸古玷離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部個比較敏感的部位，其中的流動狀況相當(dāng)復(fù)雜。9給出了各個況機(jī)跨盤蓋中心流道上蝸舌剛近流線分布，從休的擾動作用仲化近蝸舌附近的流體在流道中形成了個旋渦。這個旋渦在設(shè)計工況時相對比較弱小，而在變工況時這個旋渦幾乎充滿了整個流道，特，是在小流量工況下靠近蝸占附近的兩個流逍都有旋渦存在。這樣造成的能量損火是很大的。 　　3，工況蝸舌處速度失1.=1.0工況蝸舌處速度失量射。=1.41況蝸舌處速度失14結(jié)論通過離心風(fēng)機(jī)的整機(jī)準(zhǔn)定常計算，不僅可以較為準(zhǔn)確地描述出離心風(fēng)機(jī)的整體性能曲線。而且還能捕捉到其內(nèi)部流動的許多屯要的流動現(xiàn)象。從這些現(xiàn)象可以說明離心風(fēng)機(jī)內(nèi)的流動非常復(fù)雜，不具有任何軸對稱性屬于維的全粘性流動，而且風(fēng)機(jī)各部件之間的相互關(guān)聯(lián)非常緊密，下游的部件對1游會產(chǎn)生很大的影響。同時也說明，在某些假定下對風(fēng)機(jī)某個元件或某個流道的計算很難反映出流動的實際情況，很難為風(fēng)機(jī)的設(shè)計與改進(jìn)提出準(zhǔn)確的信息。

473型風(fēng)機(jī)減風(fēng)節(jié)能方法的選擇及效果杜賢流皖北煤電公司劉橋礦，安徽淮北235163提礦井經(jīng)濟(jì)效益。 　　礦用扇風(fēng)機(jī)是礦井通風(fēng)的主要動力。由于它的功率大，且日夜不停地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此耗電量很大。 　　據(jù)統(tǒng)計，原全國統(tǒng)配煤礦平均主要扇風(fēng)機(jī)電耗約占全礦電耗的17.因此，合理地使用扇風(fēng)機(jī)，不僅關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)，而且對礦井的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有定的影響。 　　1概況劉橋礦1981年建成投產(chǎn)，原設(shè)計生產(chǎn)能力1動輪；2葉片3主軸4輪焚5螺旋型機(jī)殼；6前導(dǎo)器；7吸風(fēng)筒；8錐形擴(kuò)散器60萬后經(jīng)改造設(shè)計為90萬前期和后期為中央邊界式通風(fēng)，中期增加南風(fēng)井為中央邊界和單翼對角混合式通風(fēng)。中央風(fēng)井風(fēng)機(jī)原根據(jù)生產(chǎn)能力60萬13選擇安裝。為適應(yīng)南風(fēng)井報廢時礦井生產(chǎn)能力保持90萬18的通風(fēng)需求，必須更換原有的風(fēng)機(jī)。中央風(fēng)井原安裝的兩臺風(fēng)機(jī)，臺為70B221Vo24型軸流式風(fēng)機(jī)，另臺為7082218型軸流式風(fēng)機(jī)。 　　為滿足礦井安全生產(chǎn)的需要，提前進(jìn)行了風(fēng)機(jī)改造工作，即更換成兩臺0473220離心式風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)改造后，由于此時礦井生產(chǎn)集中在南風(fēng)井系統(tǒng)，從而導(dǎo)致中央風(fēng)井主要扇風(fēng)機(jī)能力暫時過大，風(fēng)機(jī)運(yùn)行所提供的風(fēng)量8L7m3s比實際所需風(fēng)量53.3m3s大得多，出現(xiàn)了吠馬拉小車現(xiàn)象。為此，必須進(jìn)行合理風(fēng)量調(diào)節(jié)，以達(dá)到減風(fēng)降耗的目的。 　　26473型風(fēng)機(jī)構(gòu)造及原理2.2原理當(dāng)電動機(jī)經(jīng)過傳動機(jī)構(gòu)帶動動輪旋轉(zhuǎn)時，葉道內(nèi)的空氣質(zhì)點受到葉片的作用，沿葉道動輪外緣運(yùn)動，并匯集于螺旋狀的機(jī)殼中，而后由出口排入擴(kuò)散器。與此同時，由于動輪中氣流外流，因而在其入口處形成負(fù)壓，吸風(fēng)筒吸引外界空氣進(jìn)入動輪，形成了連續(xù)氣流。 　　3減風(fēng)節(jié)能方法的選擇3.1調(diào)節(jié)前導(dǎo)器葉片角在風(fēng)機(jī)的入風(fēng)口和葉輪之間裝有前導(dǎo)器，使進(jìn)入葉輪氣流的速度發(fā)生預(yù)旋轉(zhuǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)壓之目少風(fēng)量的目的。但當(dāng)前導(dǎo)器角度調(diào)至35以下時，該風(fēng)機(jī)發(fā)生振動，不能安全運(yùn)行。通過分析，這主要是通過前導(dǎo)器進(jìn)入機(jī)體的風(fēng)量較小風(fēng)速較高，使沖擊機(jī)殼周邊的射流沖擊較大，同時，機(jī)殼由于負(fù)壓較2.1構(gòu)造0473型風(fēng)機(jī)的構(gòu)造1. 　　大，正面機(jī)殼因軸心部位及周圍機(jī)殼承受因內(nèi)外壓差而產(chǎn)生的較大壓強(qiáng)導(dǎo)致機(jī)殼發(fā)生振動。為此，單靠調(diào)節(jié)前導(dǎo)器葉片角度，不是最有效的方法。 　　3.2采用閘門調(diào)節(jié)風(fēng)量由于0473型風(fēng)機(jī)的電機(jī)輸入功率隨風(fēng)量的增大而增加。因此，要達(dá)到減風(fēng)降耗的目的，可采用閘門調(diào)節(jié)風(fēng)量。但閘門增阻調(diào)節(jié)只是方法簡單，并不是經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式，因閘門要消耗無用功。另外，由于井下回風(fēng)分南北翼系統(tǒng)，當(dāng)總回風(fēng)量調(diào)至53.3m3s時，北翼系統(tǒng)風(fēng)量過剩，而南翼系統(tǒng)風(fēng)量不足。要滿足南翼生產(chǎn)需要，必須將總回風(fēng)量調(diào)至63.3m3S.因此，單靠閘門調(diào)節(jié)也達(dá)不到要求。 　　3.3調(diào)節(jié)主要扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度在理論上，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量風(fēng)壓軸功率分別與轉(zhuǎn)速的次方成正比。因此，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的速度也是節(jié)能的有效途徑。降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速般通過更換低轉(zhuǎn)速小容量電機(jī)或采用串級調(diào)速裝置來實施，但都需要3040萬元左右的資金投入。因此，對于暫時的風(fēng)量過剩，這也不是種經(jīng)濟(jì)的減風(fēng)節(jié)能方法。 　　3.4調(diào)節(jié)葉片角和改變風(fēng)阻聯(lián)合進(jìn)行以獲得低能耗工況前己述及，單靠調(diào)節(jié)前導(dǎo)器角度和改變礦井風(fēng)阻，都不是最有效的方式。為此，可采用聯(lián)合方式。根據(jù)風(fēng)機(jī)特性曲線分析2，先將前導(dǎo)器角度調(diào)至40，此時井下實測回風(fēng)量6538.為此又對井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，以北翼13.3m3s南翼40mVs為前提，分別在北翼和南翼總回風(fēng)道中增加風(fēng)阻，以滿足需要。 　　A調(diào)節(jié)前工況點；調(diào)節(jié)后工況點；3調(diào)節(jié)前特性曲線；a調(diào)節(jié)后特性曲線；丑調(diào)節(jié)前風(fēng)阻；只調(diào)節(jié)后風(fēng)阻4效果分析采用閘門調(diào)節(jié)和前導(dǎo)器調(diào)節(jié)，以及礦井風(fēng)阻聯(lián)合調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的工況如1所列。 　　從1可以看出，采用聯(lián)合調(diào)節(jié)的方式既是最安全可靠，又是最經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式，年節(jié)電約103.7萬年節(jié)約電費(fèi)46.6萬元電價按45元賈4計算。 　　風(fēng)機(jī)工況風(fēng)量風(fēng)壓軸功率率前導(dǎo)器調(diào)節(jié)閘門調(diào)節(jié)聯(lián)合調(diào)節(jié)不調(diào)節(jié)5結(jié)束語主要扇風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性受多種因素影響，實現(xiàn)主要扇風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，既是個技術(shù)問，也是個經(jīng)濟(jì)問。從前面的分析可以看出，制定減風(fēng)節(jié)能方法時，不能盲目地采取某種簡單的方法，應(yīng)對風(fēng)機(jī)特性和礦井風(fēng)阻進(jìn)行充分的分析研宄，做到合理匹配，以便達(dá)到事半功倍的效果。 　　于淮南礦業(yè)學(xué)院通風(fēng)與安全專業(yè)，皖北煤電公司劉橋礦通風(fēng)工區(qū)副區(qū)長。 　　2001年中國國際礦業(yè)博覽會暨中國礦業(yè)聯(lián)合會年會將在廈門召開經(jīng)國土資源部，外經(jīng)貿(mào)部批準(zhǔn)的中國礦業(yè)聯(lián)合會年會暨國際礦業(yè)博覽會，是中國礦業(yè)界適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化戰(zhàn)略，迎接加入賈了，推進(jìn)礦業(yè)市場化進(jìn)程的次重要活動。通過舉辦大型年會和國際礦業(yè)博覽會這特殊形式，為礦業(yè)界企事業(yè)單位礦業(yè)城市礦業(yè)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)廠商提供次交流展購銷引銷引資合作及交友的良好機(jī)會。歡迎廣大中外礦業(yè)界客商在此次盛會上展現(xiàn)自己的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備參加礦業(yè)主論壇和專業(yè)研討會。