不同葉片進口邊角度下離心通風機安全性能的分析

武永婷

（晉能控股集團馬脊梁礦，山西 大同 037000）

引言

隨著我國設計研發水平及制造工藝的提高，如何改善通風機的運行效率，同時保證通風機的安全運行成為了研究的重點[1]。針對離心通風機的葉片進口邊角度進行研究，通過仿真分析的方式對提高進口邊角度對通風性能及葉片安全性能的影響進行分析，以此提高離心通風機的運行效率，提高能源的利用率，使離心通風機更好地為各行業的發展提供通風安全保證。

1 離心通風機進口邊角度分析模型的建立

離心通風機的結構較為簡單，葉輪是通風機上對氣體做功的主要部件，葉輪在電機的帶動下進行旋轉，通過葉片作用于氣體，使得氣體的壓力升高，實現通風安全。葉片的結構及不同的安裝角度對離心通風機的性能具有重要的影響[2]。在葉輪的結構中，一般的葉片進口邊與軸相互平行，這樣會造成氣體進入到葉輪的過程中會產生一定的沖擊作用，造成氣體能量的損失，降低了通風機的效率。由此將進口邊與軸設計成一定傾斜的角度，可以減少氣體進入葉片入口的沖擊作用，降低了氣體能量的損失，使得氣體的速度分布更加均勻，從而可以改善氣流在內部的流動，提高了通風機的運行效率[3]。對于進口邊角度的大小對通風機性能產生的影響作用，對某型號的通風機進行分析，葉片為圓弧型葉片，初始的葉片進口邊角度為4°，如圖1所示。

采用三維建模軟件建立通風機的三維模型，并對其采用數值分析軟件進行網格劃分。在進行網格劃分的過程中，由于離心通風機的結構相對復雜，采用不規則的非結構化網絡進行處理，這種方式可以滿足對不規則空間較好的適應性，同時可以對需要重點觀察的區域進行局部加密，計算過程相對復雜，對于離心通風機具有較好的適應性[4]，網格劃分處理得到離心通風機的模型如圖2所示。

圖1 葉片進口邊角度示意圖

圖2 通風機網格模型圖

針對葉片進口邊角度對離心通風機性能的影響進行分析，分別選取進口邊角度為3.5°、4°、5°、6°及7°，建立不同的模型，設定模擬的條件為：轉速為1 600 r/min，葉輪的直徑為700 mm，葉片的出口寬度為170 mm，由此進行不同進口邊角度下的性能模擬，對離心通風機的靜壓進行分析[5]。

2 不同進口邊角度下離心通風機性能的分析

采用有限元仿真模擬的方式對不同進口邊角度下的離心通風機性能進行分析，選取影響通風機效率及安全運行的葉片靜壓分布進行分析。在不同的流量系數下，離心通風機的靜壓分布曲線如下頁圖3所示。從圖3中可以看出：在不同的進口邊角度下，靜壓隨流量系數的變化趨勢保持一致，隨著流量系數的增加，通風機靜壓數值呈現先小幅增加后快速減小的趨勢；在不同的進口邊角度下，當進口邊角度為3.5°時，此時在流量較大的條件下靜壓值大于通風機的原有角度4°的靜壓值，但在流量較小時，靜壓值小于原有角度的靜壓值。隨著進口邊角度的增加，在數值大于4°時，通風機的靜壓值均呈現小于4°時的靜壓值，且隨著進口邊角度的增加，通風機的靜壓值呈現減小的趨勢。這說明，提高葉片的進口邊角度，有助于降低通風機所受到的靜壓值，改善了葉片的工況，有利于提高通風機的運行安全性能[6]。

圖3 不同進口邊角度下靜壓值隨流量系數的變化曲線

對離心通風機的靜壓效率進行分析，圖4中所示為在不同的進口邊角度下離心通風機的靜壓效率隨流量系數的變化曲線。從圖4中可以看出，在流量系數增加的過程中，靜壓效率的變化趨勢一致，呈現先增加后減小的趨勢。其中，當進口邊角度為較小的3.5°時，其靜壓效率與原有數值4°時，少數流量系數下增加，大部分工況下均小于原有數值的工況；在進口邊角度增加時，以進口邊角度為6°的工況時，離心通風機的靜壓效率最高，且角度再增加時，靜壓效率反而有所下降，且下降數值較大。這說明，增加進口邊角度有利于提高通風機的靜壓效率，以6°時的效率最高，此時的通風機內部氣流損失較小，具有較好的流場分布，可以提高通風機的效率。

3 結論

圖4 不同進口邊角度下靜壓效率隨流量系數的變化曲線

為了提高通風機的運行效率，針對葉片的結構進行研究，在不同的進口邊角度下，對離心通風機的靜壓值及靜壓效率進行了模擬分析，結果表明，提高進口邊角度有利于降低通風機的靜壓值，保證了通風機的安全性及使用壽命，同時，進口邊角度不能持續增加，在角度為6°時的靜壓效率最高，有利于改善通風機內部流場的分布，提高離心通風機的運行效率。離心通風機是進行通風作業的重要設備，提高其運行效率及安全性能，可以降低通風機的能耗，更好地為煤礦開采提供良好的作業環境，有利于生產效率的提升。