对旋轴流式通风机的改进研究

邱勇明

摘 要：为解决矿用通风机现存的喘振与运行效率偏低的问题，基于原通风机结构状况，以航空发动机现代化压气机的设计理念为指导，提出了一系列对矿用通风机叶轮部的改进措施，经现场验证，人们发现改进后的通风机不仅不再出现喘振现象而且通风效率大幅提升，可更好的满足矿井通风需求，更好的保障矿井安全生产。

关键词：通风机;问题;改进措施;验证

引言：

由于对旋轴流风机具备高效率、大风量及高风压的特点，因此广泛运用于我国的煤矿中。但随着我国煤矿生产机械化程度的日益提升，矿井下工作面对风压及风量的要求也日益提高。

某矿井的主通风机主要为两台对旋轴流式风机，而风机的运作主要受到兩个相同型号的防爆电机所驱动。该煤矿对风量进行控制的方式主要是通过调整风机风片的角度及风道节流板[1]。其中一台风机由于其机壳与铜衬相连接地方的铆钉掉落，风机叶片被击碎，致使通风机不能正常提供风流。在更换过受损叶片之后，机器产生了喘振现象，对其正常运作造成了一定的影响。在认真检查风机故障后，发现该风机还存在其他的问题，主要为级性能不相符、喘振裕度不够及效率较低。

基于经济成本及适用性的设计原则，选择对通风机的叶轮进行完善。通过对叶轮进行再次设计，清除了其喘振的问题，同时级性能不相符、喘振裕度不够及效率较低的问题也得到了相应的解决，并且降低了叶轮的重量，极大地节省了电能[2]。

1原轴流式通风机的结构

原对旋轴流式通风机的部件主要有叶轮、电机、机壳等等。在叶轮前后部位不均匀地设置了支撑板。两级叶轮所采用的都是机翼型的铸钢叶片。采用螺丝钉将电机进行固定[3]。各个机壳间所采用连接形式为螺钉连接法兰盘的方法。而轮毅与机壳是通过钢板焊接所形成。

2风机性能要求

根据煤矿所提出的通风要求，在保障电机功率不变的条件下，将通风机进行改善，其性能参数如表1所示。

在对通风机的喘振问题进行检查时，发现该问题主要产生于负压为2.2～2.6kPa的进口区间内，为了提高喘振裕度，将其进口负压调整为2.7kPa，同时重新设计通风机的扇叶[4]。为了更加方便地调节改进后通风机的叶片角度，可选取铸铝的叶片，该设计与相关规范及稳定运作的要求相符合。

3气动设计

为了在功率维持不变的条件下仍能满足设计的重量及性能的要求，本次设计根据航空发动机的压气机设计体系来对通风机的气动进行设计。

3.1总体气动布局设计

通过运用先进的准三维S2流面通流计算程序来设计整体的气动布局。运用该方法能够得出精确合理的结果，且广泛地运用于全球范围内的航空发动机压气机的气动布局设计。根据相关的理论来设计流动方程，通过该方程来获取流场的气动布局。根据改进后的叶轮段和原来叶轮与通风机的连接问题，因此，对于通风机内部的流场构造不进行较大的改进。由于流道不存在对称性，需要对吸气及抽气进行综合考虑，选择平直型流道设计。

3.2叶片设计

对通风机的叶片进行设计过程中所采取的是科学有效的扩散叶型技术。该方法能够将叶片的厚度及重量降低，同时又能够使叶轮维持较高的裕度及稠度。并且较轻的叶片能够使轮盘的负荷降低。依据航空发动机压气机的叶片设计，选取局部前掠、弯曲堆积及径向扭转的形式来设计叶片。

4结构与工艺改进

通过对风机的构造进行分析，与上节的气动设计相结合，对风机进行相应的改进。

1）将轮毅及叶片的材质进行改善。选用质量较优的铸铝ZL105A来制造轮毅及叶片，并且对叶片进行喷漆处理，这项改善不仅能够使性能要求得到满足，而且能够使叶轮组件的重量降低，叶轮重量的降低不仅能够减轻电机的负荷，而且能够减轻叶轮轴部的磨损，延长使用周期。

2）将轮毅的连接形式进行改变。未改进前风机的轮毅多采取焊接形式来连接前盘及后盘，该连接形式极易产生因焊接不紧密而出现的风机运行故障问题。因此，在对轮毅的前盘及后盘进行连接时可选用螺栓，该形式可以提升轮毅的可靠程度。

3）将机壳与铜衬的连接形式加以改善。选择铆钉形式来固定铜衬，但铆钉的头部与机壳进行焊接，通过双重保护来防止铆钉掉落，避免叶片受损，并且将铜衬固定在机壳内部能够增强构造的安全性。

4）将叶片的调节形式进行改变。根据轮毅的外部刻度来调整叶片角度，但该方法存在严重的偏差。在安装叶片的部位设置不同的限位块，在调节风量时仅需要旋转至设定位置。

5）运用金属浇筑、机加成形的方法来制造轮毅及叶片，同时在制造成功后，采取相应的模型加以校正，校正结束后喷漆处理以延长使用周期。

6）其他改进。将前、后支撑板与叶轮间的距离进行扩大，避免支撑板对叶轮气流造成影响;使叶轮维持相应平衡，提高风机运作的稳定性;采取钢板卷制及机加成形的技术来制造机壳，使成本降低。

5现场验证

根据相关设计来改善通风机，并运用至现场。通过现场实践，当风机进口的负压处于2.2～2.6kPa内，并未产生喘振故障，因此，本设计解除了原通风机的喘振故障。通过将节流板加装至主通风巷道及调整叶片的角度来检测风机改进后的性能。通过对表2及表3进行比较分析，得出风机改进后的运行效率为93%，与改进前相比，提升了6%。

结束语：

根据航空发动机压气机的设计体系，选择平直型流道方式来设计通风机的流道，选择局部前掠、弯曲堆积及径向扭转的方法来设计叶片，同时将风机的构造及相应部件的制造技术进行完善。通过实践，发现通风机的改进工作不仅将喘振问题加以解决，而且使风机的运行效率得以提升，并且表明改进后的风机能够满足实际生产需求。

参考文献：

[1]董慧斌.矿用通风机调速节能方式分析与改进[J].矿业装备，2018（01）：66-67.

[2]徐云龙.对旋轴流通风机叶片断裂原因及改进方法[J].煤矿现代化，2018（02）：107-108.

[3]汪义玲.离心通风机内泄漏流量分析及结构改进研究[J].风机技术，2017，59（06）：58-61+65.

[4]丁可金，王强，王璐，吕亚.叶型改进对离心通风机内部气动激励影响机理的数值分析研究[J].噪声与振动控制，2017，37（02）：42-46.