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葉片形狀優化對鼓風機金屬葉輪穩定運行的影響

葉片的結構優化對離心風機金屬葉輪平穩運行有著重要的影響。目前很多學者研究了葉片出口安裝角的結構優化以及葉片高度的結構優化，但是對于葉片形狀的結構優化研究得較少。氣流在葉片的不同區域的流動有很大的不同。在葉輪前盤，氣流的流動方式主要是軸向流動。在葉輪的中后盤，氣流的流動方式主要是徑向流動。通過這種方式，達到葉輪前盤向中后盤送風，使葉輪中后盤出風的目的。由此可見，通過對葉片形狀進行優化設計，可以在一定程度上增加葉片的送風量以及有效通道的寬度，使得離心風機的效率得到提高，從而保證金屬葉輪的平穩運行。

鼓風機具有體積小、壓力系數高等一系列優點，在工業、農業等各個領域都得到廣泛應用，是人們生產生活中必不可少的一種機器設備。離心風機主要由集流器、蝸殼、電機以及葉片四個部件組成。各部件的結構優化對離心風機金屬葉輪穩定運行起著重要的作用。隨著科學技術的發展以及生活水平的提高，對鼓風機進行結構優化越來越受到人們的關注。因此本文通過對集流器優化、蝸殼優化、電機優化以及葉片形狀進行優化，來觀察結構優化之后的離心風機對金屬葉輪穩定運行的影響，以促進離心風機的生產工作朝著更完善、更健康的方向發展。

針對鼓風機有無進氣箱兩種結構形式，建立了兩種計算模型，利用CFX 軟件對兩種模型進行數值模擬，研究其內部三維流場特性，基于數值模擬結果分析了進氣箱對離心風機的性能影響。數值模擬結果表明：加進氣箱后，離心風機的全開流量與壓力有所降低，縮短了有效工作區域；在鼓風機內部葉輪進口處產生渦旋現象，堵塞了葉輪流道，使風機的效率和壓力降低。數值模擬結果與實驗測試值對比是比較吻合。進氣箱是離心風機重要的組成部分，主要應用于大型離心風機與雙吸離心風機。進氣箱在其出口處氣體發生近90°轉彎，內部流場十分復雜，并造成很大的流動損失。其出口速度的不均勻性對鼓風機性能影響明顯，有必要對其特性進行研究。A.G.Sheard通過研究加進氣箱的通風機，在鼓風機葉輪進口加導流板控制葉輪進口的非均勻氣流，結果表明在葉輪進口加導流板能夠提高風機的全壓，并得出了葉片根部斷裂的原因。使用三維粒子動態分析儀（3D-PDA）對大型風機進氣箱內部三維氣體流場進行測量，揭示了其內部流動的基本特征，為了解進氣箱流場結構和流動機理提供了依據。

煤礦生產中， 掘進工作面是主要的產塵環節。粉塵不僅嚴重危及采掘工作面人員的身體健康，而且容易造成重大事故隱患。采用除塵風機對掘進工作面進行降塵是主要降塵方式之一。但是，由于工作面粉塵極易隨風四處擴散，如何將粉塵定向導入離心風機，提高除塵效率，是亟待解決的問題。其中集流器是引導粉塵氣體進入鼓風機的重要結構，其結構形式對風機性能有很大的影響。有關研究表明圓弧形集流器對提高風機性能效果好。山東冠熙環保設備有限公司對集流器進行改進，在鼓風機集流器內部的側壁上固定若干條肋組成的“米”字支撐架。

本文將對加米字支撐架的集流器和普通圓弧形集流器進行整機數值模擬，重點分析這2 種結構形式對掘進工作面的粉塵的導流效果，并對比其對風機性能的影響，為掘進工作面降塵效率的提高提供理論依據。

鼓風機流體的數學模型

粉塵流體在風機中流動的物理條件較為復雜，影響因素較多，因此在離心風機的數值計算中，假設流體為連續等溫不可壓縮的牛頓流體穩態運動而且各組分之間沒有化學反應。其在風機中的流動要遵循質量守恒定律、動量定理和能量守恒定律3 個基本物理守恒定律的支配。