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蝸殼優(yōu)化對(duì)鼓風(fēng)機(jī)金屬葉輪穩(wěn)定運(yùn)行的影響

蝸殼是離心風(fēng)機(jī)金屬葉輪的重要組成部分。它可以通過導(dǎo)流與擴(kuò)大壓力來提高離心風(fēng)機(jī)的效率。蝸殼入口氣流由于受到蝸殼流動(dòng)不對(duì)稱的影響，導(dǎo)致分布不均的現(xiàn)象發(fā)生。這種分布不均勻的現(xiàn)象會(huì)直接堵塞葉輪出口，從而使葉輪發(fā)生周期性的加速或減速，進(jìn)而降低離心風(fēng)機(jī)的工作效率，縮小了鼓風(fēng)機(jī)工作的范圍，影響了金屬葉輪的平穩(wěn)運(yùn)行。因此在蝸殼的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中必須將蝸殼寬度對(duì)流場(chǎng)的影響考慮在內(nèi)，合理設(shè)計(jì)外殼的寬度，降低對(duì)流場(chǎng)的影響。從而保證金屬葉輪的平穩(wěn)運(yùn)行。

電機(jī)優(yōu)化對(duì)鼓風(fēng)機(jī)金屬葉輪穩(wěn)定運(yùn)行的影響吸油煙機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)備空間較小，為了節(jié)省空間，一般會(huì)使用內(nèi)藏電動(dòng)機(jī)設(shè)備。內(nèi)藏電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度、頭部?jī)A角等在一定程度上影響著風(fēng)機(jī)性能和噪音。對(duì)內(nèi)藏電動(dòng)機(jī)的形狀設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)增加金屬葉輪內(nèi)部的流動(dòng)損失，從而導(dǎo)致噪聲增大，離心風(fēng)機(jī)性能降低。電動(dòng)機(jī)的軸向長(zhǎng)度和氣流的排擠率呈正相關(guān)的關(guān)系。葉輪進(jìn)口處的流道變窄會(huì)使前盤處脫流區(qū)域變大，從而導(dǎo)致金屬葉輪內(nèi)部損失增加。因此，在設(shè)計(jì)電機(jī)形狀時(shí)，應(yīng)充分考慮電機(jī)形狀對(duì)葉輪內(nèi)部流動(dòng)的影響，從而提高金屬葉輪的穩(wěn)定性，確保離心風(fēng)機(jī)的性能。

將鼓風(fēng)機(jī)模型導(dǎo)入ICEM 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分過程中對(duì)離心風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部位要進(jìn)行加密處理，如葉輪、集流器、蝸舌、進(jìn)氣箱的轉(zhuǎn)角處等。對(duì)風(fēng)機(jī)的進(jìn)口與出口適當(dāng)延長(zhǎng)，以保證計(jì)算的穩(wěn)定性。考慮到離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜且不規(guī)則性，本文采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，其中無進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格數(shù)量約370萬，網(wǎng)格質(zhì)量為0.3以上；帶進(jìn)氣箱的離心風(fēng)機(jī)網(wǎng)格數(shù)量為380萬，網(wǎng)格質(zhì)量為0.3以上。

鼓風(fēng)機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)k-?模型，壁面函數(shù)為Scalable，數(shù)值計(jì)算方法為高階求解格式，求解格式為一階格式。由于通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，馬赫數(shù)小，可認(rèn)為氣流為不可壓縮定常流動(dòng)。進(jìn)口給定質(zhì)量流量，出口給定靜壓,壁面條件為無滑移邊界，轉(zhuǎn)速為1 480r/min，并將流動(dòng)區(qū)域分為靜止域與旋轉(zhuǎn)域，兩者通過Interface連接，連接模型為普通連接，坐標(biāo)變換為轉(zhuǎn)子算法，網(wǎng)格連接方式為GGI。本文所研究的某離心風(fēng)機(jī)葉輪有均布的16 個(gè)前向的大小葉片，其內(nèi)部流場(chǎng)較為復(fù)雜，為了揭示鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)的流場(chǎng)特性，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行全三維數(shù)值模擬。先單獨(dú)分析了進(jìn)氣箱內(nèi)部流場(chǎng)特性，然后對(duì)進(jìn)氣箱與風(fēng)機(jī)進(jìn)行一體化分析，研究進(jìn)氣箱對(duì)離心風(fēng)機(jī)性能的影響。

鼓風(fēng)機(jī)對(duì)比分析

在額定轉(zhuǎn)速下， 假定風(fēng)機(jī)進(jìn)出口處截面上動(dòng)壓靜壓均勻分布，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)口、出口壓力及壓差，集流器進(jìn)出口壓力及其壓差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。取點(diǎn)方法：在截面中心為軸心，周邊均勻取了20 個(gè)點(diǎn)，之后計(jì)算取其平均值，可以看出，同流量下，加米字形集流器的靜壓和全壓差分別為-4 389.0 Pa 和-2 252.9 Pa，而普通圓弧形集流器的壓差為-982.9 Pa 和-32.1 Pa，相比可以看出，鼓風(fēng)機(jī) 加米字形集流器導(dǎo)流效果比普通圓弧形集流器好。但是同流量下，普通圓弧形集流器比加米字形集流器風(fēng)機(jī)壓差大，有效值大2 366 Pa，風(fēng)機(jī)全壓差加米字形比普通圓弧形小2 350.8 Pa，減少的這部分能量用于摩擦發(fā)熱。說明集流器經(jīng)過改造提高了粉塵流的導(dǎo)流能力，提高了風(fēng)機(jī)的性能。

本文對(duì)掘進(jìn)工作面鼓風(fēng)機(jī)集流器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)研究。并對(duì)改進(jìn)前、后的結(jié)構(gòu)的集流器導(dǎo)流效果做了理論分析。然后應(yīng)用Fluent 流體軟件對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值建模分析， 充分認(rèn)識(shí)離心分機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)流體的流動(dòng)規(guī)律，并得到集流器及整個(gè)風(fēng)機(jī)的壓力云圖，截面所受阻力云圖，并取點(diǎn)做了統(tǒng)計(jì)分析。研究結(jié)果表明：鼓風(fēng)機(jī)加米字形集流器使集流器進(jìn)出口壓差增加，明顯地起到對(duì)粉塵流場(chǎng)的導(dǎo)流作用。但是集流器由于增加米字形支撐架，造成集流器截面的摩擦力增大，消耗了風(fēng)機(jī)的一部分動(dòng)能。但對(duì)大型除塵離心風(fēng)機(jī)總體來看，采用該結(jié)構(gòu)大大減少制造難度和加工成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。