经过多年的工作实践和总结,作者认为此类离心引风机产生异常振动的主要原因有:基础因素、安装精度不达标、风机叶轮不平衡、管道共振等。有时,振动是多个原因共同作用的,在实际工作中,应认真综合分析,才能找到解决问题的办法。C组合改进风机全压降低了约36.8Pa,效率下降了约3.18%。下面,作者就上文所列的振动因素及其处理措施进行分析和探讨。
基础因素及
离心引风机
经过多年的工作实践和总结,作者认为此类离心引风机产生异常振动的主要原因有:基础因素、安装精度不达标、风机叶轮不平衡、管道共振等。有时,振动是多个原因共同作用的,在实际工作中,应认真综合分析,才能找到解决问题的办法。C组合改进风机全压降低了约36.8Pa,效率下降了约3.18%。下面,作者就上文所列的振动因素及其处理措施进行分析和探讨。
基础因素及其检查处理措施
离心引风机基础因素如基础设计、施工不规范等造成风机振动往往被忽视。其实,基础因素造成风机振动故障的事例并不少见,且其危害性很大。作为工程技术人员,首先要了解风机基础的作用。风机基础的作用有三个方面:
一是,根据生产工艺条件和设备安装要求将风机牢固地固定在一定位置上;
二是,承受风机的全部重力以及工作时由于作用力产生的载荷,并将载荷均匀地传布到地基;
三是,吸收和隔离因旋转动力作用产生的振动,防止发生共振。
针对离心引风机有无进气箱两种结构形式,建立了两种计算模型,利用CFX 软件对两种模型进行数值模拟,研究其内部三维流场特性,基于数值模拟结果分析了进气箱对离心风机的性能影响。数值模拟结果表明:加进气箱后,离心风机的全开流量与压力有所降低,缩短了有效工作区域;在离心引风机内部叶轮进口处产生涡旋现象,堵塞了叶轮流道,使风机的效率和压力降低。数值模拟结果与实验测试值对比是比较吻合。进气箱是离心风机重要的组成部分,主要应用于大型离心风机与双吸离心风机。进气箱在其出口处气体发生近90°转弯,内部流场十分复杂,并造成很大的流动损失。其出口速度的不均匀性对离心引风机性能影响明显,有必要对其特性进行研究。LiJingyin对有无进气箱的轴流风机进行了数值分析,并着重分析了进气箱内部的流动对轴流风机效率下降的影响。A.G.Sheard通过研究加进气箱的通风机,在离心引风机叶轮进口加导流板控制叶轮进口的非均匀气流,结果表明在叶轮进口加导流板能够提高风机的全压,并得出了叶片根部断裂的原因。使用三维粒子动态分析仪(3D-PDA)对大型风机进气箱内部三维气体流场进行测量,揭示了其内部流动的基本特征,为了解进气箱流场结构和流动机理提供了依据。
几何模型建立与网格划分
计算模型采用掘进工作面4-72-5.6A 防爆防腐蚀的离心式通风机,其主要参数:电机功率22 kW,转速2 930 r/min,流量10 122~25 736 m3/h,全压4 152~2 330 Pa。其主要由进风口、集流器、叶轮和蜗壳组成。
离心引风机集流器中添加了米字形结构与环形挡环。风机结构复杂且叶片外形不规则,因此生成结构化网格比较困难,相反非结构化网格适应能力强,在处理复杂结构时有利于网格的自适应。
因此离心引风机采用四面体非结构化网格。使用ANSYS 软件中的CFD 软件进行网格划分,加米字形集流器模型网格数1 072 503,网格节点数184 910;普通圆弧形模型网格数1 296 832,网格节点数223 847。以离心风机在掘进工作面环境下的运行工况为依据,进行离心引风机参数设置:流量取22 806.54 m3/h,流速取6.335 15 m/s, 质量流量取7.491 3 kg/s。把Pro/E 建立的几何模型导入Fluent 中并对几何模型的边界条件计算参数进行设定。其中入口类型采用速度进口,出口设为压力边界条件,本计算采用的样机是矿用式离心风机, 出口静压可以近似为0,蜗壳内壁及叶轮壁面粗糙度均取0.5,集流器、叶轮、蜗壳等各流体区域结合处的公共面采用interface边界类型面, 将叶片的压力面和吸力面以及叶轮前盘、后盘和转轴的内外表面一起定义为旋转壁面。离心风机广泛应用于锅炉引风、空调系统等多个领域,为人们的生产生活带来了极大的便利。环境压力为101 325 Pa,取粉尘流体密度ρ=1.225 kg/m3。计算时采用SIMPLE 压力速度耦合方法进行。
离心引风机对比分析
在额定转速下, 假定风机进出口处截面上动压静压均匀分布,对风机进口、出口压力及压差,集流器进出口压力及其压差进行统计。取点方法:在截面中心为轴心,周边均匀取了20 个点,之后计算取其平均值,可以看出,同流量下,加米字形集流器的静压和全压差分别为-4 389.0 Pa 和-2 252.9 Pa,而普通圆弧形集流器的压差为-982.9 Pa 和-32.1 Pa,相比可以看出,离心引风机 加米字形集流器导流效果比普通圆弧形集流器好。但是同流量下,普通圆弧形集流器比加米字形集流器风机压差大,有效值大2 366 Pa,风机全压差加米字形比普通圆弧形小2 350.8 Pa,减少的这部分能量用于摩擦发热。根据GB/T2888-2008《风机和罗茨鼓风机噪声测量方法标准》对有无进气箱离心风机的噪声进行测试。说明集流器经过改造提高了粉尘流的导流能力,提高了风机的性能。
本文对掘进工作面离心引风机集流器结构进行了改进研究。并对改进前、后的结构的集流器导流效果做了理论分析。然后应用Fluent 流体软件对其进行了数值建模分析, 充分认识离心分机内部流场流体的流动规律,并得到集流器及整个风机的压力云图,截面所受阻力云图,并取点做了统计分析。研究结果表明:离心引风机加米字形集流器使集流器进出口压差增加,明显地起到对粉尘流场的导流作用。在中高频段后盖板加消声材料的降噪效果很好,这种方式对于气动噪声及高频振动等起到很好的吸收作用,尤其是离心引风机包括电机的高频振动噪声过滤程度明显。但是集流器