锥形风幕风机流场的实验研究

1、Word文档 锥形风幕风机流场的实验研究 随着我国煤矿的进展、机械化程度的提高，瓦斯粉尘的危害也在加剧，而在矿井的综掘过程中粉尘的危害尤为突出。资料表明，在实际综掘中粉尘的浓度在作业面都高达1000mg/m3以上，即便实行了肯定措施，距国家规定的允许浓度仍相差甚远。目前常用的压入式通风方法，不仅造成工作面的尘害，而且污染波及全部的回风巷道。虽然目前常用的湿式除尘风机治理尘害的措施对全尘起着主要作用，但对风流中的呼吸性粉尘降尘率较差，除耗费大量的水资源外，在实施中也恶化了工作面的环境。为转变治理粉尘现状，我们研制了锥形风幕风机并提出了锥形风幕流场理论及应用。专业人员熟知，煤矿中呼吸性粉尘危害程度

2、最为严峻，治理难度较大。我们研制的锥形风幕风机就是利用其合理的风流流场锥形风幕流场，不仅能够掌握全尘，而且完全可以掌握住危害最严峻的呼吸性粉尘。该风机在获国家专利的基础上，由辽宁工程技术高校、矿用局部通风机厂家及矿务局联合研制了样机，经初步讨论测定，达到了预期效果，并通过辽宁省训练厅鉴定。该样机采纳轴流式叶片，设计功率为10.5kW，设计压力为15002021Pa，设计流量为150300m3/min，动轮直径为0.5m。 1风幕风机的构造及其工作原理 如图1所示，锥形风幕风机不同于一般风机，其轮毂9上安装了2组叶片3和5，中间用连接环4连接，2组叶片安装角度方向相反，分别位于内腔12和外腔2。

3、为使内外腔风流单独，2腔之间仅有一刚刚允许内外动轮连接环4通过的环形空隙相通。内腔叶片5产生负压江流，外腔叶片3产生正压射流。为使射流对污染源形成隔绝作用，内外腔向外与轴线成一角度延长扩张形成环形喇叭口，射流通过环形喇叭口后形成环形湍流射流。如图1，外腔正压形湍流射流在内腔负压汇流作用下渐渐衰减，最终方向发生逆转，流向风机内腔，整个流场形成一状似锥形风幕的轴对称射流汇叠加流，锥形风幕将污染源15封闭隔绝在其中，洗刷污染源的载毒载尘风流经风机内腔12、除尘器6及滤毒装置7后排入排风管道13。 1外腔出风口导叶；2风机外腔；3外动轮叶片；4内外动轮连接环；5内动轮叶片；6除尘器；7滤毒装置；8内腔

4、入风口导叶；9轮毂；10外腔入风口导叶；11电机；12风机内腔；13排风管道；14流线；15污染源 图1 锥形风幕风机及其流场 2锥形风幕风机的流场测试 2.1锥形风幕风机流场的测试布置 模拟其在井下实际巷道中的工作状态，锥形风幕风机的测试布置如图2所示。为调试便利，测试在地面进行。按1：1比例在地面搭建模拟巷道，模拟巷道尺寸：30m4m4m，风机轴线与巷道轴线重合布置。风机距工作面约6m，其间用坐标格掌握，坐标方格的长度等于风机动轮直径，为0.5m，在锥形风幕流场区设置约25个演示点，将长度为2.0m的竹竿垂直插入演示点，其顶部均布置在锥形风幕风机的轴线截面内，每根竹竿端头都系1条松软轻质丝

5、带，保证其在0.1m/s的风速时能随风飘动，以显示风向。模拟巷道尽量做到不漏风、少漏风。风机的开关、电气设备、功率测试设备均放在巷道外的试验台中，图中从略。 1锥形风幕风机；2测试铁风筒；3调风阀门；4移动支架；5固定支架；6竹竿；7示踪丝带； 图2 锥形风幕风机流场测试布置示意图 2.2锥形风幕风机流场的测试 锥形风幕流场是锥形风幕风机集尘的重要特性。考察其流场效果的标志：其一是锥形风幕流场的形态，其二是风机有效吸程增加的程度以及边缘点的最低风速。 首先进行了锥形风幕流场的演示，如图2，主要是通过布置在水平轴面内的示踪丝带所指示的风流方向，从而观看整个流场内的流淌状态。风机启动后我们可以比较

6、清晰的观看到，锥形风幕流场区内所布置的丝带均水平飘起（伴有波动），指向风流方向，随着风量的调整，丝带指向相对稳定在某一个方向，从而得到比较抱负的流场。调整后我们观看到，少量布置在边缘正压区丝带指示射流方向，靠近巷道壁的丝带，在附壁效应的作用下向工作面流淌。丝带沿风机轴线方向向内偏移，说明正压风流在流淌过程中不断向负压区流淌，即风流不断“断路”，由于边缘射流作用，扩大了风机吸入口的作用范围。 布置在负压区内的演示点丝带顺风流指向风机吸入口。这样我们逐点描素演示点风流方向，由各点风向顺势连成流线，便得到锥形风幕流场流线图，见图3的虚线部分。 在该项测试中，以演示点为测点（也可适当增加测点），用多个

7、微型皮托管同时测量各点速压，而后将所测速压换算成风速。 从风机的吸入口开头，沿轴线对称向远处绽开始终测到工作面端头。外腔射流同样由出风口开头，沿轴线在两侧对称测试。当取得全部数据后开头整理，得到风机流场测点的实测风速，并绘出流场内的等风速线图，见图3的实线部分。 方格规格DD（D为风机动轮直径） 流线；等风速线 图3锥形风幕流场的流线与等风速线 上述流场测试数据是在风机某一稳定运行状态下得到的，此状态下风机工作参数为：风机内动轮风压为1515Pa，风量为263m3/min，风机外腔射流初速为15m/s。风机自身结构参数为：动轮直径为0.5m，风机外腔环形正压场出口外缘至风机出口轴心的距离为0.66m，风机外腔环形正压场出口断面宽度为15mm。 2.3锥形风幕流场测试结果分析 通过对锥形风幕流场的测试结果可以看出，在锥形风幕流场的作用下，风机的吸入口有效吸程大大增加。一般风机的有效吸程是动轮直径1倍距离左右，其吸风口风速如为100时，而距其吸风口轴线方向1D距离时，其风速就会削减到7.5（按有效排尘风速计算可得），可见风速衰减很快。而本项实测结果表明，如取风机内腔吸入口风速为8m/s时，同样衰减到7.5时，其到风机抽出口距离为动轮直径D的812倍，由图3的等风速线可以查出此时的风速将达到0.6m/s