武永婷

（晋能控股集团马脊梁矿，山西 大同 037000）

引言

随着我国设计研发水平及制造工艺的提高，如何改善通风机的运行效率，同时保证通风机的安全运行成为了研究的重点[1]。针对离心通风机的叶片进口边角度进行研究，通过仿真分析的方式对提高进口边角度对通风性能及叶片安全性能的影响进行分析，以此提高离心通风机的运行效率，提高能源的利用率，使离心通风机更好地为各行业的发展提供通风安全保证。

1 离心通风机进口边角度分析模型的建立

离心通风机的结构较为简单，叶轮是通风机上对气体做功的主要部件，叶轮在电机的带动下进行旋转，通过叶片作用于气体，使得气体的压力升高，实现通风安全。叶片的结构及不同的安装角度对离心通风机的性能具有重要的影响[2]。在叶轮的结构中，一般的叶片进口边与轴相互平行，这样会造成气体进入到叶轮的过程中会产生一定的冲击作用，造成气体能量的损失，降低了通风机的效率。由此将进口边与轴设计成一定倾斜的角度，可以减少气体进入叶片入口的冲击作用，降低了气体能量的损失，使得气体的速度分布更加均匀，从而可以改善气流在内部的流动，提高了通风机的运行效率[3]。对于进口边角度的大小对通风机性能产生的影响作用，对某型号的通风机进行分析，叶片为圆弧型叶片，初始的叶片进口边角度为4°，如图1所示。

采用三维建模软件建立通风机的三维模型，并对其采用数值分析软件进行网格划分。在进行网格划分的过程中，由于离心通风机的结构相对复杂，采用不规则的非结构化网络进行处理，这种方式可以满足对不规则空间较好的适应性，同时可以对需要重点观察的区域进行局部加密，计算过程相对复杂，对于离心通风机具有较好的适应性[4]，网格划分处理得到离心通风机的模型如图2所示。

图1 叶片进口边角度示意图

图2 通风机网格模型图

针对叶片进口边角度对离心通风机性能的影响进行分析，分别选取进口边角度为3.5°、4°、5°、6°及7°，建立不同的模型，设定模拟的条件为：转速为1 600 r/min，叶轮的直径为700 mm，叶片的出口宽度为170 mm，由此进行不同进口边角度下的性能模拟，对离心通风机的静压进行分析[5]。

2 不同进口边角度下离心通风机性能的分析

采用有限元仿真模拟的方式对不同进口边角度下的离心通风机性能进行分析，选取影响通风机效率及安全运行的叶片静压分布进行分析。在不同的流量系数下，离心通风机的静压分布曲线如下页图3所示。从图3中可以看出：在不同的进口边角度下，静压随流量系数的变化趋势保持一致，随着流量系数的增加，通风机静压数值呈现先小幅增加后快速减小的趋势；在不同的进口边角度下，当进口边角度为3.5°时，此时在流量较大的条件下静压值大于通风机的原有角度4°的静压值，但在流量较小时，静压值小于原有角度的静压值。随着进口边角度的增加，在数值大于4°时，通风机的静压值均呈现小于4°时的静压值，且随着进口边角度的增加，通风机的静压值呈现减小的趋势。这说明，提高叶片的进口边角度，有助于降低通风机所受到的静压值，改善了叶片的工况，有利于提高通风机的运行安全性能[6]。

图3 不同进口边角度下静压值随流量系数的变化曲线

对离心通风机的静压效率进行分析，图4中所示为在不同的进口边角度下离心通风机的静压效率随流量系数的变化曲线。从图4中可以看出，在流量系数增加的过程中，静压效率的变化趋势一致，呈现先增加后减小的趋势。其中，当进口边角度为较小的3.5°时，其静压效率与原有数值4°时，少数流量系数下增加，大部分工况下均小于原有数值的工况；在进口边角度增加时，以进口边角度为6°的工况时，离心通风机的静压效率最高，且角度再增加时，静压效率反而有所下降，且下降数值较大。这说明，增加进口边角度有利于提高通风机的静压效率，以6°时的效率最高，此时的通风机内部气流损失较小，具有较好的流场分布，可以提高通风机的效率。

3 结论

图4 不同进口边角度下静压效率随流量系数的变化曲线

为了提高通风机的运行效率，针对叶片的结构进行研究，在不同的进口边角度下，对离心通风机的静压值及静压效率进行了模拟分析，结果表明，提高进口边角度有利于降低通风机的静压值，保证了通风机的安全性及使用寿命，同时，进口边角度不能持续增加，在角度为6°时的静压效率最高，有利于改善通风机内部流场的分布，提高离心通风机的运行效率。离心通风机是进行通风作业的重要设备，提高其运行效率及安全性能，可以降低通风机的能耗，更好地为煤矿开采提供良好的作业环境，有利于生产效率的提升。