Сравнительные аэродинамические параметры шахтных осерадиальных вентиляторов

Необходимость создания компактных высокопроизводительных вентиляторов для горнорудной промышленности требует исследования основных закономерностей изменения аэродинамических параметров новых осерадиальных вентиляторов в зависимости от конструктивных форм. Поэтому являются актуальными вопросы определения рациональных конструктивных соотношений в вентиляторах, позволяющих создавать машины с заданными показателями давления и производительности. Предлагаемая расчётная схема конической проточной части вентилятора дает возможность провести анализ изменения градиента давления по высоте лопатки. Предлагаемые математические модели позволяют с достаточной степенью точности определять характер изменения основных кинематических параметров потока вентилятора и их взаимного влияния на приращение давления по высоте его лопасти. Численное интегрирование, использованное для решения уравнения связи степени закрутки воздушного потока, радиуса кривизны тока и приращения давления по высоте лопасти рабочего колеса осерадиального вентилятора, позволило получить необходимые геометрические параметры лопасти. Предложена закономерность закрутки потока в вентиляторе на основе задания показателя степени закручивания потока. Результаты численных экспериментов показали, что давление, осредненное по высоте лопаток вентиляторов осерадиального типа, имеет вид, позволяющий исключить возникновение отрицательных значений давления во привтулочной области. Данный фактор дает возможность использовать в вентиляторе втулки значительно меньшего диаметра, чем у осевых машин с постоянной циркуляцией по высоте лопатки, увеличивая тем самым аэродинамические показатели шахтных вентиляторных установок. Аэродинамические испытания модели осерадиального вентилятора, проведенные автором, показали достаточную достоверность предлагаемой математической модели вентилятора.

Копачев В. Ф. Сравнительные аэродинамические параметры шахтных осерадиальных вентиляторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 11-1. — С. 219—228. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_111_0_219.

Копачев Валерий Феликсович — докт. техн. наук, профессор кафедры технической механики, e-mail: u1331@yandex.ru, Уральский государственный горный университет, 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, Россия.

1. Davydov S. Ya., Valiev N. G., Grevtsev N. V., Oleinikova L. N. Ecology and energy saving at mining enterprises using protective devices // Sustainable Development of Mountain Territories. 2019, No. 11 (3), pp. 273—283. DOI: 10.21177/1998—4502—2019—11—3-273—283

2. Desai D., Zhou J. Optimization design of an axial-flow fan used in local ventilation in mining industry // ASME 2011 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. IMECE 2011. 2011, Vol. 1, pp. 879—883.

3. Замолодчиков Г. И. Профилирование осевого рабочего колеса вентилятора с высокой аэродинамической нагруженностью // Молодежный научно-технический вестник. — 2014. — № 1. — С. 6.

4. Казаков Б. П., Левин Л. Ю. К вопросу выбора вентиляторов главного проветривания рудников // Горное эхо. — 2014. – № 1 (54). — С. 29—33.

5. Gamble G. A., Ray Jr. R. E. Differences in design considerations for tunnel vs. mine ventilation fan systems // SME Annual Meeting and Exhibit and CMA’s 111th National Western Mining Conference. 2009. No 1, pp. 366—371.

6. Пикущак Е. В., Миньков Л. Л. Метод расчета аэродинамического коэффициента полезного действия осевого вентилятора // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. — 2016. – № 1 (39). — С. 90—101.

7. Поташев А. В., Поташева Е. В. Проектирование рабочих колес турбомашин на основе решения обратных краевых задач // Ученые записки Казанского университета. Сер.: Физико-математические науки. — 2015. — Т. 157. – № 1. — С. 128—140.

8. Leggett J., Priebe S., Shabbir A., Michelassi V., Sandberg R. D., Richardson E. Loss Prediction in an Axial Compressor Cascade at Off-Design Incidences With Free Stream Disturbances Using Large Eddy Simulation // Journal of Turbomachinery. 2018. Vol. 140, No. 7, pp. 1—13. DOI: 10.1115/1.4039807

9. Chitrakar S, Thapa B. S., Dahlhaug O. G. Numerical and experimental study of the leakage flow in guide vanes with different hydrofoils // Journal of Computational Design and Engineering. 2017, No 3, pp. 218—230.

10. Брусиловский И. В. Аэродинамика осевых вентиляторов. — М.: Машиностроение, 1984. — 240 с.

11. Ушаков К. А., Поликовский В. И., Невельсон М. И., Татаринов М. П. Рудничные вентиляторные установки. — М.: ГОНТИ НКТП, 1938, — 205 с.

12. Глушков Т. Д. Исследования компактных вентиляторных установок с переменной циркуляцией по длине лопаток рабочего колеса // Вестник Московского авиационного института. — 2020. — Т. 27. — № 1. — С. 30—42. DOI: 10.34759/vst-2020—1-30—42

13. Холщевиков К. В., Емин О. Н., Митрохин В. Т. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. — М.: Машиностроение, 1986. — 428 с.

14. Panchal S., Mayavanshi V. Experimental Study of Flow through Compressor Cascade // Case Studies in Thermal Engineering, 2017. Vol. 10, pp. 234—243. DOI: 10.1016/j. csite.2017.05.002

15. Drenda J., Domagała L., Musioł D., Pach G., Różański Z. An analysis of selected jet fans +used in chambers of KGHM mines with respect to the air stream range // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, Vol. 82, pp. 303—314.