专利名称：一种矿用轴流通风机扩散芯筒的制作方法
技术领域：
本实用新型属于矿用通风机技术领域，具体涉及一种矿用轴流通风机扩散芯筒及其优化降阻设计方法。
背景技术：
由于轴流通风机的出口速度大，其出口动压仍然很大，约占全压的30%以上，对于有些流量大而压力较低的轴流通风机，其出口动能甚至占到风机全压的50%左右。因此必须在风机叶轮轮毂的后面设置扩散筒。扩散筒的作用就是将扩散筒的进口气流动能通过减速变为压力增加，用以回收部分动压，进一步提高风机的静压效率。扩散筒的结构一般由外筒和芯筒(整流体)组成。目前矿井主通风机扩散芯筒主要 有两种形式，一种是圆台形扩散芯筒；另一种是圆台与半球组合式扩散芯筒，其中圆台边界与半球边界是相切关系。两种扩散芯筒都能改善叶轮轮毂后部的流场，但仍存在扩散芯筒尾部流场紊乱的问题，局部阻力损失仍然较大。优化扩散芯筒尾部形体结构，减少扩散芯筒尾部涡流耗散能量损失，仍有较大的降阻节能空间。
发明内容本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种能减小扩散芯筒局部阻力损失的矿用轴流通风机扩散芯筒。本实用新型的目的是通过如下的技术方案来实现的该矿用轴流通风机扩散芯筒，包括圆柱面外壳，以及以外壳轴心对称安装于外壳内的内芯体；内芯体由一个圆台体和半椭球体组成，圆台体位于气流入口端的面积大于位于气流出口端的面积，半椭球体的切面端与圆台体的气流出口端相接，且圆台体轴向切面的边界线与半椭球体轴向切面的边界线相切。本实用新型的扩散芯筒内芯体采用圆台体与半椭球体组合而成，并通过优化降阻设计方法确定内芯体的具体尺寸，在同等的边界条件下，与现有其它形状的扩散芯筒相比，降阻节能效果明显，达到了减小扩散芯筒局部阻力损失的目的，进一步提高了风机的静压效率。
图I是矿用轴流式通风机及其附属装置的结构示意图。图2是本实用新型扩散芯筒的结构示意图。图3是本实用新型扩散芯筒的轴向剖视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述。参见图1，是矿用轴流式通风机及其附属装置的结构示意图。从图I中可见，I是矿用轴流式主通风机集流器，2是矿用轴流式通风机风机段，3是通风机扩散芯筒段。参见图2，是本实用新型扩散芯筒的结构示意图，它包括圆柱面外壳4，以及以外壳轴心对称安装于外壳内的内芯体。从图2中可见，内芯体由圆台体5和半椭球体6组成，圆台体5位于气流入口端即左端的面积大于位于气流出口端即右端的面积，半椭球体6的切面端即左端与圆台体的气流出口端即右端相接，且圆台体5轴向切面的边界线与半椭球体6轴向切面的边界线相切。参见图3，是本实用新型扩散芯筒的轴向剖视图，扩散芯筒的形状由6个结构参数确定，分别为扩散芯筒的长度L，扩散芯筒外壳直径D，圆台体的气流入口端直径d，圆台体边界线与扩散芯筒轴线之间的夹角a,半椭球体的短半轴b,半椭球体的长半轴C。利用计算流体动力学方法，选取扩散芯筒的三维模型。所有模型的边界条件均一致，其边界条件设置及要求为入口采用速度入口，出口采用压力出口，出口处的压力为大气压，其他边界设置为固体壁面；壁面附近采用非平衡壁面函数。圆台体边界线与扩散芯筒轴线之间的夹角α，半椭球体的短半轴b,半椭球体的长半轴c,三个参数的确定步骤如下(I)确定角度α的最优值。给半椭球体的短半轴b,半椭球体的长半轴c任意取一组值，角度α的取值范围一般为2° 8°。不断改变角度α的值，设计多个扩散芯筒模型。所有模型的边界条件设置一致，选择压力损失最小的模型，从而确定角度α的最优值。(2)确定半椭球体的短半轴b,半椭球体的长半轴c的组合最优值。根据轴流风机的实际结构尺寸及风量风压参数，设计多组b值，针对每一个b值，c值任意确定。对所有模型进行数值计算，所有模型的边界条件设置一致，选择压力损失最小的模型，从而确定半椭球体的短半轴b,半椭球体的长半轴c的组合最优值。确定b和c的值时，必须满足以下条件第一因为扩散芯筒是渐扩管结构，所以椭球的短半轴b —定小于d/2 ；第二扩散芯筒必须在风机扩散段内部；第二 半椭球体轴向切面的边界线必须与圆台体轴向切面的边界线相切；根据具体轴流风机叶轮的直径可以确定扩散芯筒外壳直径D ;根据轮毂的尺寸可以确定扩散芯筒圆台体的气流入口端直径d ;根据步骤夹角a的最优值可以确定扩散芯筒的长度L。下面是本实用新型试验应用的工程实例以煤矿地面用防爆抽出式对旋轴流主通风机FB⑶Z- No 22/2X75kff为例，分别对比圆台体扩散芯筒、圆台体与半球体组合式扩散芯筒和圆台体与半椭球体组合式扩散芯筒的流场分布和压力损失情形。通风机的电动机型号为YBF2-315L1-10，电机功率为2X75kW，处理的风量范围是32m3/s 74m3/s。对旋轴流主通风机扩散芯筒的长度为L=4. 3m，扩散芯筒的内芯体大头直径为d = lm，风机扩散段外壳直径D=2. 2m，扩散芯筒圆台体边界线与扩散芯筒轴线之间的角度取最优角度α=4.5°，扩散芯筒圆台体末端圆面半径为O. 35m。边界条件设置为入口采用速度入口，大小为16m/s，出口采用压力出口，表压力为OPa，其他边界设置为固体壁面，壁面粗糙度为2. 5X10_4m，粗糙度常数为O. 5。流体动力学的计算结果表明扩散芯筒圆台体结构扩散芯筒的压力损失为12. 6Pa，扩散芯筒圆台体与半球体组合式扩散芯筒的压力损失为10. 8Pa，扩散芯筒圆台体与半椭球体组合式扩散芯筒的压力损失为2. 4Pa。显然采用扩散芯筒圆台与半椭球组合式 扩散芯筒的压力损失最小，与扩散芯筒圆台体扩散芯筒相比，节约81%,与圆台体和半球体组合式扩散芯筒相比，节约77. 8%。
权利要求1.一种矿用轴流通风机扩散芯筒，包括圆柱面外壳，以及以外壳轴心对称安装于外壳内的内芯体,其特征在于内芯体由一个圆台体和半椭球体组成，圆台体位于气流入口端的面积大于位于气流出口端的面积，半椭球体的切面端与圆台体的气流出口端相接，且圆台体轴向切面的边界线与半椭球体轴向切面的边界线相切。
专利摘要本实用新型公开了一种矿用轴流通风机扩散芯筒。本实用新型的扩散芯筒主要包括圆柱面外壳和内芯体，内芯体由圆台体和半椭球体组合而成，圆台体的轴向切面边界线与半椭球体的轴向切面边界线相切，扩散芯筒是轴对称结构，且与轮毂共轴。本实用新型的扩散芯筒的具体形状由6个参数决定，分别是扩散芯筒的长度L，扩散芯筒外壳直径D，圆台体的气流入口端直径d，圆台体边界线与扩散芯筒轴线之间的夹角a，半椭球体的短半轴b，半椭球体的长半轴c。运用计算流体动力学的方法，对设计的多组扩散芯筒模型进行计算，选择压力损失最小的模型作为形体优化的扩散芯筒。本实用新型的扩散芯筒，其节能效率达到77%以上，节能效果显著。
文档编号F04D29/52GK202673784SQ20122031362
公开日2013年1月16日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者王海桥, 邹祖云, 陈世强, 李轶群 申请人:湖南科技大学