[實用新型]一種礦用軸流通風機擴散芯筒

有效

• 申請號: 201220313622.6
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN202673784U
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 王海橋;鄒祖云;陳世強;李軼群
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: F04D29/52
• 分類號: F04D29/52
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 宋向紅

技術領域

本實用新型屬于礦用通風機技術領域，具體涉及一種礦用軸流通風機擴散芯筒及其優化降阻設計方法。

背景技術

由于軸流通風機的出口速度大，其出口動壓仍然很大，約占全壓的30％以上，對于有些流量大而壓力較低的軸流通風機，其出口動能甚至占到風機全壓的50%左右。因此必須在風機葉輪輪轂的后面設置擴散筒。擴散筒的作用就是將擴散筒的進口氣流動能通過減速變為壓力增加，用以回收部分動壓，進一步提高風機的靜壓效率。

擴散筒的結構一般由外筒和芯筒（整流體）組成。目前礦井主通風機擴散芯筒主要有兩種形式，一種是圓臺形擴散芯筒；另一種是圓臺與半球組合式擴散芯筒，其中圓臺邊界與半球邊界是相切關系。兩種擴散芯筒都能改善葉輪輪轂后部的流場，但仍存在擴散芯筒尾部流場紊亂的問題，局部阻力損失仍然較大。優化擴散芯筒尾部形體結構，減少擴散芯筒尾部渦流耗散能量損失，仍有較大的降阻節能空間。

發明內容

本實用新型的目的在于針對現有技術中存在的上述缺陷，提供一種能減小擴散芯筒局部阻力損失的礦用軸流通風機擴散芯筒。

本實用新型的目的是通過如下的技術方案來實現的：該礦用軸流通風機擴散芯筒，包括圓柱面外殼，以及以外殼軸心對稱安裝于外殼內的內芯體；內芯體由一個圓臺體和半橢球體組成，圓臺體位于氣流入口端的面積大于位于氣流出口端的面積，半橢球體的切面端與圓臺體的氣流出口端相接，且圓臺體軸向切面的邊界線與半橢球體軸向切面的邊界線相切。

本實用新型的擴散芯筒內芯體采用圓臺體與半橢球體組合而成，并通過優化降阻設計方法確定內芯體的具體尺寸，在同等的邊界條件下，與現有其它形狀的擴散芯筒相比，降阻節能效果明顯，達到了減小擴散芯筒局部阻力損失的目的，進一步提高了風機的靜壓效率。

附圖說明

圖1是礦用軸流式通風機及其附屬裝置的結構示意圖。

圖2是本實用新型擴散芯筒的結構示意圖。

圖3是本實用新型擴散芯筒的軸向剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細的描述。

參見圖1，是礦用軸流式通風機及其附屬裝置的結構示意圖。從圖1中可見，1是礦用軸流式主通風機集流器，2是礦用軸流式通風機風機段，3是通風機擴散芯筒段。參見圖2，是本實用新型擴散芯筒的結構示意圖，它包括圓柱面外殼4，以及以外殼軸心對稱安裝于外殼內的內芯體。從圖2中可見，內芯體由圓臺體5和半橢球體6組成，圓臺體5位于氣流入口端即左端的面積大于位于氣流出口端即右端的面積，半橢球體6的切面端即左端與圓臺體的氣流出口端即右端相接，且圓臺體5軸向切面的邊界線與半橢球體6軸向切面的邊界線相切。

參見圖3，是本實用新型擴散芯筒的軸向剖視圖，擴散芯筒的形狀由6個結構參數確定，分別為：擴散芯筒的長度L，擴散芯筒外殼直徑D，圓臺體的氣流入口端直徑d，圓臺體邊界線與擴散芯筒軸線之間的夾角a，半橢球體的短半軸b，半橢球體的長半軸c。利用計算流體動力學方法，選取擴散芯筒的三維模型。所有模型的邊界條件均一致，其邊界條件設置及要求為：入口采用速度入口，出口采用壓力出口，出口處的壓力為大氣壓，其他邊界設置為固體壁面；壁面附近采用非平衡壁面函數。圓臺體邊界線與擴散芯筒軸線之間的夾角α，半橢球體的短半軸b，半橢球體的長半軸c，三個參數的確定步驟如下：

（1）確定角度α的最優值。給半橢球體的短半軸b，半橢球體的長半軸c任意取一組值，角度α的取值范圍一般為2°～8°。不斷改變角度α的值，設計多個擴散芯筒模型。所有模型的邊界條件設置一致，選擇壓力損失最小的模型，從而確定角度α的最優值。

（2）確定半橢球體的短半軸b，半橢球體的長半軸c的組合最優值。根據軸流風機的實際結構尺寸及風量風壓參數，設計多組b值，針對每一個b值，c值任意確定。對所有模型進行數值計算，所有模型的邊界條件設置一致，選擇壓力損失最小的模型，從而確定半橢球體的短半軸b，半橢球體的長半軸c的組合最優值。

確定b和c的值時，必須滿足以下條件：

第一：因為擴散芯筒是漸擴管結構，所以橢球的短半軸b一定小于d/2；

第二：擴散芯筒必須在風機擴散段內部；

第二：半橢球體軸向切面的邊界線必須與圓臺體軸向切面的邊界線相切；

根據具體軸流風機葉輪的直徑可以確定擴散芯筒外殼直徑D；根據輪轂的尺寸可以確定擴散芯筒圓臺體的氣流入口端直徑d；根據步驟夾角a的最優值可以確定擴散芯筒的長度L。

下面是本實用新型試驗應用的工程實例：