KJS-Y型降尘风机叶轮结构设计及气动性能研究

作     者：王祥祥 

作者单位：安徽理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张立祥

授予年度：2021年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：降尘风机 除尘性能 叶轮关键参数 CFD模拟仿真 正交试验 

摘      要：KJS-Y型降尘风机是一种除尘设备,多应用于矿井下的掘进工作面、采煤工作面、带式输送机转载点等作业环境。该降尘风机是借鉴轴流风机以及大量工程应用基础设计而成,从现场的使用效果看,目前存在诸多需要改进之处,如叶轮结构可靠性差、使用寿命短等问题需要解决。为提高该降尘风机工作性能,本文对其叶轮几何结构进行理论计算,基于计算流体力学(CFD)对计算模型及叶轮关键参数进行仿真,并通过有限的实验条件,分别探讨了叶轮参数和优化前后叶轮对除尘性能的影响。本文主要工作内容如下:(1)采用孤立翼型设计方法和变环量设计方法对叶轮气动参数以及叶片各剖面气流参数进行了理论设计;选择合适的叶轮与轮毂联接方式,并结合计算得到的叶轮结构尺寸对叶轮进行三维造型。(2)利用ANSYS中Fluent模块针对除尘过程进行模拟仿真,分析在除尘过程中降尘风机内部流场速度和压力的分布情况,通过仿真结果,对计算模型与初始模型进行对比分析,得到计算模型各项性能指标明显提升。(3)对叶轮各参数(轮毂比、叶片数量、叶片安装角、叶片弦长、叶片扭转角和叶顶间隙)进行单因素仿真试验确定各因素水平;基于各参数的正交试验,提出降尘风机除尘性能综合指标判定公式,得到叶轮各参数的影响顺序为:叶片数安装角叶片弦长叶顶间隙轮毂比叶片扭转角,并通过回归分析和参数优化得出实际最佳叶轮参数组合,验证实际最优方案比初始叶轮模型综合性能参数提高了 38.9%;通过对4种叶片(径向叶片、前弯叶片、前掠叶片和弯掠叶片)进行仿真结果对比,结果表明弯掠叶片能够有效改善内部气流流动情况。(4)基于现场的实验条件分析叶轮转速、叶片数和叶片安装角对集流器入口风速的影响,并将初始叶轮和优化后叶轮对比实验,实验结果得到优化后的叶轮相对于原始叶轮集流器入口截面的风速提升了 28.6%。本文结合理论、模拟仿真与实验,研究叶轮结构对KJS-Y型降尘风机除尘性能的影响,研究结果丰富了降尘风机叶轮的理论内容,对于提高降尘风机叶轮的研制水平以及提高除尘性能具有一定的参考意义。图[54]表[23]参[90]