WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Установлена корреляционная связь между параметрами, характеризующими экономическую эффективность шахтных центробежных вентиляторов: коэффициентом нормированного удельного энергопотреблении и глубиной экономичного регулирования по давлению, определяющими адаптивность вентилятора и их фактическую эксплуатационную экономичностью.

В работе показана высокая эффективность управления режимом работы центробежных вентиляторов энергетическими методами, обеспечивающими широкий диапазон изменения аэродинамических параметров потока регулированием режима силового взаимодействия потока и рабочего колеса, то есть целесообразность разработки энергетических регуляторов центробежных вентиляторов.

Использование приведенных далее показателей, характеризующих адаптивность вентиляторов, позволяет с достаточной точностью оценивать функциональную и эксплуатационную эффективность действующих шахтных вентиляторов и определять исходные требования по созданию регулирующих устройств для обеспечения надежного проветривания угольных шахт с минимальным энергопотреблением.

  1. Системные критерии эффективности регуляторов шахтных центробежных вентиляторов

На основе глубокого анализа фактического состояния шахтного вентиляторостроения показано, что традиционные методы повышения регулируемости и адаптивности шахтных вентиляторов в значительной степени исчерпали свои возможности. Их дальнейшее совершенствование ограничено технологическими возможностями изготовителей и спецификой условий эксплуатации.

С целью определения направлений создания принципиально новых устройств регулирования центробежных вентиляторов исследован механизм образования потерь давления в межлопаточных каналах регулирующего устройства шахтного центробежного вентилятора в виде радиальной решетки профилей. Установлена зависимость указанных потерь от специфики эксплуатации вентиляторов в условиях существенных изменений параметров вентиляционных режимов, являющихся основной причиной их низкой фактической эксплуатационной эффективности. Получена картина течения в проточной части радиального энергетического регулятора центробежного вентилятора. Предложена модель процесса управления циркуляцией, позволившая обосновать эффективность использования энергии аэрогазодинамического потока для повышения адаптивности и экономичности центробежных вентиляторов.

Учитывая, что назначение регулирующего устройства заключается в изменении режима работы вентилятора при минимальных потерях энергии в процессе силового взаимодействия потока с проточной частью регулятора и рабочего колеса на базе анализа взаимодействия регулятора, вентилятора и вентиляционной сети, получены критерии оценки эффективности регулирующих устройств шахтных вентиляторов:

- Комплексный критерий оценки эффективности регулирующего устройства шахтного центробежного вентилятора, характеризующий удельную экономию затрат на эксплуатацию вентилятора в год в сравнении с вентилятором без регулирующего устройства:

(1)

где, руб./год - полные эксплуатационные затраты, в том числе и на электроэнергию вентилятора с регулирующим устройством и без него соответственно.

Этот показатель учитывает трудоемкость изготовления регулирующего устройства, его техническую сложность, эксплуатационную надежность, определяющие прямые затраты на изготовление и обслуживание в процессе эксплуатации и экономию электроэнергии на создание требуемой гидравлической мощности, обусловленную эффективностью регулирующих свойств, то есть адаптивностью вентилятора.

- Коэффициент полезного действия (к.п.д.) регулирующего устройства

, (2)

где Еу – энергия циркуляции управляющего потока, Е - полная энергия управляющего потока, Ку – коэффициент циркуляции управляющего потока, – коэффициент теоретического давления вентилятора, - гидравлический к.п.д. вентилятора.

- Коэффициент качества регулирующего устройства

, (3)

где - потери энергии в регулирующем устройстве.

- Коэффициент эффективности регулирующего устройства в расчете на смешанный и управляющий поток соответственно

,,

где - коэффициент циркуляции смешенного потока; - коэффициент мощности управляющего потока.

- Глубина экономичного регулирования по подаче и по давлению в области рабочих режимов при.

- Коэффициент удельного энергопотребления центробежного вентилятора

, (4)

где q – подача вентилятора, - коэффициент статического давления вентилятора, - статический к.п.д. вентилятора, qmax/qmin=3,3.

Коэффициент множественной корреляции энергопотребления ГВУ и ВУГП с критериями адаптивности R(Ээ, Кэ, Кн) = 0,87 при = 6,98, что подтверждает достоверность оценки экономической эффективности.

Таким образом, полученные оценки эффективности регулирующих устройств шахтных вентиляторов позволяют системно и целенаправленно определять проектные параметры предложенных в работе энергетических регуляторов, существенно повышающих адаптивность центробежных вентиляторов для обеспечения безопасного проветривания угольных шахт.

Наиболее перспективно для повышения адаптивности и экономичности центробежных вентиляторов применение энергетических методов управления режимом их работы. Энергетические методы нашли широкое применение для повышения эффективности изолированных профилей. Энергетические методы управления обтеканием подразделяют на пассивные и активные. Первые характеризуются воздействием на течение путем перераспределения энергии в потоке без внесения дополнительной энергии. Активные связаны с подводом на поверхности лопаток рабочего колеса дополнительной массы газа, то есть подведением дополнительной энергии к потоку посредствам высокоэнергетических управляющих струй.

По результатам исследований предложены на уровне патентов технические решения по использованию энергетических методов, для повышения регулируемости шахтных центробежных вентиляторов и создания на их базе радиальных энергетических регуляторов.

  1. Исследование закономерностей энергетического управления режимами работы шахтных центробежных вентиляторов

Известные методы расчета аэродинамических характеристик турбомашин с энергетическим управлением циркуляцией можно разделить на три группы.

Методы первой группы основаны на использовании интегральных уравнений несущей поверхности и различаются способами расчета граничных условий на поверхностях струи управляющего потока и профилей лопаток турбомашины.

В методах второй группы использовано непосредственное применение представления профиля лопаток турбомашины и управляющей струи в виде распределения элементарных вихрей с различными гипотезами взаимодействия вихревой поверхности и струи, с учетом соответствующих граничных условий. Однако применение этих методов для аэродинамического расчета вращающейся круговой решетки профилей с энергетическим управлением циркуляцией практически не целесообразно ввиду сложности построения математической модели.

Для аэродинамического расчета энергетического регулятора наиболее эффективен метод конформных преобразований, основанный на использовании конформного отображения области вне радиальной решетки профилей регулятора на вспомогательную каноническую область, течение в которой может быть достаточно легко определено.

На базе метода конформных преобразований с использованием теории турбулентных струй, аэродинамики тел со струями, теории функции комплексного переменного и вычетов в диссертации разработана теоретическая аэродинамика малоканального энергетического регулятора и регулятора в виде радиальной решетки аналитических профилей произвольной формы.

Схематическое представление радиальной решетки профилей энергетического регулятора в виде однолистного контура позволяет свести задачу аэродинамического расчета радиальной решетки регулятора с аналитическими профилями произвольной формы на базе использования теоремы Римана для односвязных многолистных областей к построению двух аналитических функций - функции z() отображения nл-листной римановой области D внешности круга единичного радиуса на область течения, ограниченную однолистным контуром римановой области Dz, и комплексного потенциала F[z()] в nл-листной римановой области круга единичного радиуса. Поскольку рассматривается общий случай аэродинамики радиальной решетки аналитических профилей произвольной формы, функция конформного отображения z() определяется двойным преобразованием: на первом этапе происходит отображение на область «деформированного круга», что определяет функциональное соответствие профиля произвольной формы профилю в виде отрезка логарифмической спирали Zв(в), на втором этапе производится отображение вышеуказанной области Dв на область вне круга единичного радиуса D (рис. 1).

Рис.1. Принципиальная схема последовательности конформных преобразований: а – преобразование nл-листной области D в nл-листную область Dв; б – преобразование nл-листной области Dв в одно-листную область Dz

В диссертации доказано, что полученное соотношение в соответствии с теоремой единственности решения задачи Дирихле – Неймана однозначно, с точностью до константы.

Функция конформного отображения однолистной римановой поверхности Dz круговой решетки аналитических профилей произвольной формы на nл-листную область D вне круга единичного радиуса:

, (5)

где - комплексные координаты точек в областях Dz и D соответственно; r, - радиус и полярный угол на плоскости соответственно;, - радиус и полярный угол на плоскости соответственно; – форм-параметр эквивалентной радиальной решетки профилей в виде отрезков логарифмических спиралей; л – угол логарифмической спирали эквивалентной решетки профилей;, - комплексные параметры, определяющие форму профиля исходной круговой решетки аналитических профилей.

С учетом ограничений, накладываемых на понятие аналитический профиль, точки 1, 2 могут быть расположены только внутри единичного круга области D, при этом должно сохраняться направление обхода контура профиля в области Dz.

Формпараметры Ф, Ф1, Ф2 в случае аналитических профилей произвольной формы определяются в соответствии с уравнениями, полученными Г.И. Майкопаром для круговых решеток профилей и теории аналитических профилей Н.Е. Жуковского.

С учетом (5), на базе метода особых точек С.А. Чаплыгина, канонического уравнения течения вне круга и принципа суперпозиции, получен приведенный комплексный потенциал в nл-листной римановой области D круга единичного радиуса в виде:

, (6)

где qу – коэффициент расхода стока радиальной решетки профилей энергетического регулятора в области Dz; Ку – интенсивность вихря (коэффициент циркуляции), с центром в радиальной решетке профилей регулятора в области Dz, определяемая вращением потоков в полости высокого давления корпуса вентилятора; Кл – интенсивность вихря (коэффициент циркуляции) вокруг профиля круговой решетки в плоскости Dz; – функция потенциала течения в области D; – функция тока течения в области D; - число профилей энергетического регулятора.

Полученное решение при заданных qу, Кн, Кл является, с точностью до константы, единственным. Действительно, если положить, что решений два: F1 [Z()], F2 [Z()] - и рассмотреть функцию () = F1[Z()]-F2[Z()], легко видеть, что эта функция – однозначная вне круга и что на круге и на бесконечности Im() =0. Отсюда, по теореме единственности решения задачи Дирихле – Неймана, должно быть Im() 0, а значит F1[Z()]-F2[Z()]const.

Учитывая единственность, с точностью до константы, решения для функции F[Z()]=W() и условия единственности конформного отображения при заданном nл-листном контуре, получаем в результате, с точностью до константы, единственное решение задачи обтекания указанного однолистного контура круговой решетки аналитических профилей регулятора:

F(Z) = W[(Z)]. (7)

В соответствии с (6), с учетом теории вычетов функции комплексного переменного, получена формула для комплексной скорости течения вне круга единичного радиуса nл-листной римановой области D в виде:

(8)

Полагая, что соответствует задней критической точке профиля, где нарушено условие конформности отображения, с учетом (8) формула для расчета коэффициента циркуляции Кл примет вид:

. (9)

Приведенные результаты теоретических исследований позволяют разработать алгоритм расчета аэродинамики энергетического регулятора с радиальной решеткой аналитических профилей произвольной формы, получить характеристики потенциального обтекания широкого класса энергетических регуляторов.

Практический интерес представляет проблема исследования аэродинамики малоканального энергетического регулятора.

При условии односвязности области Dz функция конформного отображения внешности круга единичного радиуса на nл-листной римановой поверхности в области D на внешность однолистного полигонального контура схематизированной круговой решетки в области Dz получена на базе формулы Кристоффеля-Шварца:

, (10)

где yn(n=1,…, ny) – точки на круге единичного радиуса, соответствующие угловым точкам полигонального контура ; - внешние углы однолистного полигонального контура круговой решетки профилей, соответственно, в угловых точках yn.

Каноническое уравнение комплексной скорости на однолистной римановой поверхности полигонального контура радиальной решетки малоканального энергетического регулятора с учетом теории вычетов представлено в виде:

. (11)

Уравнение идеальной аэродинамической характеристики энергетического регулятора центробежного вентилятора получено виде:

, (12)

где - коэффициент, характеризующий изменение теоретической циркуляции, от расхода потока и равный тангенсу угла наклона характеристики при Ку=0; КК - коэффициент влияния циркуляции потока в полости высокого давления вентилятора на теоретическую циркуляцию; - коэффициент влияния тандемности решетки профилей энергетического регулятора на его теоретическую циркуляцию; - коэффициент тандемности управляющего потока.

Таким образом, задача сводится к построению алгоритма расчета Кq и КК в зависимости от геометрических параметров проточной части регулятора.

В диссертации рассмотрены методы прикладного аэродинамического расчета регуляторов для частных случаев формы их проточной части: лопаточного, малоканального, безлопаточного, кусочно-гладких с переменным углом раскрытия.

В частности, для гладких профилей логарифмической спирали:

(13)

. (14)

.

Из выражений для Kq и КК видно, что эффективность преобразования энергии потока в полости высокого давления корпуса вентилятора зависит от геометрических параметров регулятора.

Найденные соотношения позволили глубоко и всесторонне проанализировать влияние геометрических параметров на аэродинамические характеристики и адаптивность энергетических регуляторов.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»