WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Следует подчеркнуть, что для безлопаточного регулятора коэффициент Кq=0, КК=1 то есть имеет место течение потока в регуляторе в форме безвихревой циркуляции, когда.

С практической точки зрения принципиальное значение имеет исследование режимов безударного обтекания решетки профилей энергетического регулятора.

Соответствующие этому режиму коэффициенты радиальной составляющей скорости и теоретической циркуляции получены виде:

(15)

. (16)

Уравнение идеальной аэродинамической характеристики центробежного вентилятора с энергетическим регулятором в диссертации получено в виде:

, (17)

где ; - коэффициент, характеризующий пропускную способность регулятора; - коэффициенты, определенные по результатам исследований Т.С. Соломаховой.

Математический анализ функции (17) показывает, что идеальная аэродинамическая характеристика центробежного вентилятора с энергетическим регулятором представляет собой степенную функцию коэффициента расхода, причем соответствует qmax центробежного вентилятора без регулятора, так как достигается при =0 (рис. 2). Ее отличает большой диапазон изменения по величине и форме в сравнении с аэродинамической характеристикой центробежного вентилятора без регулятора. Целенаправленный выбор геометрических параметров центробежного вентилятора и его энергетического регулятора позволяет в широком диапазоне изменять максимальный коэффициент теоретического давления вентилятора и, что принципиально важно, функциональную зависимость прироста коэффициента теоретического давления от коэффициента расхода.

Рис. 2. Удельная идеальная аэродинамическая характеристика вращающейся круговой решетки профилей с энергетическим регулятором: 1 – без энергетического регулятора; 2 – лопаточный энергетический регулятор; 3 – малоканальный энергетический регулятор; 4 – безлопаточный энергетический регулятор

В диссертации получены уравнения, связывающие геометрические параметры энергетического регулятора с его энергетическими характеристиками, являющимися критериями подобия течения в нем и позволяющие производить теоретический расчет критериев эффективности энергетического регулятора.

Выражения для оптимальных значений диаметра и осевого смещения регулирующего устройства, z определены из условия минимума потерь энергии:

(18)

где b0 - ширина регулятора, соответствующая расчетной глубине регулирования вентилятора; - коэффициент потерь на трение;

(19)

где - число лопаток рабочего колеса центробежного вентилятора.

  1. Моделирование. Экспериментальные исследования энергетических регуляторов шахтных центробежных вентиляторов

Для обеспечения научной обоснованности и достоверности результатов экспериментальных исследований аэродинамики турбомашин на базе принципов В.А. Веникова о подобии сложных систем получены критерии подобия течения в вентиляторе с энергетическим регулятором: qу – коэффициент подачи управляющего потока; Ну – коэффициент давления управляющего потока; q – коэффициент подачи вентилятора; Re - число Рейнольдса; М – число Маха.

На базе статистического метода линейного планирования эксперимента получены уравнения регрессии для расчета характеристик регулирующего устройства, обеспечивающего максимальную эффективность использования энергии управляющего потока, приращение к.п.д., а также наибольший рост области экономичных режимов работы.

Исследования проводились для всех типов радиальных энергетических регуляторов - лопаточного, малоканального и безлопаточного; при этом были получены принципиально важные для проектирования выводы: при оценке внешней аэродинамики регулятора максимальной эффективностью обладает лопаточный аппарат, в то время как при системном учете взаимовлияния внешней и внутренней аэродинамики наиболее эффективен безлопаточный энергетический регулятор. Обобщение исследований по определению коэффициентов регулируемости различных конструктивных исполнений регуляторов показало наибольшую эффективность управления изменения ширины энергетического регулятора. Такой способ регулирования позволяет обеспечить в широком диапазоне постоянное соотношение скоростей управляющего потока и подачи вентилятора.

С учетом полученных результатов были проведены испытания модели центробежных вентиляторов с энергетическими и комбинированными регуляторами.

Полученные результаты, с достаточной достоверностью совпадающие с теоретическими данными, подтвердили существенную значимость для повышения адаптивности и экономичности центробежных вентиляторов, расчета оптимальных значений геометрических параметров энергетического регулятора, его положения по отношению к рабочему колесу центробежного вентилятора.

Экспериментальные данные, равно как и теоретические исследования, указывают на высокую эффективность применения энергетических устройств для существенного повышения адаптивности и экономичности центробежных вентиляторов.

На базе полученных теоретических и экспериментальных данных разработана методика синтеза радиальных аэродинамических схем энергетических регуляторов, обеспечивающих повышение адаптивности и экономичности центробежных вентиляторов. В частности, с помощью указанной методики спроектированы аэродинамические схемы радиальных энергетических регуляторов: РЭР 97-85, РЭР 98-73. На рис. 3 приведены аэродинамические характеристики центробежного вентилятора Ц120-18 с энергетическим, комбинированным и осевым направляющими аппаратами по аэродинамической схеме РЭР 97-85. Указанные графики показывают, что рост глубины экономичного регулирования по давлению Кн по сравнению с наиболее совершенным осевым направляющим аппаратом (ОНА) составляет более 15 %, в случае применения комбинированного регулятора – более 33 %.

Рис. 3. Аэродинамическая характеристика и области экономичных режимов работы вентилятора Ц 120-18: 1 – с ОНА; 2 – с КЭР 97-85; 3 - с РЭР 97-85

Испытания вентилятора подтвердили высокую эффективность применения энергетических регуляторов для повышения адаптивности и экономичности центробежных вентиляторов, а также достоверность проведенных теоретических и экспериментальных исследований.

5. Промышленная реализация и эффективность результатов исследований.

По результатам анализа вентиляционных режимов действующих шахт, их динамики за период с 1965 по 1995 гг. и соответствия полям проектных режимов спрогнозирована тенденция изменения режимов вентиляции для общешахтных и газоотводящих сетей многосвязных комбинированных вентиляционных систем угольных шахт и предложено поле проектных вентиляционных режимов.

На базе полученных данных с учетом наиболее совершенных радиальных аэродинамических схем спроектирован параметрический ряд энергетических регуляторов шахтных центробежных вентиляторов, обеспечивающих областями экономичной работы перекрытие поля проектных вентиляционных режимов угольных шахт. Разработаны конструкторская и эксплуатационная документация на энергетические и комбинированные регуляторы вентиляторов ВЦГ-7М, ВЦГ-9М.

Годовой экономический эффект от эксплуатации ГВУ в составе ВККП угольных шахт составляет: для УВЦГ-7М 0,48 млн. руб.; для УВЦГ-9М – 0,67 млн. руб.

Заключение

В диссертации, на базе реализации эффекта повышения адаптивности центробежных вентиляторов за счет целенаправленного воздействия управляющего аэрогазодинамического потока струй на элементы проточной части регулирующих устройств, решена научная проблема повышения адаптивности высокоэкономичных шахтных центробежных вентиляторов. Научно обоснованы технические решения для создания шахтных центробежных вентиляторов главного и местного проветривания и газоотсасывающих вентиляторов.

Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем:

  1. Установлено, что причиной низкой функциональной и экономической эффективностей шахтных центробежных вентиляторов угольных шахт является несоответствие фактических вентиляционных режимов проектным. Действующие критерии оценки эффективности и адаптивности вентиляторов и их регулирующих устройств не в полной мере отражают их фактическую функциональную и экономическую эффективность.
  2. Разработаны критерии оценки функциональной и экономической эффективностей регулирующих устройств шахтных центробежных вентиляторов с учетом взаимозависимости процессов силового взаимодействия потоков проточной части регулятора центробежного вентилятора вентиляционных режимов.
  3. Получена модель течения в проточной части радиального энергетического регулятора центробежного вентилятора. Показана эффективность управления циркуляцией за счет энергии аэрогазодинамического потока для повышения регулируемости вентиляторов.
  4. Разработана теория аэродинамического расчета энергетического регулятора с профилями произвольной формы.
  5. Предложены методы аэродинамического расчета радиального энергетического регулятора для частных случаев формы профилей проточной части, позволяющие осуществлять прикладные инженерные расчеты.
  6. Разработана математическая модель и получено аналитическое выражение идеальной аэродинамической характеристики вращающейся круговой решетки с энергетическим регулятором.
  7. Предложен метод синтеза радиальных аэродинамических схем энергетических регуляторов высокоэкономичных адаптивных центробежных вентиляторов.
  8. Разработан типоразмерный параметрический ряд энергетических регуляторов для газоотсасывающих вентиляторов комбинированного проветривания угольных шахт.
  9. Сформулированные теоретические положения являются научной базой разработки конструкторских и технологических решений повышения адаптивности безопасности шахтных центробежных вентиляторов, подготовки нормативно-технической и эксплуатационной документации, направленных на обеспечение их фактической эксплуатационной эффективности.
  10. Годовой экономический эффект от эксплуатации ГВУ с энергетическим регулятором на угольных шахтах составляет: для УВЦГ-7М 0,48 млн руб.; для УВЦГ-9М – 0,69 млн руб.

Основные результаты диссертации опубликованы

в следующих работах:

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК

  1. Тимухин С. А. Особенности аэродинамического расчета энергетического направляющего аппарата шахтного радиального вентилятора / С. А. Тимухин, Н. В. Макаров, В. Ф. Копачев // Известия вузов. Горный журнал. – 2006. – №6. – С. 93 - 96.
  2. Макаров Н. В. Регулирование центробежных вентиляторов энергетическим направляющим аппаратом / Н. В. Макаров, В. Ф. Копачев // Горное оборудование и электромеханика. – 2007. – №5. – С. 43 - 46.
  3. Макаров Н. В. Расчет критериев аэродинамического подобия системы вентилятор - энергетический направляющий аппарат / Н. В. Макаров, С. В. Белов, В. И. Фомин, с. а. Волков // Известия вузов. Горный журнал. – 2008. – №5. – С. 66 - 69.

Статьи, опубликованные в научных сборниках

  1. Копачев В. Ф. Обоснование типоразмерного ряда вентиляторов комбинированного проветривания шахт / В. Ф. Копачев, Н. В. Макаров // Горнопромышленная декада: Материалы науч-практ. конф. г. Екатеринбург, 11.04.2006. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006. – С. 150 – 151.
  2. Макаров Н. В. О регулировании шахтных центробежных вентиляторов энергетическим направляющим аппаратом / Н. В. Макаров // Горнопромышленная декада: Материалы науч-практ. конф. г. Екатеринбург, 11.04.2006. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006. – С. 160 - 161.
  3. Макаров Н. В. Перспективное направление повышения эффективности шахтных центробежных вентиляторов / Н. В. Макаров // Горнопромышленная декада: Материалы науч-практ. конф. г. Екатеринбург, 16.04.2007. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2007. – С. 112 – 113.
  4. Макаров Н. В. Разработка метода аэродинамического расчета энергетического регулятора с профилями в виде логарифмической спирали / Н. В. Макаров // Горнопромышленная декада: Материалы науч-практ. конф. г. Екатеринбург, 21.04.2008. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2008. – С. 150 – 151.
  5. Макаров В. Н. Перспективное направление повышения адаптивности газоотсасывающих вентиляторов / В. Н. Макаров, Н. В. Макаров, Р. В. Закиев // Горнопромышленная декада: Материалы науч-практ. конф. г. Екатеринбург, 21.04.2008. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2008. – С. 174 – 176.

Подписано в печать 13.11.2008 Формат 60х84/16

Бумага писчая Печать на ризографе

Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ

Отпечатано в лаборатории множительной техники УГГУ

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

Уральский государственный горный университет

Pages:     | 1 | 2 ||






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