礦井軸流通風(fēng)機(jī)擴(kuò)大風(fēng)量的技術(shù)改造
Technical Transformation of Mine Axial Fan on Enlarging Air Flow Rate
楊世和/大同煤業(yè)集團(tuán)小峪煤礦
徐 鋼/遼寧能源投資集團(tuán)
摘要:介紹了改造后所選用的新型礦井軸流通風(fēng)機(jī)的主要特點(diǎn)，與老式風(fēng)機(jī)做了對(duì)比，證明了改造后的風(fēng)機(jī)取得了較好效果。
關(guān)鍵詞：軸流式通風(fēng)機(jī) 技術(shù)改造
中圖分類號(hào):TH432.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1006-8155(2005)05-0058-03
Abstract: Main characteristics of new selected mine axial fans after transformation are introduced, comparing with the old fans, preferable effect of new ones is obtained after transformation.
Key words: Axial fan Technical transformation
1 引言
我礦原屬于懷仁地方煤礦，在國家政策調(diào)整下劃歸大同煤業(yè)集團(tuán)，成為其下屬煤礦。在礦務(wù)局的大力支持下，對(duì)原有礦井進(jìn)行了大規(guī)模的技術(shù)改造。產(chǎn)量由原來的一百多萬噸提高到二百多萬噸。隨著產(chǎn)量的不斷提高，原礦井主扇已不能滿足井下通風(fēng)的要求，也制約了礦井的發(fā)展。經(jīng)礦務(wù)局有關(guān)部門研究決定，在風(fēng)機(jī)房土建基本不動(dòng)的前提下，對(duì)礦上原有的兩臺(tái)老式70B2—11№18風(fēng)機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造。
改造前風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)為
風(fēng)量：3200m3/min
負(fù)壓：1400Pa
礦阻：0.0324
改造后風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)為
風(fēng)量：5400m3/min
負(fù)壓：4196Pa
礦阻：0.0518
根據(jù)以上技術(shù)參數(shù)再經(jīng)多方論證和考察，最后選中了航空工業(yè)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所風(fēng)機(jī)廠設(shè)計(jì)制造的AGF606-1.88-1.12-2型風(fēng)機(jī)。
2 改造后的風(fēng)機(jī)特點(diǎn)
2.1 先進(jìn)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)
根據(jù)新結(jié)構(gòu)及采用的高強(qiáng)度鍛鋁合金葉片，可以選用轉(zhuǎn)速為1500r/min單級(jí)即可實(shí)現(xiàn)。但考慮到噪聲及強(qiáng)度的儲(chǔ)備，仍采用了1000r/min，將原一級(jí)動(dòng)葉增加為兩級(jí)動(dòng)葉。
原機(jī)和新機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1和表2。
表1
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參 數(shù) |
原機(jī)（工況點(diǎn)） |
新機(jī)（設(shè)計(jì)點(diǎn)） |
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風(fēng)量/ (m3/min) |
3200 |
5400 |
|
風(fēng)壓/ Pa |
1400 |
4196 |
|
風(fēng)機(jī)功率/ kW |
74.62 |
377.574 |
|
電機(jī)功率（額定）/ kW |
185 |
710 |
|
靜壓效率 |
0.6775 |
0.806 |
|
動(dòng)葉擴(kuò)散因子 |
0.6 |
0.567 |
|
電機(jī)轉(zhuǎn)速/ (r/min) |
970 |
985 |
表2
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項(xiàng)目 |
原機(jī) |
新機(jī) |
|
動(dòng)葉片數(shù) |
14 |
14×2 |
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最大厚度/mm |
36 |
37.68 |
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聯(lián)接方式 |
大螺母聯(lián)接不可調(diào) |
螺釘聯(lián)接，集中一次可調(diào) |
|
靜葉 |
后導(dǎo)11片 |
中導(dǎo)9片，后導(dǎo)13片 |
采取航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)設(shè)計(jì)中多年使用的“非徑向站流線曲率管流法”進(jìn)行了S2進(jìn)出口流面的流場(chǎng)計(jì)算并造型。該方法不僅考慮了氣體的功、熵沿徑向變化，也考慮了流線斜率、曲率及子午速度變化對(duì)流場(chǎng)的影響，由于主氣流流速低（50m/s左右），馬赫數(shù)為0.15，屬于不可壓，故采用低速葉型，并用圓弧中線來造型。相對(duì)厚度由尖部到根部為5.5%/12%；導(dǎo)葉全葉高為12%。
從非設(shè)計(jì)點(diǎn)工作狀態(tài)可見，無論是風(fēng)機(jī)還是電機(jī)，均有比規(guī)范規(guī)定的15%要大的足夠儲(chǔ)備。而且均在高效區(qū)內(nèi)工作。
2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1 新舊結(jié)構(gòu)的對(duì)比(見表3)
表3
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70B2-11№18原結(jié)構(gòu) |
AGF606-1.88-1.12新結(jié)構(gòu) |
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1. 普通碳鋼板焊、鉚葉片，轉(zhuǎn)速受強(qiáng)度限制，葉尖切線速度小于100m/s |
1. 葉片為機(jī)翼形扭曲葉片，用高強(qiáng)度鍛造鋁合金制成，表面再經(jīng)防腐處理。在相同條件下轉(zhuǎn)速可提高1.5倍，負(fù)壓成倍提高，轉(zhuǎn)速雖未變 ，但用了兩級(jí)故負(fù)壓仍可提高一倍 |
|
2. 用大螺母結(jié)構(gòu)安裝葉片，單個(gè)調(diào)整，精度與人的因素有關(guān)，費(fèi)力、費(fèi)時(shí)
|
2. 利用蝸輪蝸桿、錐齒輪副機(jī)構(gòu)進(jìn)行停車集中無級(jí)調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)桿插 入后2min即可完成整級(jí)葉片調(diào)角度，精確、省力、省時(shí) |
|
3. 雙支點(diǎn)簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，支座前后分開，兩級(jí)轉(zhuǎn)子在雙支點(diǎn)的內(nèi)側(cè)，主軸長，安裝調(diào)整困難，平衡精度低，僅為6.3mm/s |
3. 結(jié)構(gòu)采用整體式軸承箱，兩級(jí)轉(zhuǎn)子分別在支點(diǎn)的外側(cè)，軸承箱固定在機(jī)殼內(nèi)法蘭上，現(xiàn)場(chǎng)安裝大修重裝無需對(duì)中，調(diào)整方便，振動(dòng)小，平衡精度5.6mm/s |
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4. 脂潤滑，維修困難
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4. 油浴式潤滑，結(jié)構(gòu)緊湊，軸承潤滑良好，采用NSK軸承可兩年大修，正常維護(hù)條件可運(yùn)轉(zhuǎn)40000h以上
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5. 鑄鋼轉(zhuǎn)子，板焊葉片，故轉(zhuǎn)子質(zhì)量大。整機(jī)飛輪矩GD2大、啟動(dòng)時(shí)間長，較難啟動(dòng)。制動(dòng)力矩大 |
5. 輪轂由鑄鋼改為板焊結(jié)構(gòu)，而且鍛鋁合金密度只有鋼的0.346，故轉(zhuǎn)子質(zhì)量輕。整機(jī)飛輪矩GD2小、啟動(dòng)時(shí)間短，易于啟動(dòng)。制動(dòng)力矩小
|
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6. 計(jì)算噪聲： 根據(jù)現(xiàn)有風(fēng)量53.33 m3/s 、風(fēng)壓1400Pa，計(jì)算噪聲為110.2dB，測(cè)點(diǎn)(機(jī)殼擴(kuò)散器出口)90.5 dB (A) |
6. 計(jì)算噪聲：據(jù)新機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓計(jì)算噪聲為122dB。轉(zhuǎn)、靜子葉片的最佳匹配除滿足氣動(dòng)、強(qiáng)度、振動(dòng)外，還滿足噪聲要求�，F(xiàn)有聲功率水平可降低10~14 dB |
2.2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
完全拋開原有風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)：即雙支點(diǎn)簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。兩級(jí)轉(zhuǎn)子放在兩支點(diǎn)的內(nèi)側(cè)，主軸長，安裝調(diào)整困難，平衡精度低。新機(jī)采用了懸臂梁結(jié)構(gòu)，整體內(nèi)置軸承箱。兩級(jí)轉(zhuǎn)子分別懸掛于兩支點(diǎn)的外側(cè)，形成一擔(dān)挑，對(duì)加工安裝有利，平衡精度高達(dá)2.5級(jí)。
拋開傳統(tǒng)的板焊件，鉚接結(jié)構(gòu)，葉片采用了鍛鋁合金整體結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)本質(zhì)的飛躍，因?yàn)樵缙谵D(zhuǎn)子的葉尖切線速度低于100m/s，現(xiàn)提高到149m/s。
拋開了大螺母葉片的單個(gè)聯(lián)接方式。采用了蝸輪、蝸桿、錐齒輪組機(jī)械式一次集中可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。極大地節(jié)省了調(diào)節(jié)安裝時(shí)間，節(jié)省了人力，提高了精度。
拋開前后支撐軸承分開式軸承單獨(dú)脂潤滑方式，采用整體軸承油浸潤滑，再加上采用進(jìn)口滾動(dòng)軸承，經(jīng)核算壽命可達(dá)40000h以上。節(jié)省了維修的人力和費(fèi)用。
2.3 可靠性保證
2.3.1 關(guān)鍵零部件強(qiáng)度計(jì)算
風(fēng)量、負(fù)壓大幅度提高，關(guān)鍵零部件，特別是轉(zhuǎn)動(dòng)件能否承受,有多大的儲(chǔ)備，經(jīng)核算結(jié)論是肯定的。結(jié)果見表4。
表4
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零件名 |
材料 |
許用值[σ]/MPa |
計(jì)算值σ/MPa |
儲(chǔ)備 |
|
動(dòng) 葉 |
LD5 |
313 |
30 |
10.4 |
|
輪 盤 |
25 |
210 |
180 |
1.17 |
|
葉片-柄
連接螺釘 |
40Cr |
785 |
120.8 |
6.5 |
|
葉柄螺釘 |
45 |
[τ]=142.0
[σ]=213 |
τ=32.0
σW=58.7 |
4.4
3.63 |
2.3.2 動(dòng)葉振頻特性試驗(yàn)
動(dòng)葉是保證通風(fēng)機(jī)性能的核心，不僅要承受離心力，氣動(dòng)彎矩和扭矩而產(chǎn)生的靜載荷，還要承受由于結(jié)構(gòu)或氣動(dòng)等因素激勵(lì)振動(dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)載荷。在投產(chǎn)前除用有限元做出理論分析外，還要用航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片專用的1380MK4 1KV的振動(dòng)臺(tái)通過頻率掃描測(cè)定動(dòng)葉的前幾階固有頻率及對(duì)應(yīng)振型，除一階為葉根部彎曲振型外，其他各階均為復(fù)合振型。
采用4塊支板，9片中導(dǎo)葉和13片后導(dǎo)葉，基本上可滿足規(guī)范關(guān)于激振，應(yīng)偏離固有頻率15%的要求。不會(huì)因固有因素在恒定工作轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生共振。
2.3.3 軸臨界轉(zhuǎn)速
通常用傳遞矩陣法計(jì)算，但穩(wěn)定性較差，數(shù)值易溢出，現(xiàn)仍采用有限元方法對(duì)整體轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算表明：前三階均大于工作轉(zhuǎn)速，裕度大于30%，符合規(guī)范要求。
傳動(dòng)軸 1500
主 軸 5725.7 6934.2 1000
軸 系 1498 4979
均為剛性軸，不會(huì)引起軸系振動(dòng)。
2.3.4 軸承壽命
對(duì)3種軸承核算壽命列于表5（按油潤滑）。
表5
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工作條件 |
圓柱滾子軸承NU330 |
推力球軸承7330 |
|
1000r/min |
D=320 |
D=320 |
|
70℃ |
D=150 |
D=150 |
|
30#機(jī)床油 |
當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷
17248.8N |
當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷
10045N |
|
振動(dòng)5.6mm/s |
99%可靠，LH=45270h |
99%可靠，LH=52732h |
由表5可見運(yùn)行壽命均超過40000h。
2.3.5 風(fēng)機(jī)監(jiān)控
為保證風(fēng)機(jī)正常、安全的工作，設(shè)置以下的監(jiān)控：軸承箱油位的監(jiān)控；軸承溫度的監(jiān)測(cè)；電機(jī)定子及軸承溫度監(jiān)控、脫風(fēng)的監(jiān)控。
3 新機(jī)效果
3.1 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡
改型后的風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)盤加工、組裝除靜平衡外還做動(dòng)平衡（專用機(jī)床，平衡轉(zhuǎn)速400r/min）。鍛造后加工的葉片，一、二階固有頻率數(shù)據(jù)均衡，分散度低于5%，質(zhì)量差低于0.5%，質(zhì)量矩差低于0.005kg·m。在轉(zhuǎn)盤上采用對(duì)稱、對(duì)號(hào)入座方式安裝，為轉(zhuǎn)子總體平衡奠定基礎(chǔ)。在現(xiàn)場(chǎng)，通常在機(jī)殼安裝邊近支點(diǎn)處用測(cè)振儀測(cè)水平和垂直方向的振幅，未做調(diào)整即已達(dá)到5.6 mm/s的精度。經(jīng)配合調(diào)整最后核定值為2.4 mm/s。
3.2 短路測(cè)試
在兩個(gè)角度下測(cè)得的數(shù)據(jù)如表6。
表6
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參 數(shù) |
0° |
-10° |
原機(jī) |
|
風(fēng)量/（m3/s） |
100 |
90 |
80 |
67.5 |
73.5 |
77.5 |
53.33 |
|
靜壓/Pa |
3650 |
4250 |
4660 |
3300 |
2800 |
2400 |
1400 |
|
風(fēng)機(jī)功率/kW |
364.8 |
382.3 |
372.8 |
222.6 |
205.7 |
186.00 |
74.64 |
|
軸功率/kW |
467.6 |
469 |
478.6 |
281.8 |
263.7 |
249.7 |
— |
|
機(jī)組效率 |
0.7489 |
0.7824 |
0.7478 |
0.7580 |
0.749 |
0.7151 |
0.7412 |
|
工序能耗/ (kW·h) |
0.371 |
0.355 |
0.3673 |
0.366 |
0.371 |
0.388 |
0.375 |
|
振動(dòng)速度/（mm/s） |
— |
2.4 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
機(jī)殼輻射噪聲/dB |
— |
88.5~78.2 |
— |
— |
— |
— |
— |
4 結(jié)論
原機(jī)型參數(shù)也列于表6中，以便對(duì)比。
�。�1） 在0o設(shè)計(jì)角度下，風(fēng)量、負(fù)壓達(dá)到并略超過預(yù)定指標(biāo)。
�。�2） 在0o和-10o兩個(gè)角度下用板阻法測(cè)得特性曲線相當(dāng)吻合，僅略向下漂移。
�。�3） 若礦阻不變目前用風(fēng)量為3200 m3/min（53.33m3/s）時(shí)需關(guān)小角度到17°左右。
�。�4） 反轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)得的風(fēng)量為49.5m3/s。即反風(fēng)率約為55.5%，超過合同規(guī)定值。 （5）工序能耗落在0.359~0.388范圍，即屬于規(guī)范的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，原機(jī)水平為0.375，二者基本相當(dāng)。從節(jié)電看沒有變化，但是風(fēng)量由3200 m 3/min提高到5400 m 3/min，負(fù)壓由1400 Pa提高到4196Pa，分別提高了68.8%和199%。
更多環(huán)保風(fēng)機(jī)可用我司產(chǎn)品類型：玻璃鋼風(fēng)機(jī)，玻璃鋼軸流風(fēng)機(jī)，玻璃鋼離心風(fēng)機(jī)，負(fù)壓風(fēng)機(jī)，玻璃鋼斜流風(fēng)機(jī)，玻璃鋼柜式風(fēng)機(jī)。
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