Розробка здвоєної лопатки осьового вентилятора із підвищеними аеродинамічними характеристиками

Abstract

Представлений комплексний підхід до профілювання вінця лопаток робочого колеса, оцінки аеродинамічних характеристик повітряного потоку, а також статичних і динамічних міцнісних параметрів нової здвоєною лопатки робочого колеса вентиля-тора ВО-21Д на заміну тілесної лопатки, що не відповідає вимогам зміненого опору шахтної мережі. Аеродинамічний аналіз циклічно симетричної скінченно-об'ємної моделі проточної частини вентиляційної установки, що включає в себе робоче колесо, спрямляючий апарат і дифузор, дозволив підтвердити ефективність розроблених профілів здвоєних лопаток робочого колеса вентилятора, а також визначити аеродинамічні навантаження на лопатки. Ці навантаження разом з відцентровими силами від обертання ротора вентиляційної установки були використані для скінченно-елементного аналізу його статичної міцності і відстройки від резонансних режимів, що підтвердило працездатність розробленої конструкції і можливість їй використання на практиці.The paper presents a comprehensive approachto profiling the impeller blades, assessing aerodynamic characteristics of an air flow, as well as static and dynamic strength parameters of a new twin blade of the VO-21D fan impeller instead of a solid blade that does not meet the requirements of the changed mine network resistance. The approach uses the finite-volume method for performing the computational fluid dynamics analysis and the finite-element method for providing the results of the structural strength analysis.The profiling process allow to get a dense blading structure with a high pressure rise. The aerodynamic analysis of a cyclically symmetric finite-volume model of the flow passage of the main ventilation fan installation, including the impeller, the straightener and the diffuser, allowed to confirm an effectiveness of the developed profiles of the twin blades of the fan impeller, as well as to determine aerodynamic loads on the blades. These loads, in a combination with the centrifugal forces of rotation of the rotor of the fan installation, were used for the finite-element analysis of its static strength and detuning from resonance modes, which confirmed an operability of the developed design and a possibility of its use for the practical purposes. The proposed methodology illustrates the way for the least expensive adaptation of the fan installation to restricted requirements of the mine ore due to changed mine network conditions. This technique can be used by engineers and scientists who are handling the problem of an adaptation of the already produced fan structures to the updated working conditions as well as a creation of new units with some unique aerodynamic parameters. In addition to this, the paper is a good illustration of the possibilities of the profiling tool used for creating the twin blades profilesas well as method to determining their static and dynamic structural strength.