节能型矿井主通风机扩散器

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

参见图1，本发明的扩散器是一个截面为方形的套筒状构件，其前后两面为平面，其上表面由内轮廓引线平面、流线型内轮廓线曲面及内轮廓延长线平面组成，其下表面由外轮廓引线平面、流线型外轮廓线曲面及外轮廓延长线平面组成；其左端是入口断面7，并与水平面垂直；其右端是出口断面8，并与水平面平行；出口断面面积大于入口断面面积。从图中可见，外轮廓引线1、流线型外轮廓线2和外轮廓延长线3分别构成了外轮廓引线平面、流线型外轮廓线曲面和外轮廓延长线平面；同样，内轮廓引线4、流线型内轮廓线5和内轮廓延长线6分别构成了内轮廓引线平面、流线型内轮廓线曲面和内轮廓延长线平面。参见图2，本扩散器的入口处通过一个截面圆变方的构件9连接到主通风机10的出风口上。

所述扩散器的流线型外轮廓线2与外轮廓引线1和外轮廓延长线3均相切，以使扩散器轮廓线实现光滑过渡，优化扩散器内部流场；且流线型外轮廓线2满足如下方程式：

式中，θ的取值范围是7π/25～8π/9，单位是弧度；y₁表示流线型外轮廓线坐标函数，单位是m；d₁表示流线型外轮廓线投影的扩散器高度，单位是m；k(θ)为非均匀直线流修正系数，无量纲数。

所述流线型内轮廓线5与内轮廓引线4和内轮廓延长线6均相切，同样也使扩散器轮廓线实现光滑过渡，优化扩散器内部流场；且流线型内轮廓线5满足如下方程式：

式中：θ的取值范围是7π/25～36π/37，单位是弧度；y₂表示流线型内轮廓线坐标函数，单位是m；d₂表示流线型内轮廓线投影的扩散器高度，单位是m；k(θ)为非均匀直线流修正系数，无量纲数。

上述非均匀直线流修正系数k(θ)表达了扩散器入口处风速分布不均匀的现场现状，与主通风机的性能参数、主通风机轮毂形式、整流距离等因素有关。根据二维不可压流函数的N-S方程，非均匀直线流的修正函数与扩散器入口的速度分布情况相关。在数值实验时，非均匀直线流的修正系数k(θ)基于初始的扩散器入口速度分布情况来确定，其数值为扩散器入口中心线上某点速度与扩散器入口积分平均速度的比值。

参见图3，是扩散器流线型内、外轮廓线的生成示意图，横坐标1，2，…，17，分别代表流线型内轮廓线公式中的自变量θ：0.28π，(0.28+0.041)π，...，0.889π；或者分别代表流线型外轮廓线公式中的自变量θ：0.28π，(0.28+0.044)π，...，0.973π；因变量由上述流线型内、外轮廓线计算公式得出，作为示意图中的纵坐标。

在内、外流线型轮廓线已确定的情况下，因内、外轮廓延长线必须与它们分别相切，因此内、外轮廓延长线的方向也确定了，而它们的长度应满足如下条件：使所形成的扩散器的出口断面面积与入口断面面积之比为2.361。

本发明扩散器的内、外轮廓引线的长度根据主通风机施工安装实施手册确定。

参见图4至图7，是本发明的扩散器与现有三种扩散器在额定入口风速分别为6m/s、8m/s、20m/s、28m/s时的扩散器出口断面风速分布曲线图；其中，X轴表示距扩散器内出流顶点距离，单位是m，Y轴表示当地速度与出口断面的积分平均速度的比值即速度均匀度，无量纲数；曲线1是倾斜60度扩散器的出口断面风速分布曲线，曲线2是东工流线型扩散器的，曲线3是新型流线型扩散器的，曲线4是节能型矿井主通风机扩散器的。

参见图8，是本发明扩散器和现有的三种扩散器的扩散效率与入口风速的关系曲线图；其中，X轴代表扩散器入口平均速度，单位是m/s，Y轴代表扩散器扩散效率，无量纲数；曲线1是倾斜60度扩散器的扩散效率与入口风速的关系曲线，曲线2是东工流线型扩散器的，曲线3是新型流线型扩散器的，曲线4是节能型矿井主通风机扩散器的。

分析图4到图8中的曲线1到曲线4，节能型矿井主通风机扩散器相比倾斜60度扩散器、东工流线型扩散器、新型流线型扩散器，具有以下几个主要优良的空气动力学特性：

第一，从6m/s至33m/s的额定入口风速下，其扩散器出口风速基本保持一致，完全消除了反吸风现象；

第二，从6m/s至33m/s的额定入口风速下，扩散器内部涡流区基本消除，增加了可回收动能，提高了主通风机的可用静压能，提高了主通风机的运行效率；

第三，从6m/s至33m/s的额定入口风速下，扩散器扩散效率始终保持在较高区域，能满足矿井通风的变工况运行调节，实现矿井主通风的节能降耗运行。