某車間鼓風(fēng)機至2016年止已運行近8 年，振動一直偏大，已困擾生產(chǎn)多年。15m3/s，主要尺寸參數(shù)為：鼓風(fēng)機蝸殼寬度b1152mm，葉輪內(nèi)徑1D210mm,葉輪外徑2D246mm，葉片進口安裝角178A，葉片出口安裝角2160A，葉片圓弧半徑r14mm，葉片數(shù)z60。即使是更新了葉輪總成，并在聯(lián)軸器對中性符合允差的情況下，運行時前后兩軸承位殼振實測振動速度有效值分別達到了3.0 mm/s 和3.6 mm/s 左右，這是屬于“可容忍”的范圍，但不宜長期運行工作。經(jīng)我設(shè)備人員分析，認為振動大的原因有：一是混凝土基礎(chǔ)過于單薄，重量不足，且運行時基礎(chǔ)周圍地板有明顯的顫動；二是預(yù)埋地腳螺栓有松動跡象。經(jīng)上級研究，決定趁當年大修時間充足的機會，對上述存在問題整改，破除舊基礎(chǔ)后，按本文前述處理措施重新設(shè)計、施工新的混凝土基礎(chǔ)和預(yù)埋地腳螺栓。

開機正常生產(chǎn)后，該鼓風(fēng)機軸承位殼振實測振動速度有效值分別降到了0.45 mm/s 和0.52 mm/s，屬“良好”級別。安裝精度不達標及其檢查處理措施安裝精度主要是指風(fēng)機軸與驅(qū)動電機軸的同心度，即對中性。離心式風(fēng)機聯(lián)軸器的同心度要求很高。如果聯(lián)軸器沒有找正，或是找正達不到要求，引起鼓風(fēng)機振動將不可避免。應(yīng)注意的是，即使原來同心度已經(jīng)符合要求了，但是風(fēng)機運行一段時間后，由于各種原因，同心度會也會發(fā)生變化，所以應(yīng)注意定期檢查同心度，如發(fā)現(xiàn)同心度超過允許偏差了，要立即重新找正。出現(xiàn)上述情況的原因應(yīng)該是電機噪聲通過蝸殼會被放大，而沒有被吸聲材料有效吸收。因此，當風(fēng)機發(fā)生異常的振動故障時，檢查聯(lián)軸器的對中情況是必不可少的。

幾何模型建立與網(wǎng)格劃分

計算模型采用掘進工作面4-72-5.6A 防爆防腐蝕的離心式通風(fēng)機，其主要參數(shù)：電機功率22 kW,轉(zhuǎn)速2 930 r/min,流量10 122~25 736 m3/h,全壓4 152~2 330 Pa。其主要由進風(fēng)口、集流器、葉輪和蝸殼組成。

鼓風(fēng)機集流器中添加了米字形結(jié)構(gòu)與環(huán)形擋環(huán)。風(fēng)機結(jié)構(gòu)復(fù)雜且葉片外形不規(guī)則，因此生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格比較困難，相反非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格適應(yīng)能力強，在處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)時有利于網(wǎng)格的自適應(yīng)。

因此鼓風(fēng)機采用四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。使用ANSYS 軟件中的CFD 軟件進行網(wǎng)格劃分，加米字形集流器模型網(wǎng)格數(shù)1 072 503，網(wǎng)格節(jié)點數(shù)184 910；普通圓弧形模型網(wǎng)格數(shù)1 296 832，網(wǎng)格節(jié)點數(shù)223 847。以離心風(fēng)機在掘進工作面環(huán)境下的運行工況為依據(jù)，進行鼓風(fēng)機參數(shù)設(shè)置：流量取22 806.54 m3/h，流速取6.335 15 m/s, 質(zhì)量流量取7.491 3 kg/s。把Pro/E 建立的幾何模型導(dǎo)入Fluent 中并對幾何模型的邊界條件計算參數(shù)進行設(shè)定。其中入口類型采用速度進口，出口設(shè)為壓力邊界條件，本計算采用的樣機是礦用式離心風(fēng)機， 出口靜壓可以近似為0，蝸殼內(nèi)壁及葉輪壁面粗糙度均取0.5，集流器、葉輪、蝸殼等各流體區(qū)域結(jié)合處的公共面采用interface邊界類型面， 將葉片的壓力面和吸力面以及葉輪前盤、后盤和轉(zhuǎn)軸的內(nèi)外表面一起定義為旋轉(zhuǎn)壁面。環(huán)境壓力為101 325 Pa，取粉塵流體密度ρ=1.225 kg/m3。在中高頻段后蓋板加消聲材料的降噪效果很好，這種方式對于氣動噪聲及高頻振動等起到很好的吸收作用，尤其是鼓風(fēng)機包括電機的高頻振動噪聲過濾程度明顯。計算時采用SIMPLE 壓力速度耦合方法進行。

鼓風(fēng)機性能試驗原理及其裝置為了驗證修正后數(shù)值計算模型的準確度，對原風(fēng)機的不同工況氣動性能試驗。將修正前后數(shù)值計算模型預(yù)測原型機性能結(jié)果與試驗值作對比分析，由數(shù)據(jù)可知，采用標準k-ε 模型預(yù)測的風(fēng)機性能曲線較試驗值存在一定誤差，其較大誤差值達9.5%，修正的k-ε 模型，各流量工況下鼓風(fēng)機出口靜壓計算值與試驗值吻合，其性能曲線趨于重合，兩者誤差值明顯減小，且較大誤差降低至3%，充分驗證了所采用的數(shù)值計算模型修正方法的可行性，同時為下文鼓風(fēng)機性能的準確度和可靠性預(yù)測提供支撐。設(shè)計原理分析原風(fēng)機蝸殼內(nèi)壁型線采用的是傳統(tǒng)蝸殼型線設(shè)計方法，即不考慮壁面粘性摩擦的影響，氣流動量矩保持不變，運用不等邊基圓法繪制的近似阿基米德螺旋線。加米字風(fēng)機的全壓較大可達5860Pa，而普通集流器較大達到4260Pa。而實際流動過程中，氣體粘性作用常導(dǎo)致其速度在過流斷面上呈現(xiàn)的分布不均勻現(xiàn)象。

對于低速小型多翼離心風(fēng)機而言，由于氣體流道狹窄，受粘性作用的影響，風(fēng)機內(nèi)壁面邊界層分離加劇，經(jīng)過葉輪加速的氣體流速沿蝸殼徑向方向逐漸減小，而在鼓風(fēng)機蝸殼出口處，由于同時受到蝸舌結(jié)構(gòu)和蝸殼壁面的影響，其流速為管道流速度分布，受粘性作用的影響，蝸殼內(nèi)流體于整個流道空間內(nèi)呈現(xiàn)速度分布不均勻的現(xiàn)象，因此在實際流動過程中，流體動量矩并不是不變的，而是隨流動的進行不斷減小，故基于動量矩守恒定律設(shè)計的傳統(tǒng)蝸殼型線存在動量修正的必要。改型設(shè)計方法由于氣體粘性力無法通過簡單的公式運算獲得，且其大小受氣體速度的影響，因此本文采用一種簡單化的求解方法，即基于傳統(tǒng)不等邊基圓法，鼓風(fēng)機運用改進后的k-ε 模型對原風(fēng)機進行數(shù)值模擬，設(shè)置如圖8 所示的4 個監(jiān)測截面，其方位角φ 分別為90°、180°、270°、360°。通過Fluent 后處理計算得出蝸殼壁面區(qū)域于以上4 個截面處所受粘性力大小Fν ，測量力矩中心至力原點距離R，由額定工況下風(fēng)機總質(zhì)量流量q 計算得單位質(zhì)量流體所受黏性力矩平均值m FR / q。但后蓋板加裝消聲材料，恰好吸收了電機的部分噪聲，因此后蓋板加裝吸聲材料降低風(fēng)機噪聲明顯。