Содержание к диссертации
Введение
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШАХТНЫХ УГП С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ ВЕНТИЛЯТОРАМИ 12
1.1. Особенности вентиляционных режимов шахтных УГП 12
1.2. Методы оценки эффективности шахтных УГП 15
1.3. Оценка эффективности энергопотребления шахтными УГП 17
1.4. Механизм и особенности образования потерь давления в рабочих колесах шахтных центробежных вентиляторов главного проветривания 21
1.5. Общая характеристика состояния проблемы повышения адаптивности УГП с центробежными вентиляторами 31
1.6. Задачи исследования 37
2. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СТРУЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБТЕКАНИЕМ ЛОПАТОК РАБОЧИХ КОЛЕС ШАХТНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ЕГП 40
2.1. Угол раскрытия эквивалентного диффузора 40
2.2. Модернизация шахтных центробежных ВГП в направлении повышения эффективности энерголотребления 46
2.3. Вывод уравнений, определяющих энергетические характеристики струи управляющего потока 50
2.4. Определение геометрических параметров устройства для подачи управляющего потока 62
2.5. Разработка метода аэродинамического расчета радиальной решетки профилей со струйным управлением циркуляцией 70
2.6. Анализ результатов расчета параметров аэродинамической схемы центробежного вентилятора со струйным управлением обтеканием лопаток рабочего колеса 85
2.7. Выводы . 86
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕНТИЛЯТОРОВ С УПРАВЛЯЕМЫМ ОБТЕКАНИЕ ЛОПАТОК РАБОЧИХ КОЛЕС 88
3.1. Критерии подобия системы поток - вентилятор с устройством струйного управления обтеканием лопаток рабочего колеса 88
3.2. Экспериментальное оборудование и методика исследований 91
3.3. Порог чувствительности стенда для аэродинамических испытаний и погрешности измерений 97
3.4. Результаты исследовании устройства для подачи управляющего потока . Ю2
3.5. Экспериментальные исследования вентиляторов с устройством струйного управления обтеканием лопаток рабочих колес 108
3.6. Исследование эффективности методов регулирования энергетических характеристик управляющего потока 126
3.7. Выводы 130
4. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ 136
4.1. Разработка шахтного центробежного БПІ ВЦ-ІШ 136
4.2. Результаты испытаний опытно-промышленного образца вентилятора ВЦ-ІШ 138
4.3. Экономический эффект от разработки и использования шахтного центробежного ВПЗ с устройством струйного управления обтеканием лопаток рабочего колеса 142
4.4. Выводы 143
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 144
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 148
ПРИЛОЖЕНИЕ I 161
ПРШЮЖЕНИЕ 2 165
ПРШЮЖЕНИЕ 3 188
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 200
- Особенности вентиляционных режимов шахтных УГП
- Угол раскрытия эквивалентного диффузора
- Критерии подобия системы поток - вентилятор с устройством струйного управления обтеканием лопаток рабочего колеса
- Разработка шахтного центробежного БПІ ВЦ-ІШ
Введение к работе
Актуальность теин.
Современнее программирование немыслимо без нових языков программирования, адекватно поддеруивзюцих разработку программ на базе объектно-ориентированного подхода. Ядром объектно-ориентированного подхода являются понятия абстрактных данных и абстрактных типов данных. К языкам,, ориентированным на использование абстрактных данных и абстрэктных типов данных, относится созданным Никласом Виртом 'Язык Иодулз-2, .практическое внедрение и использование которого но.ет существенно повысить производительность труда программиста.
В силу многочисленных причин, современное программирование немыслимо такуе без разработки программного обеспечения, ориентированного на работу в нескольких средах (в данном контексте под средой понимается ЗВИ и базовое программное обеспечение на ней: ОС и др.). Часто работы по реализации такого программного обеспечения удобно выполнять в нескольких средах одновременно. Трудозатраты на реализацию переносимого программного обеспечения могут быть снижены (и довольно значительно), если в разных средах используется одна и та хе система программирования. Бот почему, повышение степени мобильности систем программирования является актуальной задачей, даче несмотря на то, что реализация таких систем сопровождается увеличением, стоимости их разработки в первой среде и снижением в ^активности их работы.
Пени работы.
і. ііссі.едсвание методов реализации современных универсальных языков программирования.
-
Исследование и разработка методов создания мобильных систем программирования, позволящіх еыполнить их реализацию с небольшими трудозатратами.
-
Реализация мобильней системы программирования языка ' Нодула-2 и апробация методов ее реализации.
Научная новизна,
і. Создана методика реализации мобильных систем программирования, позвопякцая выполнить их реализации с
ro
Объем и структура работы.
Особенности вентиляционных режимов шахтных УГП
Шахтные УШ с центробежными вентиляторами благодаря повышенной надежности в эксплуатации, допустимым по нормам шумовым характеристикам, простоте обслуживания и ремонта нашли широкое применение на шахтах СССР В настоящее время более половины всех выпускаемых ВШ составляют центробежные вентиляторы /3/.
Развитие отечественного шахтного центробежного вентиляторо-строения стало возможным благодаря усилиям коллективов ВНИИЕМ им.М.М.Федорова, Донгипроушемаша, ЦАГИ им.Н.Е.Жуковского, Донецкого и Новочеркасского политехнических, Московского горного институтов, Артемовского, Донецкого им.Ленинского комсомола Украины машиностроительных заводов. На пути его становления прослеживаются три наиболее характерные этапа.
Первый этап характеризуется повсеместным распространением вентиляторов типа ЦВ с загнутыми вперед лопатками рабочих колес. Однако эти вентиляторы отличались низким статическим к.п.д. (0,64) и большой удельной массой (74 кг.кВт""1) /4, 79/.
В начале 50-х годов по аэродинамическим схемам ЦАГИ и ИГД АН УССР были разработаны вентиляторы под шифрами ВЦ-4, ВЦ-5 и типа ВЦО, имевшие удельное энергопотребление 1,67; 1,45 и глубину экономичного регулирования по давлению 0,33/ 0,45 соответственно /4, 25/.
Дальнейшее совершенствование центробежных вентиляторов связано с применением загнутых назад крыловидных лопаток. Комплексные исследования в области аэродинамики, прочности и акустики шахтных центробежных ВШ позволили значительно повысить их технический уровень /5,6,7,8,26,38,65/. УІЇЇ с наиболее совершенными центробежными вентиляторами имеют максимальный статический к.п.д. 0,86, удельное энергопотребление 1,32 и глубину экономичного регулирования по давлению 0,56. Значительный вклад в эту работу внесли Г.А.Бабак, В.И.Ковалевская, В В.11ак, И.А.Рас-кии, Т С. Соломахова, В.А.Стешенко.
По технико-экономическим показателям отечественные шахтные центробежные ВШ соответствуют зарубежным аналогам. Лучшие установки с центробежными вентиляторами ведущих фирм "Дэвидсон Сирокко", "Джеймс-Хоуден", "Кейз Блэкмен" (Англия), "Вестингауз", "Фуллер", "Чикаго" (США), "Бабкок Верке", "І умбольдт", ККК (ФРГ), "Эбара", "Хитачи" (Япония) имеют максимальный статический к.п.д. порядка 0,83-0,86, удельное энергопотребление 1,39-1,32 /24,65/.
Несмотря на сравнительно высокие значения показателей технического уровня, шахтные УІЇЇ отличаются низкой фактической экономичностью в эксплуатации Основные причины данного явления заложены в особенностях работы установок:
- переменный характер вентиляционных сетей и режимов вентиляции;
- обеспечение УІЇЇ, представляющими собой ограниченный параметрический ряд, перекрытия поля шахтных вентиляционных режимов с учетом дискретности по отдельным шахтам.
Угол раскрытия эквивалентного диффузора
Межлопаточный канал рабочего колеса вентилятора представляет собой вращающийся диффузор. В вентиляторостроении до недавнего времени существовало мнение, что вопрос о диффузорности потока внутри канала вращающегося колеса менее актуален, чем в неподвижных колесах той же конфигурации. Это объяснялось тем, что в канале рабочего колеса центробежная сила, способствуя преодолению положительного градиента давления, отчасти устраняет опасность отрыва пограничного слоя. Однако в работе /44/ показано, что это не соответствует действительности. В отличие от неподвижного диффузора в канале центробежного колеса повышение давления в направлении движения потока происходит под влиянием двух факторов: центробежной силы и диффузорного эффекта в относительном движении. Соответственно этому градиент давления определяется уравнением
За счет центробежной силы может быть преодолена только часть этого градиента, определяемая первым членом правой части уравнения (2.1). Вторая же часть, определяемая выражением 1-пудЧ_\ , так же как в неподвижном канале должна быть преодолена в пограничном слое за счет обмена импульсами с ядром потока. Таким образом с достаточной точностью, процесс потерь давления в межлопаточном канале рабочего колеса аналогичен данному явлению в неподвижном диффузоре. При этом, следует иметь ввиду, что в межлопаточном канале положение осложняется неравномерностью поля скоростей и наличием вторичного течения, вследствие чего диффузорность в отдельных зонах может оказаться значительно большей среднего ее значения,
В последнее время для оценки потерь давления в межлопаточных каналах рабочих колес распространение получил метод эквивалентного диффузора, основанный на использовании критериев течения в диффузорных каналах и предложенный К.А.Ушаковым /76/. Согласно этому методу предполагается, что коэффициент потерь давления в межлопаточном канале зависит от степени расширения угла раскрытия р круглого диффузора эквивалентного по площадям входного Fi и выходного F&K сечений и длине межлопаточному каналу колеса. Степень диффузорности и угол раскрытия эквивалентного диффузора подсчитываются по площадям входа потока /v в межлопаточный канал с учетом угла атаки набегающего потока и выходного сечения межлопаточного канала FZK /46/.
Критерии подобия системы поток - вентилятор с устройством струйного управления обтеканием лопаток рабочего колеса
Задача математического описания результирующего течения, сформированного взаимодействием управляющей струи и основного потока в межлопаточных каналах рабочего колеса центробежного вентилятора, чрезвычайно сложна и до настоящего времени без значительно упрощающих картину течения допущений еще не решена. Поэтому большое значение при исследовании вентиляторов с управляемым обтеканием лопаток рабочего колеса приобретают методы, основанные на использовании теории подобия и физического моделирования. Для проведения экспериментальных исследований, возможности последующего использования результатов модельных испытаний установим критерии подобия течения в вентиляторе со струями управляющего потока.
Система характеристик данного течения может быть представлена тремя группами определяющих параметров:
- характеризующих основное течение р9/и }и, Q ; (3,1)
- определяющих геометрию вентилятора. Полагая, что условия геометрического подобия выполнены, в качестве базы приведения, принимаем диаметр Vz ; (3.2)
- характеризующих взаимодействие управляющей струи и основного потока: Ру) Qy . Давление управляющего потока определяет одновременно избыточную его скорость, а вместе с расходом - гидравлическую мощность. (3.3) Учитывая правило Фурье, согласно которому члены уравнений, описывающих физические явления, имеют одинаковую размерность, можно считать, что уравнения, моделирующие систему, воздушный поток - вентилятор с устройством струйного управления обтеканием лопаток его рабочего колеса, гомогенны. Применение тс - теоремы в данном случае, ввиду отсутствия исчерпывающей информации о струйном управлении характером течения, базируется на следствии первого дополнительного положения В.А.Веникова о подобии сложных систем, согласно которому " системы остаются подобными после любых упрощений, если только эти упрощения были проведены в системах соответственно одинаково"/29,47/.
Разработка шахтного центробежного БПІ ВЦ-ІШ
По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований, с помощью разработанного метода и в соответствии с планом научно-исследовательских работ по повышению технического уровня и качества выпускаемой продукции была спроектирована аэродинамическая схема шахтного центробежного ВГП с предкрылком лопаток рабочего колеса Ц35-20П на базе схемы Ц35-20, по которой изготавливается вентилятор ВЦ-ІІ (приложение 2.1). Проведенные испытания модели вентилятора, выполненного по разработанной схеме, подтвердили его высокие технико-экономические показатели и их соответствие с расчетными данными.
Согласно полученной аэродинамической характеристике (рис.4.1), показателям технического уровня Артемовским машзаводом совместно с ВНИИГМ им. М.М.Федорова было разработано техническое задание на шахтный центробежный ВГП ЕЦ-ІІП (приложение 2). В техническом задании учтены все современные требования к вентиляторам подобного класса при условии обеспечения максимальной унификации с ВЦ-ІІ. Вентилятор ВЦ-ІІ использован в качестве базового по двум причинам:
- изготовление, испытание и опытно-промышленная эксплуатация вентилятора с устройством струйного управления обтеканием лопаток рабочего колеса, спроектированного на его основе, может быть осуществлена в сравнительно короткий срок, поскольку он является наименьшим типоразмером ряда шахтных центробежных ВГП;
- экономические эффекты в расчете на годовую программу выпуска, обусловленные главным образом снижением энергопотребления, равноценны для вентиляторов с предкрылком лопаток рабочих колес, выполненных на базе ВЦ-ІІ и ВЦ-25М, поскольку у них практически одинаковая суммарная годовая средневзвешенная гидравлическая мощность.
Согласно техническому заданию Артемовским машзаводом совместно с отделом вентиляторных установок НИГШГОРМАШа была разработана конструкторская документация и изготовлен опытно -промышленный образец шахтного центробежного ЕЛІ ВЦ-ІІП, что подтверждено соответствующими документами (приложения 3,4). На рис. 4 2 - 4.6 представлены фотографии вентилятора и отдельных его сборочных единиц.
Для проверки работоспособности основных узлов и соответствия показателей назначения требованиям технического задания вентилятор был представлен на типовые промышленные испытания.
