在礦井掘進(jìn)巷道中，采用短距離通風(fēng)時(shí)，工作面所需的風(fēng)量和壓力較小，因此減小葉片安裝角度可有效降低風(fēng)機(jī)的輸出功率，節(jié)約能耗；在進(jìn)行長(zhǎng)距離通風(fēng)時(shí)，所需的風(fēng)量和壓力為L(zhǎng)a。適當(dāng)增風(fēng)機(jī)大葉片安裝角度，可滿足工作面高氣壓大流量的需要。為此，設(shè)計(jì)了葉片角度可調(diào)的對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)。通過模態(tài)分析可以得到葉片的固有頻率和振動(dòng)模態(tài)，分析了葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)葉輪機(jī)構(gòu)振動(dòng)特性的影響。本文的研究對(duì)象是葉片角度固定的葉輪和葉片角度可調(diào)的葉輪。兩個(gè)葉輪的軸向間距為95mm，葉片數(shù)相等。第1個(gè)葉輪有14個(gè)葉片，第二個(gè)葉輪有10個(gè)葉片。風(fēng)機(jī)葉輪的外徑約為800mm，輪轂比為0.60。兩個(gè)葉輪均為反旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，消除了中間和后部的固定導(dǎo)葉。兩級(jí)葉輪以相同速度反向運(yùn)動(dòng)，在集熱器前部形成較大的負(fù)壓。風(fēng)機(jī)主要由進(jìn)汽室、集流器、雙級(jí)動(dòng)葉、導(dǎo)葉、擴(kuò)壓管、動(dòng)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等部件構(gòu)成。外部空氣通過集熱器緩慢流入風(fēng)道。在一級(jí)葉輪的旋轉(zhuǎn)作用下，動(dòng)能和壓力勢(shì)能增大，氣流迅速流向二級(jí)葉輪，風(fēng)機(jī)的二級(jí)葉輪反向加速。能量，最終空氣通過擴(kuò)散器順利流出風(fēng)管，這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的高風(fēng)壓、大流量、高效率、低噪聲和高效運(yùn)行。

風(fēng)機(jī)降噪原理和穿孔模型

降噪原理在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中，產(chǎn)生的主要噪聲是機(jī)械噪聲和空氣動(dòng)力噪聲。其中，風(fēng)機(jī)機(jī)械噪聲主要包括電機(jī)噪聲、結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲等。優(yōu)化結(jié)構(gòu)以降低機(jī)械噪聲是必要的?？諝鈩?dòng)力噪聲按產(chǎn)生原因可分為旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲是由葉片與氣流相互作用引起的壓力波動(dòng)引起的。它也被稱為離散噪聲或葉片通過頻率噪聲。產(chǎn)生渦流噪聲的主要原因是由于阻力引起的葉片邊界層渦流、隨主流沿葉片后緣脫落的渦流和葉尖放電。風(fēng)機(jī)葉片穿孔減噪是應(yīng)用穿孔射流抑制非工作面渦流和分離的原理。當(dāng)邊界層流體的動(dòng)能能夠克服葉片表面的摩擦力時(shí)，葉片表面可能形成回流。檢查風(fēng)機(jī)空氣預(yù)熱器1B傳熱元件嚴(yán)重堵塞后，一次風(fēng)機(jī)出口堵塞。回流被主流氣體帶走，導(dǎo)致渦流脫落。渦流以噪聲的形式不斷地產(chǎn)生和釋放出大量的能量。當(dāng)葉片穿孔時(shí)，部分葉片工作面氣流流向非工作面，非工作面氣流獲得更多動(dòng)能，克服葉片表面的摩擦，抑制渦流的產(chǎn)生和脫落。

風(fēng)機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過程中，葉片型線的優(yōu)化可能面臨一個(gè)問題。不同葉片高度的不同進(jìn)水條件導(dǎo)致葉片型線優(yōu)化結(jié)果差異過大，難以對(duì)葉片型線進(jìn)行過度優(yōu)化。為此，本文提出了多截面輪廓協(xié)同優(yōu)化的方法，建立了輪廓幾何與輪廓目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系，使得到的輪廓滿足三維實(shí)際要求。在優(yōu)化過程中，增加了葉片型線的幾何分析和設(shè)計(jì)點(diǎn)氣流角的調(diào)整模塊，以保證獲得的葉片型線能達(dá)到與原型相同的氣流轉(zhuǎn)向能力。同時(shí)，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)的氣動(dòng)性能滿足一定要求，否則，可以以罰函數(shù)的形式盡快完成葉型的氣動(dòng)分析，提高優(yōu)化過程的快速性。在確定優(yōu)化目標(biāo)時(shí)，綜合考慮了設(shè)計(jì)點(diǎn)的性能和非設(shè)計(jì)條件，風(fēng)機(jī)對(duì)有效范圍內(nèi)的剖面性能進(jìn)行了研究。目標(biāo)函數(shù)括號(hào)中的第1項(xiàng)為設(shè)計(jì)點(diǎn)損失，第二項(xiàng)為有效流入流角范圍，邊界為設(shè)計(jì)點(diǎn)損失的1.5倍，第三項(xiàng)為失速裕度，第四項(xiàng)為有效流入流角范圍內(nèi)的平均損失，第五項(xiàng)為平均損失差的方差。有效流入角范圍內(nèi)的分布。高頻頻率是由于葉片在旋轉(zhuǎn)過程中周期性地通過空氣中固定位置的壓力波動(dòng)引起的，等于葉片的旋轉(zhuǎn)頻率乘以葉片數(shù)。分子是分析葉片外形的氣動(dòng)性能，分母是原型參考值。風(fēng)機(jī)利用加權(quán)因子w對(duì)截面之間的關(guān)系進(jìn)行加權(quán)，設(shè)置目標(biāo)函數(shù)，得到損失小、失速裕度高的多截面S1剖面。各參數(shù)的權(quán)重和各截面的權(quán)重系數(shù)決定了優(yōu)化目標(biāo)是集中于中間截面的性能，以及中間截面的損失和末端截面的失速裕度。