双动力循环气动风机在矿用吸尘器研制中的创新应用

谢翠红+秦凯+黄卓奇

摘 要 矿用吸尘器的研制采用了普通吸尘器的工作原理，但是因为煤矿井下巷道路面煤尘颗粒大、数量多，而吸尘器在面临粉尘非常多的环境时吸尘能力是一个逐渐降低过程，为解决这一难题，本文提供了一种双动力循环气动风机的制作方法，即将离心式风机和轴流式风机进行有机结合，形成双动力循环，从而达到提高风机效率的目的。

关键词 矿用吸尘器；气动风机；双动力循环

中图分类号：TD441 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0025-01

目前，市面上销售的吸尘器按功能分主要有两种，一种是家用吸尘器，一种是工业用吸尘器。工业吸尘器较家用吸尘器具有工作时间长、吸力强劲、储尘容积大、可耐高温等优点，但其价格高，且不适用于煤矿井下的特殊工况条件；市面上的吸尘器在面临粉尘非常多的环境时吸尘能力是一个逐渐降低过程，而煤矿井下巷道路面煤尘颗粒大，数量多，为解决吸尘器在面临粉尘非常多的环境时吸尘能力是一个逐渐降低过程的缺点，本文提供了一种双动力循环气动风机的制作方法。

本文介绍了一种双动力循环气动风机制作方法，有效利用离心式风机和轴流式风机的优势，对其进行了有机结合。双动力循环气动风机采用垂直安装的方式运行，由上置轴流叶轮和下置离心叶轮组成，前置轴流叶轮由12根外径10 mm，内径5 mm无缝钢管高压风源，利用气体高速流动在排气口周围产生负压原理，气流扩大7倍后为前置管式轴流叶轮提供动力，下置离心叶轮与上置轴流叶轮同轴连接，动力由上置轴流叶轮提供，后置离心叶轮产生的气流在通过前置管式轴流叶轮排出，这就再一次为前置轴流叶轮增加动力，这就达到动力循环利用的目的，从而大大增加风机的效率，气动风机排风口是内径120 mm的钢管，内是外径104 mm管式轴流叶轮这样就在管式轴流叶轮的外壁与排风口之间产生了8 mm的缝隙，排风口又一次利用了气流高速流动周围产生的低压区的原理，这样不但提高气体的流速，而且最大程度的降低了管式轴流叶轮的外壁的摩擦。排风口使用永磁悬浮设计，将风机的重力摩擦降到了最低。垂直安装就利用了高压风向上吹动叶轮产生向上的力量克服重力和离心叶轮排风过程中产生的反向空气压力。从而降低轴承的摩擦。如图1所示。

本设计初始设计依据：进风管6分，风压0.68 MPa

6分管内径20 mm截面积：S=102×3.1415929=314.15926 mm?

314.15926/12=26.1799383 mm?

为保证风机动力风源排出流量最大限度的施加给叶轮，要保证动力出口有足够的压力，所以出风口的内径截面积要小于风源主进管的横截面积。

2.52×3.1415926=19.63495375 mm?

要出风口的内径截面积要小于风源主进管的横截面积也就是：

26.1799383 mm?>19.63495375 mm?

利用高速排风口会带动周围空气同向流动的原理，离排风口越近带动周围空气流动的速度越快，离排风口越远带动空气流动的速度越慢，离高速排风口20 mm距离以外推动叶轮就没有利用的价值了。

利用一个腔体将6分风管出来的流量均匀缩小的通过12根风管分布在叶片的8根在40 mm半径上，外缘就最大限度的提高了叶轮的输出的扭矩，4根在20 mm半径上要避免中心位置出现动力空白区，这样解决里中心动力空白区的问题。

最大管距：40*3.1415926/4-10=21.4

同向带动空气距离：21.4/2=10.7 mm

距离轴流叶片管壁的距离：50-40-5=5 mm

这样就把最大的压力提供给了叶片的外缘，使用管式轴流叶轮就避免了动力的浪费，使高压动力全部的施加叶轮。

综上所述，管式叶轮选用选管径100，为最大限度的降低重量并且考虑车床的工作限度，车床无法完成壁厚小于2 mm钢管，故此选用了管式叶轮的外径104。

考虑施工精度避免管式轴流叶轮与排风口产生摩擦，确保风机有足够的转速，以提高排风量。

图1 双动力循环气动风机示意图

综上所述，本文介绍的气动风机的制作方法，主要创新点有三个方面：一是采用了双动力循环方式，利用气体高速流动在排气口周围产生负压原理，气流扩大7倍后为前置管式轴流叶轮提供动力，下置离心叶轮与上置轴流叶轮同轴连接，动力由上置轴流叶轮提供，后置离心叶轮产生的气流在通过前置管式轴流叶轮排出，这就再一次为前置轴流叶轮增加动力，这就达到动力循环利用的目的，大大增加了风机的效率；二是采用垂直安装的方式运行，上置轴流叶轮，下置离心叶轮。垂直安装就利用了高压风向上吹动叶轮产生向上的力量克服重力和离心叶轮排风过程中产生的反向空气压力；三是排风口使用永磁悬浮设计，将风机的重力摩擦降到了最低。

参考文献

[1]胡春艳.基于APDL及命令流的大型电除尘器的参数化设计研究[D].重庆大学，2006.endprint