Competitive growth of enterprises in the mining and oil and gas industries of the Russian economy, combined with industrial safety requirements, updates the task of developing the design and production methodology for the aerodynamically adaptive turbomachines with a nature-like dominance. Such machines adequately and economically soundly establish the necessary parameters of the air environment in the technological space that implement the concept of optimal subsurface management ecotechnology. This article proposes a production methodology for the energy-efficient turbomachines using the aerodynamic adaptability criterion that determines the relations between the velocity circulation and flow acceleration around the vane cascade profiles as the nature-like dominance of the process for converting the mechanical rotational energy of impeller into the internal energy of the air flow. The Karman theory of bound and free vortices, the Chaplygin-Joukowski-Kutta hypothesis, the conformal mapping method, and curve irregularities are used for development of a mathematical model for controlling the aerodynamic adaptability. It is proved that the control dominant is the intensity of the sources distributed over the turbomachine impeller vane profile that determine the flow diffusivity and as a result the acceleration circulation around the profile. It has been experimentally confirmed that the use of profiles obtained using the proposed technique increases the aerodynamic adaptability coefficient of the turbomachine by 51%, while increasing the area of its cost-effective performance by at least 2 times.
Дальнейшая интенсификация горных работ, применение инновационных технологий, обеспечивающих эффективную добычу и переработку минерального сырья, ограничены требованиями к системе аэрогазодинамической безопасности, одним из энергоемких элементов которой являются шахтные турбомашины, отличающиеся недостаточной адаптивностью и аэродинамической нагруженностью. Цель. На базе теории присоединенных вихрей, методов конформного отображения и особых точек С. А. Чаплыгина разработать аддитивную математическую модель вращающейся круговой решетки аэрогазодинамических профилей со струйным управлением циркуляцией, сформулировать и решить задачу ее аэродинамического расчета, доказать единственность решения с точностью до константы. Методика исследований. Показано, что условия Жуковского-Чаплыгина-Кутта применимы для расчета аэрогазодинамических профилей при условии отсутствия присоединенного вихря в задней угловой точке профиля. Получено уравнение для расчета циркуляции круговой решетки аэрогазодинамических профилей в функции от энергетических параметров источников и стоков вихревых камер. Установлено, что аэродинамическая связь полости турбомашины с вихревыми камерами, обусловливая зависимость энергетических параметров источником и стоков струйного управления от характеристик внешней сети, обеспечивает существенный рост адаптивности шахтных турбомашин. Результаты. Модификация теории аэродинамического расчета круговых решеток аэрогазодинамических профилей и построение радиальных аэродинамических схем с повышенной адаптивностью позволили сформулировать качественно новое направление совершенствования шахтных радиальных турбомашин, принцип действия которых соответствует природоподобным технологиям преобразования и передачи энергии. Предложен способ увеличения давления, развиваемого шахтными турбомашинами, их экономической эффективности и адаптивности за счет применения встроенных в лопатки рабочего колеса вихревых камер, выполняющих функции адаптивных струйных устройств управления циркуляцией. Область применения. С использованием предложенной методики разработан прямоточный радиально-вихревой вентилятор ВРВП-12А для проветривания тупиковых выработок длиной до 3500 м.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.