ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 622.23.05
DOI: 10.18503/1995-2732-2026-24-3-25-34
Аннотация
Постановка задачи (Актуальность работы). Требование снижения себестоимости валового внутреннего продукта РФ и повышения энергоэффективности предприятий горно-металлургического и нефтегазового комплекса актуализирует задачу совершенствования методологии разработки математических моделей аэродинамики радиальных решёток профилей и создания центробежных шахтных вентиляторов повышенной энергоэффективности и нагруженности на базе принципа природоподобной соразмерности. Цель работы. Повышение аэродинамического давления, развиваемого вентиляторами, их энергоэффективности и адаптивности за счёт управления проницаемостью лопаток рабочих колёс. Методология. Теоретические основы исследования влияния диполя проницаемости на нагруженность и эффективность шахтных центробежных вентиляторов базируются на принципе гидродинамической аналогии диполя и циркуляции потока, поскольку момент диполя определяется расходом и положением источника, стока, расположенных симметрично относительно начала координат при предельном переходе их положения к началу координат. Новизна. Отличие от классической циркуляции, где увеличение скорости потока обусловлено увеличением длины пути его движения от передней критической точки до задней критической точки в предлагаемой математической модели изменения скорости обусловлено изменением количества воздуха, что в условиях закона сохранения массы является гидродинамическим аналогом скорости. Результаты исследований. В целях верификации разработанной математической модели спроектирована радиальная аэродинамическая схема Ц128-19П с источником и стоком, образующими диполь с выходом на тыльную и рабочую поверхности лопаток соответственно. Созданный на базе разработанной аэродинамической схемы газоотсасывающий вентилятор типа ВЦПГ–8 позволил на 30% повысить развиваемое давление и на 8% КПД в сравнении с серийно выпускаемыми вентиляторами типа УВЦГ. Практическая значимость. Математическая модель зависимости нагруженности вентиляторов от диполя проницаемости, расположенного на профиле лопаток рабочего колеса может быть использована для создания газоотсасывающих вентиляторов в условиях комбинированного проветривания газообильных угольных шахт, а также вентиляторов местного проветривания для обеспечения аэродинамической безопасности в длинных тупиковых выработках.
Ключевые слова
конформное отображение, задняя критическая точка, комплексный потенциал, вихреобразование, Римановая плоскость, теория Н.Е. Жуковского, циркуляционное обтекание, сопряжённая комплексная скорость, адаптивность, проницаемость
Для цитирования
Теоретические основы зависимости аэродинамической нагруженности и энергоэффективности шахтных центробежных вентиляторов от диполя проницаемости на профиле лопаток рабочего колеса / Макаров Н.В., Нурхожаев Е.С., Макаров В.Н., Попов С.А. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2026. Т. 24. №3. С. 25-34. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2026-24-3-25-34
1. Квашнин Л., Аверкин А. К вопросу совершенствования современных вентиляторов // Норвежский журнал развития международной науки. 2020. №47. С. 43–46.
2. Ковальчук М. В., Нарайкин О. С., Яцишина Е. Б. Природоподобные технологии: новые возможности и новые вызовы // Вестник Российской академии наук. 2019. Т. 89. № 5. C. 455-465. DOI: 10/31857/S0869-5873895455-465
3. Критерии подобия природной соразмерности турбомашин / Макаров В.Н., Боярских Г.А., Валиев Н.Г., Макаров Н.В, Дылдин Г.П. // Известия вузов. Горный журнал. 2020. №8. С. 81-89.
4. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003. 840 с.
5. Математическая модель активного управления циркуляционным течением в шахтных вентиляторах / Макаров В.Н., Макаров Н.В., Чураков Е.О., Молчанов М.В. // ГИАБ. 2021. №11-1. С. 239-247. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_111_0_239
6. Scalise K. A., Teixeira M. B., Kocsis K. Managing heat in underground mines: the importance of incorporating the thermal flywheel effect into climatic modeling // Mining, Metallurgy & Exploration. 2020, vol. 38, pp. 575-579. DOI: 10.1007/s42461-020-00323-5.
7. Simulating the sensitivity of underground ventilation networks to fluctuating ambient conditions / Fair R., Laar J. H., Nell K., Nell D., Mathews E. H. // South African Journal of Industrial Engineering November. 2021, vol. 32, no. 3, pp. 42-51. DOI: 10.7166/ 32-3-2616
8. Estimation of multistage hydraulic fracturing parameters using 4D simulation / Bosikov I.I., Klyuev R.V., Silaev I.V., Pilieva D.E. // Mining Science and Technology (Russia). 2023, vol. 8, no. 2, pp.141-149. DOI: 10.17073/2500-0632-2023-01-97
9. Малашкина В.А. Направления повышения эффективности дегазации для улучшения условий труда шахтёров угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 7. С. 69-75.
10. Разработка методов и средств управления аэрогазодинамическими процессами на добычных участках / Босиков И.И., Клюев Р.В., Хетагуров В.Н., Ажмухамедов И.М. // Устойчивое развитие горных территорий. 2021. Т. 13, № 1. C. 77-83. DOI: 10.21177/1998-4502-2021-13-1-77-83
11. Малашкина В.А. Исследование возможностей повышения эффективности подземной дегазации угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 9. С. 131-137. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-09-0-131-137
12. Полянский И.С., Логинов К.О. Приближённый метод решения задачи конформного отображения произвольного многоугольника на единичный круг // Вестник Удмуртского Университета. 2022. Т. 32. Вып. 1. С. 107-129. DOI: 10.35634/vm220108
13. Kychkin A., Nikolaev A. IoT-based mine ventilation control system architecture with digital twin // 2020 International Conference on Industrial Engineering. Applications and Manufacturing: materials of the ICIEAM. 2020, Sochi, 18-22 May 2020. New York, 2020. Art. 9111995. 5 р.
14. Перспективы развития струйной техники и технологии в нефтегазовой отрасли / Шлеин Г.А., Клещенко И.И., Балуев А.А. и др. // Нефть и газ. 2020. № 3. С. 75-88.
15. Ganzulenko O.Y., Petkova A.P. Energy efficiency of the linear rack drive for sucker rod pumping units // Journal of Mining Institute. 2023, vol. 261, pp. 325-338. EDN HIGAOE
16. Обоснование аэродинамического природоподобия в теории проектирования адаптивных шахтных вентиляторов / Макаров Н.В., Смагулов А.Р., Макаров В.Н., Баландин В.Н. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2023. Т. 10, №5. С. 116-123.
17. Shivani Kaustubh Chitale, Pranjal Nitin Jadhav, Snehal Suresh Dhoble, Dr. Mr. Satyajeet Deshmukh. (2021) Parameters Affecting Efficiency of Centrifugal Pump - A Review, IJSRST, 8:49-58. DOI:10.32628/IJSRST218573
18. Математическая модель управления локальной диффузорностью адаптивных шахтных турбомашин / Макаров В.Н., Макаров Н.В., Угольников А.В., Чураков Е.В., Молчанов М.В. // ГИАБ. 2021. №11-1. С. 248-257. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_111_0_239
19. Федяков А.О. Повышение эффективности работы центробежных насосов // Вестник науки. 2024. №12(81). С. 1278–1285. ISSN: 2712-8849
20. Nasser M.M.S., Vuorinen M. Conformal invariants in simply connected domains // Computational Methods and Function Theory. 2020, vol. 20, issue 3, pp. 747-775.