Development of an axial fan for local ventilation adjustable by the angle of impeller blades
P.V. Kosykh1, S.A. Kolotov1,2
1 Chinakal Institute of Mining of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russian Federation
2 Kemerovo Machine-Building Plant LLC, Kemerovo, Russian Federation
Russian Mining Industry №2 / 2025 p.35-40
Abstract: The paper studies a modular axial fan with a diameter of 0.9 m with an impeller that has special blade attachment units that allow adjustment of the blade angles. It is possible to operate two fans sequentially to increase the pressure in the ventilation system, with the blade angles of each fan being different. In this modular operating mode, the aerodynamic characteristics of the joint operation of the fans are affected by both the presence of an inlet guide vane and the blade angles. Calculated aerodynamic characteristics are determined based on computational experiments for the fan both the with and without an inlet guide vane, as well as two fans connected in series. It is shown that in the case of different blade angles for two fans connected in series, a greater efficiency is achieved with the smaller blade angles of the second machine than the calculated angles. An aerodynamic calculation is performed of the transient operating mode of two fans connected in series and the frequencies of the forcing aerodynamically conditioned external forces are determined. Based on the conducted studies, a conclusion is made about the admissibility of regulating the blade angle of two machines connected in series.
Keywords: axial local ventilation fan, fan control, modular axial fan
For citation: Kosykh P.V., Kolotov S.A. Development of an axial fan for local ventilation adjustable by the angle of impeller blades. Russian Mining Industry. 2025;(2):35–40. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-2-35-40
Article info
Received: 18.01.2025
Revised: 03.03.2025
Accepted: 04.03.2025
Information about the authors
Pavel V. Kosykh – Cand. Sci. (Eng), Research Associate, Laboratory of Mine Aerodynamics, Chinakal Institute of Mining of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russian Federation; e-mail: intruder-1961@mail.ru
Sergey A. Kolotov – Post-Graduate Student, Laboratory of Mine Aerodynamics, Chinakal Institute of Mining of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russian Federation; Director, Kemerovo Machine-Building Plant LLC, Kemerovo, Russian Federation; e-mail: sk5055@yandex.ru
References
1. Ушаков К.З. (ред.). Рудничная вентиляция: cправочник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра; 1988. 440 с.
2. Попов Н.А. Разработка реверсивных осевых вентиляторов главного проветривания шахт: дис. … д-ра техн. наук. Новосибирск; 2001. 278 с.
3. Брусиловский И.В. Аэродинамические схемы и характеристики осевых вентиляторов ЦАГИ. М.: Недра; 1978. 198 с. Режим доступа: https://djvu.online/file/lHY85jxvXeJGi (дата обращения: 23.01.2025).
4. Иванов И.И., Чеповский А.Е. Программные средства обработки результатов расчетов в инженерных пакетах Ansys CFX и Abaqus для высокопроизводительных вычислительных установок. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана; 2014. 193 с.
5. Московко Ю.Г. Разработка и исследование аэродинамических схем реверсивных регулируемых осевых вентиляторов. В кн.: Гиневский А. С. (ред.). Промышленная аэродинамика: сб. ст. Вып. 4: Аэродинамика лопаточных машин, каналов, струйных и отрывных течений. М.: Машиностроение, 1991. С. 240–250.
6. Брусиловский И.В. Аэродинамический расчет осевых вентиляторов. М.: Машиностроение; 1986. 283 с.
7. Хмельник С. Уравнения Навье-Стокса. LAP Lambert Academic Publishing; 2012. 112 с.
8. Лапшин К.Л. Теория турбомашин. СПб.: Изд-во СПбГТУ; 2010. 80 с. Режим доступа: https://knigogid.ru/books/1797541-teoriya-turbomashin/toread (дата обращения: 23.01.2025).
9. Красюк А.М., Косых П.В., Русский Е.Ю. Влияние возмущений воздушного потока от поршневого действия поездов на туннельные вентиляторы метрополитенов. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014;(2):144–153. Krasyuk A.M., Russky E.Y., Kosykh P.V. Influence of train piston effect on subway fans. Journal of Mining Science. 2014;50(2):362–370. https://doi.org/10.1134/S1062739114020197
10. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: практическое руководство. М.: Едиториал УРСС; 2003. 272 с. Режим доступа: https://djvu.online/file/q08xcXdYit618 (дата обращения: 23.01.2025).
11. Russky E.Yu., Lugin I.V., Kosyh P.V., Alferova E.L., Kiyanitsa L.A. Research and engineering of aerodynamics and design parameters for axial fans with the various hub/tip diamater ratios. In: 16th international multidisciplinary scientific geoconference SGEM 2016, Albena, Bulgaria, 30 June – 6 July. Albena; 2016. Vol. 2, pp. 727–734. https://doi.org/10.5593/SGEM2016/B12/S03.095
12. Красюк А.М., Лугин И.В., Косых П.В., Русский Е.Ю. Обоснование способа продления ресурса шахтных двухступенчатых осевых вентиляторов главного проветривания. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2019;(3):150–167. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20190317 Krasyuk A.M., Lugin I.V., Kosykh P.V., Russky E.Y. Substantiation of life extension method for two-stage axial flow fans for main ventilation. Journal of Mining Science. 2019;55(3):478–493. https://doi.org/10.1134/S1062739119035818
13. Липовцев Ю.В., Русин М.Ю. Прикладная теория упругости. М.: Дрофа; 2008. 319 с.
14. Эшби М., Джонс Д. Конструкционные материалы [пер. с англ., ред. С.Л. Баженова]. Долгопрудный: Интеллект; 2010. 672 с.
15. Russky E.Yu., Kosykh P.V. Stress-strain behavior of discontinuous blades for axial mine fans. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020;523:012012. https://doi.org/10.1088/1755-1315/523/1/012012
16. Герике Б.Л., Шахманов В.Н. Об одной модели механических колебаний вентилятора главного проветривания. Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2011;(6):30–32. Режим доступа: https://vestnik.kuzstu.ru/index.php?page=article&id=2060 (дата обращения: 23.01.2025). Gericke B.L., Shakhmanov V.N. A model of mechanical vibrations of main fan ventilation. Bulletin of the Kuzbass State Technical University. 2011;(6):30–32. (In Russ.) Available at: https://vestnik.kuzstu.ru/index.php?page=article&id=2060 (accessed: 23.01.2025).
17. Samuelsson J. Rotor dynamic analysis of 3D-modeled gas turbinerotor in ANSYS. Finspеng: Linköping University; 2009. 51 p.
18. Мартыненко В.Г., Гриценко Н.И. Анализ статической и динамической прочности осевого вентилятора с учётом аэродинамических свойств потока и неоднородности температурного поля. Проблемы машиностроения. 2015;18(4-1):44–52. Martynenko V.G., Gritsenko N.I. Analysis of static and dynamic strength of the axial fan considering aerodynamic properties of the flow and nonuniformity of temperature field. Problemy Mashinostroeniya. 2015;18(4-1):44–52. (In Russ.)
