轴流式通风机叶片断裂原理分析及结构优化研究

李爱生

（山西宁武德盛煤业有限公司，山西 忻州 036700）

引言

通风机是煤矿通风系统的核心，其运行稳定性和安全性直接决定了通风系统的运行可靠性，对煤矿井下的生产安全具有十分重要的意义。由于通风机需要长时间高转速，且工作环境较为复杂，导致通风机叶片会出现断裂情况，给煤矿的通风安全带来了严重的隐患。因此，本文以轴流式通风机为例，利用仿真技术对其进行仿真研究。

1 通风机叶轮结构有限元分析

由于轴流式通风机的叶轮和电机轴是直接相连，以悬臂的方式悬于电机轴上，因此本文在分析时，利用三维建模软件建立通风机叶轮的三维结构模型，其叶片采用了等圆弧的板翼形叶片结构[1-2]，在对其进行网格划分是采用了智能网格划分方案，在叶轮和叶片接触的位置对网格进行加密处理，提高了对该区域应力分析的准确性，在进行仿真参数设置时，根据通风机叶轮材质设置对应的参数，提高仿真分析结果的准确性，风机工作时的转速设置为2 980 r/min，则叶轮在该工况下的应力及应变分析结果如图1所示。

图1 优化前叶轮叶片的应力与应变分布云图

由仿真分析结果可知，当轴流式通风机的叶轮叶片在高速工作的过程中，作用在叶片上的应力呈现出了显著的不规则性，在叶片端部的应力集中相对较小，一般维持在129 MPa，但在叶片与叶轮结合的部位其最大应力达到了589 MPa，导致了风机在该处具有显著的应力集中。在风机工作过程中风叶的最小变形出现在叶片的根部，变形量约为0.178 mm，其最大变形量出现在叶片的根部，约为2.266 mm。……