□张树祥装配
山西华融龙宫煤业有限责任公司，山西忻州 034100
摘要：叶片作为通风机的核心部件，是保证通风机风量和风压的关徤，现已成为煤炭行业的关注焦点。本文针对某型号矿井主通风机叶片断裂故障，开展了断裂故障原因的分析及叶片改进设计工作，解决了主通风机叶片断裂问题。应用结果表明，叶片改进之后的主通风机运行稳定可靠，能够满足煤矿巷道通风换气的要求。对比叶片改进前后主通风机性能参数发现，改进叶片的应用能够提升主通风机的全压和全压效率，改进效果显著 关键词：矿丼主通风机；叶片；断裂故障；原因分析；改进；应用
1通风机结构及问题
某型号矿井主通风机的结构为对旋轴流形式，其组 成部件主要包括进气通道、排气通道、支撑板、叶轮叶 片、电动机、机匣等。主通风机采丨丨]的是两级叶轮进行鼓 风，配a机翼型双层空心钢制叶片，一级叶轮装有13片 叶片，二级叶轮装有n片叶片。机匣为钣金件，由钢板 通过焊接工艺制作而成，等k他结构件同样为钢板焊 接件，采用螺栓等将各结构件装配组合形成通风机=随着 煤矿巷道掘进深度的不 断加大，煤矿掘进巷道工作环境要 求越来越高，必须确保通风机能够在高转速、高负荷状态 下连续运行，以满足煤矿巷道通风换气的要求。某天通风 机正常运转时出现了叶片断裂问题，因其转速较高，产生 的较大冲击力直接将机匣砸穿，虽未造成人身伤亡，但也 导致了煤矿掘进工作面的停风。
2叶片断裂原因分析
矿井主通风机叶片和叶轮之间采用螺栓连接，叶片断 裂出现在叶片螺栓连接孔位H,#在明显的撕裂情况：通 风机叶片为独立翼型和平面叶栅结构，工作过程中会产生 较大的气流阻力和涡流，降低M风机效率的同时还会增加 叶片的工作载荷。通风机运转过程中叶片的螺栓连接位H 不仅需要承受较大的离心力，还要承受叶片鼓风产生的轴 向力：与此同时，通风机运转时存在振动，产生附加动载 荷，极易导致叶片螺栓连接孔位H出现挤压磨损，当磨损 丨i i达到一定程度就会降低螺栓连接的法向接触面，降低连 接强度，继续使用就会出现叶片脱出螺栓或者叶片螺栓连 接孔撕裂故障，出现叶片断裂飞出取故巾此可见，通风机叶片出现断裂故障的原因主要是叶片结构不合理，运转 过程中会产生较大的附加载荷，为了避免叶片断裂事故的 再次发生，必须对通风机叶片的结构进行优化改进。
3改进设计
3.1叶片气动设计
为广更好的改进叶片结构，使其具有较好的流线型，降低叶片运转过程中产生的附加载荷，改进时借鉴了航空 发动机压气机叶片的设计过程，采用全三维叶片设计技术，开展通风机叶片的气动设计工作叶片气动布局的计算运
川准三维S2流面通流计兑方法究成，计算时假设通风机 叶片所受的气流为单方向轴对称形式，流量系数为常数。运)n矩阵通流法对叶片端壁k域的流道信息进行求解计算，获取叶片的流场气动分布，用于指导叶片结构的优化设计 工作为了保证改进之后的叶片能够很好的安装在原通风
机结构之中.暂不过多的改变通风机的流场，因此选择平 a流逬进行优化设计即可。计兑得到改进之后通风机叶片 丫•午而内流道与叶片的投影如图1所示=
辐照剂量图1通风机子午面流道及叶片投影
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3.2改进叶片的三维建模
主通风机叶片改进之后三维模型的建立，借鉴了超跨 声叶型设计思想，选择B样条形式控制中线位H的角度和 叶片形状，采用贝塞尔曲线控制叶片的厚度。采用该方法 设计的主通风机叶片能够有效降低气流流经叶片表面的速 度，减小叶片工作过程中所受的轴向载荷，降低叶片与叶 轮螺栓连接位置的附加载荷。与此同时，随着气流流经叶 片表面速度的减小，产生的振动强度也会降低，使主通风 机运行稳定性得到提升，也会降低叶片与叶轮螺栓连接位 置的附加动载荷，有利于提高叶片与叶轮螺栓连接位置的 可靠性，避免再次出现撕裂破坏导致叶片断裂事故。
3.3叶片安装方式改进
为了降低通风机叶片与叶轮螺栓连接位置的离心力，在叶片叶柄连接位置设计环形u型槽，其中能够放置一 对半圆形卡箍，采用螺栓进行锁紧。该结构的引入使通风 机叶片运转时产生的离心力直接挤压作用于半圆形卡箍.
紧紧锁住叶片，离心力越大，锁紧度越大，很好的提升了 叶轮与叶轮连接位置的可靠性。叶片与叶轮连接位置的改 进，也提高了叶片角度的调节精度，通过在叶柄上设计基 准平面，配合不同规格的定位块，即可方便的调整叶片的 角度，保证各个叶片角度的一致性，避免叶片之间存在受 力不均的情况。为了降低叶片运转时产生的离心力，又将 原来的钢制叶片改进为优质铸铝叶片，材料牌号为2024, 降低了叶片质量，可以提高叶片的抗腐蚀性能和电机轴承 的使用寿命。
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3.4结构强度
为了验证通风机叶片改进设计的效果，采用A N S Y S 有限元仿真分析软件进行结构强度的计算和校核。将改 进叶片的三维模型导入A N S Y S仿真软件进行前处理，包 括材料属性的设置、网格结构的划分、边界条件的施加等，完成前处理之后启动软件自带求解器进行强度计算，得到 叶片等效应力分布云图如图2所示。由图2可以看出，叶
图2 改进叶片等效应力分布云图片的最大应力出现在叶片榫头U型槽根部位置，其数值 为156 MPa，远远小于优质铸铝的屈服强度345 MPa，强 度足够，满足通风机叶片完全可靠运行的要求t
4应用效果评价
完成通风机叶片结构设计与强度校核之后，进行加工 制造，为了验证叶片的改进效果，将其安装于原来通风机 中进行试运行，并进行了为期6个月的跟踪记录工作。结 果表明，改进之后的通风机运行稳定可靠，未出现螺栓松 动、叶片变形、叶片断裂等故障。邀请专业检测机构进行 叶片改进后通风机的性能测试，包括风机效率和风压等.
内嵌模组测试结果如图3和图4所示。由图3可以看出，叶片改进 之后的通风机全压效率相较于改进之前得到了明显的提升，提升数值为10%左右。由图4可以看出，叶片改进之后的 通风机全压相较于改进之前得
到了明显的提升，提升数值 不小于200 Pa。由此可见，叶片结构的改进大大提高了通 风机的性能，运行稳定可靠，起到了很好的戯用效果。
图3 矿井主通风机全压效率
检测结果
图4 矿井主通风机全压
检测结果
5结语
矿井主通风机作为煤矿采掘工作面通风换气的重要设 备，其工作的可靠性至关重要。本文针对某型号矿井主通 风机叶片断裂故障问题，开展了故障原因分析及改进设计 工作，包括叶片结构、连接方式、叶片材质等。应用结果 表明，采用改进后叶片的通风机工作稳定可靠，满足煤矿 采掘工作面通风换气的要求。通风机性能检测结果显示，
相比较叶片改进之前，叶片改进之后通风机的全压效率提 升近10%，全压数值提升不小于200 P a，通风机性能得到 了明显提升。设
参考文献
m贺秋冬，龚曙光，丁涛.对旋轴流局部通风机叶片断裂原因分 析与改进⑴.机械工程学报,2011,47(024): 122-127.
[2]孙俊杰.矿用通风机故障分析及检测方法研究⑴.矿业装备，
20l9,No.107(05):88-89.
2021.2矿业装备/12
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