煤矿轴流通风机叶片断裂的有限元分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
及 安 全运 行 。
本文 以某 煤矿 运行 中通 风机 的断 裂叶 片为研 究 对象 ， 通 过高倍 扫描 电镜 的试 验观 察方 法 ， 进 行 叶片
断 口分析 。通 过建 立该 通风 机叶 轮及 叶片 的三维模 型， 采 用有 限元 分 析方 法 完 成 风 机 叶 片 的应 力 及模
０ 引言
１ 试验 分析
轴 流通 风机 是 矿 井通 风 的主要 设 备 ， 一 旦 出 现
断裂 叶片 试件 如 图 １所示 ， 可 以看 出 ， 断裂发 生 在 叶根 与轮盘 的焊 接位 置 ， 沿焊缝 的走 向 ， 断面厚 度
故障， 轻 则影 响正 常的生 产进 程 ， 重 则 引发 瓦斯爆 炸 等重 大安 全事 故 ， 因此 轴 流 通 风 机运 行 的安 全 性对
煤矿 安全 生产 是 十分重 要 的。叶 片作 为轴 流通风 机
逐渐 减小 ， 几 乎全部 断 面都 于焊缝 区域 内。
的关 键部 件 ， 在 气 流 反作 用 力 、 离 心 力 等 作 用下 ， 一
直处 于高 负荷 运行 状 态 ， 叶 片振 动 强 度 巨大 ｌ 】 Ｊ 。如
果通 风机 叶片 断裂 ， 将 直 接 影 响 通 风机 本 身 的正 常
ｔ ｈ ｒ ｏ ｕｇ ｈ ｈ ｉ ｇ ｈ ｍａ ｇ ｎ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ． Ｂｕ ｉ ｌ ｄｓ ｕ ｐ ｔ ｈ ｅ ３ Ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ａｎ ｆ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄｅ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｂ ｙ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ．Ｏｂ ｔ ａ ｉ ｎｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｔ ｖ ｉ ｂｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ￣ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｅ ｃ ｕ ｌ ｉ ａ ｒ ｉ ｔ ｙ ． Ｔｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ａ ｎｄ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎｉ ｉｃ ｆ ａ ｎ ｔ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｅ ｅ ｆ ｏ ｒ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ １ ．
Ｋ ｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ａ ｘ ｉ ａ ｌ － ｌ ｆ ｏ ｗ ａ ｆ ｎ ； ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ；Ｆ Ｅ Ａ（ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ） ；ｍ ｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｌ ｆ ｏ ｗ ｆ ａ ｎ ｉ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｅ ，ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ
应 力分 析 ， 提 取 了不 同振型 下 的振 动 频率 。该 分 析方 法 为叶 片的强 度优 化设 计提供 了依 据 ， 对振 动
噪声控 制具 有重 要参考 意义 。
关键 词 ： 轴 流通风 机 ；叶片 断裂 ；有 限元分 析 ； 模 态分 析
中图分类 号 ： Ｔ Ｈ ４ ３ ２ ． １ 文献标识码 ： Ｂ 文章 编号 ： １ ０ ０ １— ０ ８ ７ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ８ ８～ ０ ３ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｂｌ ａ ｄ ｅ Ｆｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ Ｍｉ ｎ ｅ Ａｘ ｉ ａ ｌ － Ｆｌ ｏ ｗ Ｆ ａｎ
Ｗ Ａ ＮＧ Ｘ ｕ ｅ ｆ ｅ ｎ ｇ
（ Ｙ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｊ ｉ ｎ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｋ ｏ ｎ ｇ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ， Ｊ ｉ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ Ａ ｎ ｔ ｈ ｒ ａ ｃ ｉ ｔ ｅ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｙ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ０ ４ ８ １ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
图 １ 叶 片 断 裂 试 件 图
通 过高倍 扫 描 电镜 对 叶片断 口内的缺 陷进 行观 察， 断 口形貌 如 图 ２所示 。在 观察 断 口时 ， 应 特别 注 意 是否 有气孔 等缺 陷 ， 若有 ， 需分 析其 对焊 接接 头性 能 的影 响 。由 图 ２可 知 ， 叶片 断 面 没 有气 泡 等 宏 观 断 口缺 陷的存 在 Ｊ 。若 材 料 内部 存 在 缺 陷 ， 则 缺 陷
・
８ ８・
煤
矿
机 电
２ ０ １ ４年第 １ 期
煤 矿 轴 流 通 风 机 叶片 断 裂 的有 限元 分 析
王 学锋
（ 晋煤集 团 阳城晋圣上孔煤业有 限公 司 ，山西 阳城 ０ ４ ８ １ Ｏ ０ ）
摘 要： 针对煤矿轴流通风机叶片断裂的情况 ， 运用高倍扫描电镜 的试验观察方法， 进行 了叶片 断 口分 析。建 立 了通风 机 叶轮 叶片 的三维模 型 ， 采用 有 限 元仿 真 的方 法 完 成 了叶轮 的模 态 分 析及
本文 以某 煤矿 运行 中通 风机 的断 裂叶 片为研 究 对象 ， 通 过高倍 扫描 电镜 的试 验观 察方 法 ， 进 行 叶片
断 口分析 。通 过建 立该 通风 机叶 轮及 叶片 的三维模 型， 采 用有 限元 分 析方 法 完 成 风 机 叶 片 的应 力 及模
０ 引言
１ 试验 分析
轴 流通 风机 是 矿 井通 风 的主要 设 备 ， 一 旦 出 现
断裂 叶片 试件 如 图 １所示 ， 可 以看 出 ， 断裂发 生 在 叶根 与轮盘 的焊 接位 置 ， 沿焊缝 的走 向 ， 断面厚 度
故障， 轻 则影 响正 常的生 产进 程 ， 重 则 引发 瓦斯爆 炸 等重 大安 全事 故 ， 因此 轴 流 通 风 机运 行 的安 全 性对
煤矿 安全 生产 是 十分重 要 的。叶 片作 为轴 流通风 机
逐渐 减小 ， 几 乎全部 断 面都 于焊缝 区域 内。
的关 键部 件 ， 在 气 流 反作 用 力 、 离 心 力 等 作 用下 ， 一
直处 于高 负荷 运行 状 态 ， 叶 片振 动 强 度 巨大 ｌ 】 Ｊ 。如
果通 风机 叶片 断裂 ， 将 直 接 影 响 通 风机 本 身 的正 常
ｔ ｈ ｒ ｏ ｕｇ ｈ ｈ ｉ ｇ ｈ ｍａ ｇ ｎ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ． Ｂｕ ｉ ｌ ｄｓ ｕ ｐ ｔ ｈ ｅ ３ Ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ａｎ ｆ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄｅ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｂ ｙ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ．Ｏｂ ｔ ａ ｉ ｎｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｔ ｖ ｉ ｂｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ￣ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｅ ｃ ｕ ｌ ｉ ａ ｒ ｉ ｔ ｙ ． Ｔｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ａ ｎｄ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎｉ ｉｃ ｆ ａ ｎ ｔ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｅ ｅ ｆ ｏ ｒ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ １ ．
Ｋ ｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ａ ｘ ｉ ａ ｌ － ｌ ｆ ｏ ｗ ａ ｆ ｎ ； ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ；Ｆ Ｅ Ａ（ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ） ；ｍ ｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｌ ｆ ｏ ｗ ｆ ａ ｎ ｉ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｅ ，ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ
应 力分 析 ， 提 取 了不 同振型 下 的振 动 频率 。该 分 析方 法 为叶 片的强 度优 化设 计提供 了依 据 ， 对振 动
噪声控 制具 有重 要参考 意义 。
关键 词 ： 轴 流通风 机 ；叶片 断裂 ；有 限元分 析 ； 模 态分 析
中图分类 号 ： Ｔ Ｈ ４ ３ ２ ． １ 文献标识码 ： Ｂ 文章 编号 ： １ ０ ０ １— ０ ８ ７ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ８ ８～ ０ ３ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｂｌ ａ ｄ ｅ Ｆｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ Ｍｉ ｎ ｅ Ａｘ ｉ ａ ｌ － Ｆｌ ｏ ｗ Ｆ ａｎ
Ｗ Ａ ＮＧ Ｘ ｕ ｅ ｆ ｅ ｎ ｇ
（ Ｙ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｊ ｉ ｎ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｋ ｏ ｎ ｇ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ， Ｊ ｉ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ Ａ ｎ ｔ ｈ ｒ ａ ｃ ｉ ｔ ｅ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｙ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ０ ４ ８ １ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
图 １ 叶 片 断 裂 试 件 图
通 过高倍 扫 描 电镜 对 叶片断 口内的缺 陷进 行观 察， 断 口形貌 如 图 ２所示 。在 观察 断 口时 ， 应 特别 注 意 是否 有气孔 等缺 陷 ， 若有 ， 需分 析其 对焊 接接 头性 能 的影 响 。由 图 ２可 知 ， 叶片 断 面 没 有气 泡 等 宏 观 断 口缺 陷的存 在 Ｊ 。若 材 料 内部 存 在 缺 陷 ， 则 缺 陷
・
８ ８・
煤
矿
机 电
２ ０ １ ４年第 １ 期
煤 矿 轴 流 通 风 机 叶片 断 裂 的有 限元 分 析
王 学锋
（ 晋煤集 团 阳城晋圣上孔煤业有 限公 司 ，山西 阳城 ０ ４ ８ １ Ｏ ０ ）
摘 要： 针对煤矿轴流通风机叶片断裂的情况 ， 运用高倍扫描电镜 的试验观察方法， 进行 了叶片 断 口分 析。建 立 了通风 机 叶轮 叶片 的三维模 型 ， 采用 有 限 元仿 真 的方 法 完 成 了叶轮 的模 态 分 析及