引言
轴流风机效率高、流量大，在隧道施工过程中常用于通风除尘。国内外企业制造轴流风机时常采用翼型叶片，而隧道轴流风机叶片一般情况下为铸铝材质，但翼型轮廓线后缘的内切圆半径收敛至0，会导致铸造过程中铝液不能顺畅流动至叶片后缘末端，铝液填充不均匀，铸造出的叶片不能满足使用要求。实际铸造过程中零件最薄处的厚度常要求不小于1.5mm。因此，研究如何优化此类翼型叶片后缘厚度满足铸造工艺要求的同时，不降低叶轮的工作全压与效率，有着重要的工程意义。
1故障机理
大部分煤矿生产中应用的通风装置的轴承是滚动轴承，内外圈及滚动体、保持架等是其主要构成部分。破坏轴承的方式有很多种，如因疲劳应力引起的表面疲劳剥落、机械性损伤失效、水气或者油类引起的腐蚀性失效、应力过高导致的断裂失效、高温条件作用引起的胶合失效等。在转子不对中的工况下，离心力作用造成转子出现径向振动，振动频率大概是正常作业频率的2倍；当转子轴线角度不对中时，会形成交变载荷，这是发生轴向工频振动现象的主要诱因。综合分析因不对中引起的以上两种轴承振动情况，发现不对中的故障特征有：特征频率、时域波形、常伴频率、振动稳定性程度依次对应的是2X频高，1X与2X频叠加、1X频与高次谐波、稳定。转子失衡也是引起通风机故障问题的常见诱因，主要是因为设计生产、材料质控、误差等干扰作用造成的；而运转阶段也可能在外力作用下导致转子出现变形、错位等不均衡问题。
2风机叶片的改造
2.1实验仪器
实验采用a类ISO-5801测试设备进行测试。在风机进口处设有一个静压室，采用合适的孔板对风机容积流量进行评估，并在气室中获得停滞压力，在静压室和孔板压力之间对静压进行测量。测量转子轴扭矩，间接获得效率值。电机安装在一个摆动底盘上，在每次测试前后均测量滚珠轴承的摩擦力。对一些分散的数据进行分析后发现，转子轴的扭矩值略高于ISO标准所允许的扭矩值，因此，所有测试在1350r/min转速下进行。由于辅助风机无法在较高流速下克服气道中的压力损失，因此需要逐渐降低测试风机的转速，最高可达850r/min左右，但这种减少只影响更高流速的性能。因需要考虑的是在峰值效率点的压力，因此雷诺数效应可以被忽略。为了保证10个叶片在旋转运动中保持一致性并能周期性运转，将10个叶片等间距分布在直环形圆柱周围，相邻叶片间距相等，夹角为36°。靠近叶片的子域（称为“转子”）能够通过相对参考框架方法来模拟转子运动。流体域的其他部分和子域的上表面（外壳体）是固定的，叶片具有实际叶尖间隙。性能曲线是通过运行模拟几个不同的体积流量，在一个类似的方式下做的实验曲线。模主要研究结果总结如下：1）与理想几何结构相比，这两种改进都损失了压力上升。恒定厚度的风机叶片下降幅度约为5%，截断叶片的下降幅度更大，超过了11%。2）叶尖发生泄漏较小时，截断几何形状显示相对于等厚后缘全弦长叶片的压力上升有所下降，而效率相似。叶尖发生泄漏较大时，截断翼型与全弦长等厚度尾翼相比，尾翼的压力升高、效率降低。
2.2叶片后缘加厚对轴流风机性能的影响
基于ISO-5801标准所设的试验平台，研究不同叶片相对厚度的汽车动力单元冷却用轴流风机的气动性能，在低流量区间内，厚叶片风机效率低于薄叶片风机，而在高流量区间内效率高于薄叶片风机，其效率流量曲线相比薄叶片风机向高流量方向移动。基于不可压缩非黏性流条件，采用数值模拟研究了NACA4位数翼型的厚度变化对叶片气动性能与非定常气动载荷的影响。简化儒科夫斯基翼型函数后，采用解析构造法得到了基于叶片中弧线的翼型型线解析表达式，在函数表达式中增加了厚度函数项，通过调整函数项中弦长变量的指数可改变翼型后缘形状。通过监测对比叶片不同攻角与不同后缘厚度下的升阻力变化曲线，发现叶片边界层分离引起了升阻力的变化，且翼型后缘厚度低于某临界值时，升阻力稳定，超过临界值时不稳定。基于ClarkY标准翼型设计了4种用于可逆轴流风机的“S”型非对称翼型，数值模拟发现气流进口截面与叶顶间隙的湍动能随着前缘增厚有所下降，后缘最大厚度增加会降低气流出口气动性能通过研究相同中弧线弯度，不同叶片厚度的NACA系列翼型，发现小攻角时较小厚度翼型的升阻比大，大攻角时适当增大厚度能增加翼型升阻比，并扩宽大升阻比区间。使用多项式函数计算获得修正厚度系数的方法精确快捷，在保证叶片前缘结构特性不变的情况下，同时满足翼型后缘替换点处的曲线连续要求，以及叶片后缘末端铸造时所需的厚度要求。叶片后缘增厚使得叶片吸力面附近气流速度降低，引起附面层分离点提前，附面层分离损失增大；叶片的尾迹紊流区面积相比原翼型增大，尾迹流与叶栅主流区的掺混损失增大；叶片压力面后缘附近的高压区面积减小。
2.3基于LabVIEW的风机叶片状态监测系统
叶片作为风电机组的主要的承载部件之一，长期处在恶劣环境下运行，遭受着诸如沙尘、雨雪、冰雹、雷击等多种腐蚀和侵袭，同时还不断承受着外界极端载荷与周期性疲劳载荷，长此以往极易发生各种叶片故障。叶片常见故障主要包括破损、覆冰、叶片螺栓松动或脱落与变桨故障等。叶片故障会对风力发电机组的安全，稳定运行产生不利影响，例如破损故障是由于叶片受外界影响而出现表面裂纹或边缘开裂的情况，严重的会造成叶片折断甚至机组倒塔等恶性事故;当发生覆冰故障时，会降低风力发电机组的输出功率，影响其发电效率;变桨故障除可能造成机组发电功率损失外，还会引起机组振动异常、停机甚至叶片损坏等现象;因机组长期在风切变和塔影效应下运行，并承受极端气候条件侵扰，易出现载荷不平衡、润滑不良等问题，导致振动加剧，容易造成风机叶根与轮毂连接的螺栓松动，进而加剧振动形成恶性循环。在机组运行期间，如能及时准确地检测出叶片故障并采取相应措施，可以在很大程度上避免发生重大事故，减少经济损失。
结语
通风系统作为井下五大生产系统之一，有利于井下生产工作的安全进行。通风机确保井下的瓦斯浓度保持在一个安全的状态，同时将地面的空气输送到矿井中，使工人处在一个良好的环境中，确保井下氧气含量充足。通过对风机叶片合理改造，保障了工作面的作业安全及生产效率。
参考文献
[1]李春曦，王松岭，贾亚奎.加长叶片对离心风机性能及噪声影响的实验研究[J].中国电机工程学报，2010（20）：8-11.
[2]吴让利，吴沛佳，秦国良.叶片型线对离心风机性能影响的研究[J].风机技术，2014（1）：6-9.
