Анализ статической и динамической прочности осевого вентилятора с учётом аэродинамических свойств потока и неоднородности температурного поля

Abstract

Комплексно исследовано динамику и прочность осевого вентилятора главного проветривания рудника по добыче медной руды. С целью получения аэродинамических нагрузок и параметров конвективного теплообмена между воздухом проточной части и материалом вентилятора решена циклически симметричная стационарная задача течения воздуха. Определение напряжённо-деформированного состояния конструкции уточнено с помощью учёта неоднородного распределения температур в вентиляторе. Разработан подход к построению циклически симметричной расчётной модели для определения напряжённо-деформированного состояния ротора осевого вентилятора. Результаты статического анализа свидетельствуют о значительной напряжённости шейки хвоста лопатки ротора. Проведенный анализ динамической прочности вентилятора показывает, что отстройка ротора от резонанса между собственными частотами и частотами возбуждающей силы и её кратностей составляет более 20%. С целью уточнения роторной собственной частоты была разработана балочная конечноэлементная модель вентилятора, а также построена соответствующая ей диаграмма Кэмпбелла. Результаты исследований, представленные в виде контурных графиков распределения основных параметров напряжённо-деформированного состояния конструкции, а также табличных значений её динамических характеристик, позволяют сделать вывод о статической и динамической прочности вентилятора.

Комплексно досліджено динаміку та міцність осьового вентилятора головного провітрювання рудника з видобутку мідної руди. З метою отримання аеродинамічних навантажень і параметрів конвективного теплообміну між повітрям проточної частини і матеріалом вентилятора розв’язана циклічно симетрична стаціонарна задача течії повітря. Визначення напружено-деформованого стану конструкції уточнено за допомогою врахування неоднорідного розподілу температур у вентиляторі. Розроблено підхід до побудови циклічно симетричної розрахункової моделі для визначення напружено-деформованого стану ротора осьового вентилятора. Результати досліджень, подані у вигляді контурних графіків розподілу основних параметрів напружено-деформованого стану конструкції, а також табличних значень її динамічних характеристик, дозволяють зробити висновок про статичну та динамічну міцність вентилятора.

The current paper shows a complex research of dynamics and strength of an axial main ventilation fan of a mine for an extraction of a copper ore. In order to gain aerodynamic loads and parameters of a convective heat transfer between an air of a flowing part and a material of the fan a cyclically symmetric stationary problem of the flow of an air in the guide vane-rotor-straightener system was solved. Determination of the stress-strain state of the structure was clarified with a help of an accounting of an inhomogeneous temperature distribution in the fan. An approach to the formation of a cyclically symmetric calculation model for the determining of the stressstrain state of the rotor of the axial fan was developed. The results of a static analysis indicate a considerable tension of a neck of the root of the rotor blade. The detuning of the resonance of the rotor between the main frequencies and the frequency of the exciting force and its multiplicities was greater than 20%. The research results presented as contour plots of the distribution of the main parameters of the stress-strain state of the structure indicate the static and dynamic strength of the fan.