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通風機優化思路

本模型采用Nelder － Mead 的優化方法，用于非線性方程針對多目標的優化方法，能尋找到全局較小偏差，同時根據自變量的增加而線性增加計算負荷的大小。由于自變量的變化參數較多，為了避免出現非物理的優化結果，提高優化效率。本模型的優化將分為兩個部分。

通風機設計點的模型優化

在設計點，風機內部流場狀況較好，流動損失小，。因為Koch ＆ Smith 的模型考慮了諸多物理因素并被廣泛驗證了其合理性，因此不予優化。有3 個參數需要優化: 參考沖角、參考落后角和二次流損失。在一維計算時，由于模型中的經驗公式是從大量壓氣機的實驗數據中提取出來的，針對某一特定的風機幾何尺寸，首先需要對采用的損失和落后角模型進行校驗和標定。標定是根據風機在轉速990r /min 時，通風機的安裝角不變情況下的實驗氣動性能曲線。其次，利用優化得到的損失和落后角模型，對安裝角分別為+ 10°、+ 5°、－ 10°、－ 5°的軸流風機的氣動性能進行數值模擬并與實驗結果進行對比分析，來驗證本模型的準確性和可靠性。因為本風機并未給定相關設計點的參數，通風機模型中只能選取設計轉速為990r /min 下率點為設計點，選取實驗的氣動性能曲線做為優化對象。

葉片是軸流風機的核心部件，在振動作用下容易發生破損或斷裂，對葉片進行振動分析具有重要的工程意義。模態分析主要是分析結構的振動屬性，葉片的固有特性包括頻率和模態振型，與葉片的質量和剛度分布有關。

通風機葉片在預應力下的前六階振動頻率。第二級動葉區的全壓數值上基本是級的兩倍且流體流動更加復雜，兩者離心力慣性力相同，在同等條件下第二張動葉區更容易發生損壞，而級與第二級各階的固有頻率基本一致，所以離心力對固有頻率起決定性作用，氣動力對固有頻率影響較小。葉輪各階模態的臨界轉速為n = 60 f，可得到各階模態的臨界轉速。

通常情況下，一階臨界轉速下的振動較為激烈，葉片的一階臨界轉速為16 860 r /min，而工作轉速為1 490 r /min，遠比一階臨界轉速低，因此不會產生共振，滿足風機的設計使用要求，同時方案三風機振動頻率基本沒有發生變化，也滿足使用要求。導葉數目改變前后葉片振型基本沒有發生變化，在葉片的前緣或者后緣點處現振動較大位移，葉根部位振動位移較小。 階振型為葉片前緣點繞軸向的彎曲振動，第2 階振型為葉片前、后緣點繞軸向的扭轉振動，第3 階振型為葉片后緣點繞軸向的扭轉振動與一階彎曲振動的復合運動，第4 階振型為葉片后緣點繞軸向扭轉與一階彎曲振動的復合振動，第5 階振型為扭轉與一階彎曲振動的復合振動，第6 階振型為葉片后緣點繞軸向的二階彎曲振動。可以看出，隨模態階數的依次增加，通風機葉片各階振型變得更加復雜，通風機葉片的高階次振型變為葉片復雜彎曲與繞軸扭轉的復合振動。

通風機葉片角度不可調的一級和二級葉輪的安裝角度分別為46和30。針對礦井巷道掘進中不同掘進深度所需的風量和壓力的差異，避免了過大的風量和壓力對淺層掘進深度井下人員正常工作的影響，設計了兩級葉片角度可調的葉輪結構。在不同開采深度下，調整兩級葉片的角度，使之匹配，既滿足了風量和壓力的要求，又節省了大量的電力。資源，減少風機結構損失。通風機葉片角度可調的葉輪調節機構采用機械傳動。每片葉片的下端是葉柄。葉片臂安裝在葉柄上。外部動力驅動刀臂通過錐齒輪和平移盤旋轉，以調整刀片角度。兩級葉輪除了葉片數不相等外，參數相同。為了減少后期試驗結果的數量，使二級葉輪的旋轉方向比一級葉輪加速氣流方向承受的負荷更大，本文選取了兩級葉輪結構的二級葉輪作為研究對象。根據兩個葉輪的結構尺寸，建立了實體模型，因為模態結果應反映葉輪本身的振動特性。建模時，模型的形狀和大小應盡可能與實際相符。同時，為了突出通風機葉片角度調節機構對葉輪整體振動特性的影響，省略了對葉輪結構影響不大的倒棱、螺栓等工藝結構。