礦用旋軸流式風(fēng)機的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、此次設(shè)計是礦用通風(fēng)機，采用的是對旋通風(fēng)機，由于礦井開采時會有瓦斯氣體溢出，可能引起爆炸，給工作人員增加了危險系數(shù)，對礦井的安全生產(chǎn)都是不利的。此次設(shè)計是局部通風(fēng)，采用了對旋隔爆軸流通風(fēng)機，通風(fēng)方式為壓入式，采用了相同型號隔爆電機驅(qū)動葉輪，提高了礦下安全生產(chǎn)和人員的安全。此通風(fēng)機具有風(fēng)量大、體積小等特點，并且在通風(fēng)機的兩級筒體及擴散器外面用超細玻璃棉的吸聲結(jié)構(gòu), 并在導(dǎo)流裝置內(nèi)填充吸聲材料，達到了降噪的要求。 根據(jù)所給的設(shè)計參數(shù)及有關(guān)的設(shè)計要求。具體內(nèi)容包括：總體結(jié)構(gòu)方案的確定，葉輪的設(shè)計，流線罩，擴散器和集流器的設(shè)計，風(fēng)機葉輪翼型尺寸的確定，通風(fēng)機消聲裝置的設(shè)計。本次設(shè)計更加注意對旋通風(fēng)機的消

2、音問題，注重了電動機的隔爆設(shè)計。關(guān)鍵詞:對旋;隔爆;軸流通風(fēng)機AbstractThis design for mine fan,using the disrotatoru ventilator,because of the mine mining will have gas overflow,may cause blast,increases the risk to staff,the safety of the mine production will be unfavourable.This design is local ventilation,adopted for explosion

3、-proof axial flow fan,ventilation mode is pressed into the type,using the same model, flame-proof motor driven impeller,improve the mine production safety and personnel safety.The fan has the the characteristic such as big air volume small volume,and in the two stage of the ventilator outside of the

4、 cylinder and the diffuser with superfine glass wool sound-absorbing structure,and fill in the diversion sound-absorbing material,has reached the requirement of noise reduction.According to the given design parameters and design requirements.The concrete content includes:the determination of general

5、 structure scheme,the design of the impeller,streamline cover,the design of the diffuser and the current collector,streamline cover,the design of the diffuser and the current collector,the determination of fan aerofoil impeller size,fan muffler device design.Pay more attention to the design of rotar

6、y fan sound attenuation problem,pay attention to the flame-proof motor design.Keywords: counter rotating;flameproof;aerofoil fan 目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1 選題意義11.2 通風(fēng)機的原理及發(fā)展歷史11.3 通風(fēng)機的分類21.3.1 按工作原理的通風(fēng)機分類21.3.2按氣流運動方向的通風(fēng)機分類21.3.3按壓力大小的通風(fēng)機分類31.3.4按應(yīng)用領(lǐng)域的通風(fēng)機分類31.4 設(shè)計理論基礎(chǔ)分析3第2章通風(fēng)機主要結(jié)構(gòu)設(shè)計62.1 通風(fēng)機主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定6

7、2.1.1 確定電機的轉(zhuǎn)速62.1.2 葉輪直徑與葉頂圓周速度的確定72.1.3 流量系數(shù)及全壓系數(shù)82.1.4 電機的選擇92.1.5 葉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計92.2 第一級葉輪葉片環(huán)的氣流參數(shù)和空氣動力負荷系數(shù)計算122.2.1 第一級葉輪葉片環(huán)的氣流參數(shù)計算122.2.2 第一級葉輪葉片環(huán)的空氣動力計算152.3 葉片幾何尺寸的確定172.3.1 翼型的確定172.3.2 葉片數(shù)目的選擇計算202.3.3 各計算截面的葉片尺寸參數(shù)212.3.4 各截面上的葉片安裝角222.4 第一級葉輪葉片的繪制232.4.1 弦長在葉柵額線及葉柵軸向的投影232.4.2 各計算截面翼型的重心坐標242.4.3

8、 重心距翼形前后緣的距離在葉柵額線及葉柵軸向上的投影242.4.4 鍵的校核252.5 第二級葉輪葉片環(huán)的氣流參數(shù)和空氣動力負荷系數(shù)計算272.5.1 第二級葉輪葉片環(huán)的氣流參數(shù)計算272.5.2 第二級葉輪葉片環(huán)的空氣動力計算292.6 第二級葉輪葉片幾何尺寸的確定322.6.1 第二級葉輪翼型的確定322.6.2 第二級葉輪葉片數(shù)目的選擇計算342.6.3 第二級葉輪各計算截面的葉片尺寸參數(shù)352.6.4 第二級葉輪各截面上的葉片安裝角36第二級葉輪葉片的繪制372.7.1 弦長在葉柵額線及葉柵軸向的投影372.7.2 各截面翼型的重心坐標372.7.3 重心距翼型前后緣的距離在葉柵額線及

9、葉柵軸向上的投影38第3章集流器與流線罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計393.1 集流器的選擇393.1.1 集流器型線的選擇393.1.2 集流器尺寸的確定393.2 流線罩的選擇403.2.1 流線罩型式的選擇403.2.2 流線罩尺寸的確定403.3 集流器與流線罩的結(jié)構(gòu)40第4章擴散器424.1 擴散器的型式424.2 擴散器尺寸的確定43第5章風(fēng)機筒體的設(shè)計44第6章噪聲的控制466.1 環(huán)境噪聲污染的危害466.2 噪聲治理的措施466.3 消聲結(jié)構(gòu)設(shè)計47結(jié)論48致謝49參考文獻50CONTENTSAbstractIChapter1 Introduction11.1 Topic selection

10、significance11.2 The principle of the ventilator and development history11.3 Fan classification21.3.1 According to the working principle of the ventilator classification21.3.2 According to the classification of the ventilator airflow direction21.3.3 According to the size of the pressure ventilator c

11、lassification31.3.4 According to the application in the fan classification31.4 Design theory base analysis3Chapter2 The ventilator main structure design62.1 The ventilator main structure of Parameters62.1.1 Determine the speed of the motor62.1.2 Impeller blade tip and the diameter circle determine t

12、he speed72.1.3 The flow coefficient and the pressure coefficient82.1.4 Motor choice92.1.5 The design of the structure of impeller92.2 Calculation The first level of the impeller blade ring gas Parameters and airpower load coefficient122.2.1 CalculateThe first level impeller blades of airflow Paramet

13、erring122.2.2 The first level impeller blades of air power calculation ring152.3 The determination of blade geometry size172.3.1 Wing to determine the type172.3.2 Leaf number of choice is calculated202.3.3 The calculation of the blade section size Parameters212.3.4 Each section of the blade installa

14、tion Angle222.4 The first level of impeller blade drawing232.4.1 Long strings in decreasing the amount and decreasing the axialline of projection232.4.2 The calculation of air foil section barycenter coordinates242.4.3Center of gravity from the hydrofoil margin of distance before and after the blade

15、 is line and decreasing the axis of projection of upward242.4.4Key to check252.5 Thesecond level of the impeller blade ring gas Parameters and air power laod coefficiention272.5.1 The second impeller blades of airfiow Parameter caculation ring272.5.2The second level of impeller blade air power calul

16、ation ring 292.6The second impeller blade geometry size determined322.6.1 Thesecond type of impeller wing to determine322.6.2 Thesecond impeller blade number of choice is calculated342.6.3 Thesecond section of each calulation impeller blade size Parameter352.6.4 Thesecond section of the impeller bla

17、de installation Angle362.7The second level of impeller blade drawing372.7.1 Long strings in decreasing the amount and decreasing the axialline of projection372.7.2Each section of the airfoil barycenter coordinates372.7.3Center of gravity from the airfoil margin of distance before andafter the blade

18、is line and decreasing the axis of projection of upward37 Chapter3 The current collector and streamline the structure design of the cover393.1 Collector implement the choice393.1.1 The choice of line current collector ware393.1.2 The size of the current collector certain393.2 Streamline the choice o

19、f cover403.2.1 Streamline cover the choice of type403.2.2 Streamline the size of the cover certain403.3 The current collector and streamline the structure of the cover40Chapter4diffuser424.1 Diffuser type424.2 To determine the size of the diffuser43Chapter5 Fan cylinder design44Chapter6 Noise contro

20、l466.1 The dangers of environmental noise pollution466.2 Noise control measures466.3 Silencing structure design47Conclusion48Thanks49Reference50第1章緒論1.1 選題意義由于煤礦生產(chǎn)是井下工作，自然條件比較惡劣。當(dāng)?shù)孛婵諝膺M入井下并流經(jīng)各作業(yè)場所的過程中，會參雜有毒有害氣體和粉塵。同時，由于地?zé)嶙饔?，人體和機械的散熱、水分的蒸發(fā)等，井下空氣的溫度和濕度都會提高，造成不良的氣候條件。所以，對礦井必須進行通風(fēng)，加快空氣流動，通風(fēng)機廣泛的應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)。煤礦

21、用風(fēng)機按其用途可分為主通風(fēng)機和局部通風(fēng)機兩大類，目前，主通風(fēng)機中有三分之二是對旋隔爆軸流風(fēng)機，局部通風(fēng)機幾乎都是一樣的結(jié)構(gòu)。局部通風(fēng)機可分為壓入式局部通風(fēng)機和抽出式局部通風(fēng)機，因抽出式局部通風(fēng)會導(dǎo)致井下氣壓降低，吸入新鮮空氣時會有瓦斯涌出。而且壓入式通風(fēng)安全可靠性較好，經(jīng)濟性好，通風(fēng)距離遠等優(yōu)點。故大多煤礦的通風(fēng)機采用壓入式局部通風(fēng)機。本設(shè)計也采用的是壓入式通風(fēng)。1.2 通風(fēng)機的原理及發(fā)展歷史通風(fēng)機是依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械。通風(fēng)機的工作原理與透平壓縮機基本相同，由于氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。通風(fēng)機已有悠久的歷

22、史。中國在公元前許多年就已制造出簡單的木制礱谷風(fēng)車，它的作用原理與現(xiàn)代離心式風(fēng)機基本相同。1862年，英國的圭貝爾發(fā)明離心通風(fēng)機，其葉輪、機殼為同心圓型，機殼用磚制，木制葉輪采用后向直葉片，效率僅為40左右，主要用于礦山通風(fēng)。1880年，人們設(shè)計出用于礦井排送風(fēng)的蝸形機殼，和后向彎曲葉片的離心式風(fēng)機，結(jié)構(gòu)已比較完善了。1892年法國研制成橫流通風(fēng)機。1898年，愛爾蘭人設(shè)計出前向葉片的西羅柯式離心通風(fēng)機，并為各國所廣泛采用。19世紀，軸流通風(fēng)機已應(yīng)用于礦井通風(fēng)和冶金工業(yè)的鼓風(fēng)，但其壓力僅為100300Pa，效率僅為1525，直到二十世紀40年代以后才得到較快的發(fā)展。1935年，德國首先采用軸流

23、等壓通風(fēng)機為鍋爐通風(fēng)和引風(fēng)；1948年,丹麥制成運行中動葉可調(diào)的軸流通風(fēng)機；旋軸流通風(fēng)機、子午加速軸流通風(fēng)機、斜流通風(fēng)機和橫流通風(fēng)機也都獲得了發(fā)展。按氣體流動的方向，通風(fēng)機可分為離心式、軸流式、斜流式和橫流式等類型 1 。20世紀90年代，我國引進日本反旋式扇風(fēng)機，并開發(fā)了低噪聲對旋局部通風(fēng)機系列（壓入式）。該系列風(fēng)機由于其風(fēng)壓高，風(fēng)量大，噪聲低，效率高而被廣泛應(yīng)用于煤礦和礦山工程局部通風(fēng)。2002年，中國的防爆離心式風(fēng)機，在化工、石油、機械等領(lǐng)域廣泛被采用。1.3 通風(fēng)機的分類 按工作原理分類按工作原理通風(fēng)機可分為葉片式和容積式及噴射式三類。常用的形式主要為葉片式和容積式，尤其以葉片式通風(fēng)機

24、應(yīng)用最為廣泛 按氣流運動方向分類1. 離心通風(fēng)機氣流進入旋轉(zhuǎn)的葉片通道，在離心力作用下氣體被壓縮并沿著半徑方向流動。離心通風(fēng)機工作時，動力機(主要是電動機)驅(qū)動葉輪在蝸形機殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，空氣經(jīng)吸氣口從葉輪中心處吸入。由于葉片對氣體的動力作用，氣體壓力和速度得以提高，并在離心力作用下沿著葉道甩向機殼，從排氣口排出。2. 軸流通風(fēng)機氣流軸向進入通風(fēng)機葉輪后，在旋轉(zhuǎn)葉片的流道中沿著軸線方向流動的通風(fēng)機。軸流式通風(fēng)機工作時，動力機驅(qū)動葉輪在圓筒形機殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，氣體從集流器進入，通過葉輪獲得能量，提高壓力和速度，然后沿軸向排出。軸流通風(fēng)機的布置形式有立式、臥式和傾斜式三種，小型的葉輪直徑只有100毫米左右，大

25、型的可達20米以上。相對于離心通風(fēng)機，軸流通風(fēng)機具有流量大、體積小、壓頭低的特點，用于有灰塵和腐蝕性氣體場合時需注意。3. 斜流式（混流式）通風(fēng)機斜流通風(fēng)機又稱混流通風(fēng)機，在這類通風(fēng)機中，氣體以與軸線成某一角度的方向進入葉輪，在葉道中獲得能量，并沿傾斜方向流出。通風(fēng)機的葉輪和機殼的形狀為圓錐形。這種通風(fēng)機兼有離心式和軸流式的特點，流量范圍和效率均介于兩者之間。4. 橫流式通風(fēng)機橫流通風(fēng)機是具有前向多翼葉輪的小型高壓離心通風(fēng)機。氣體從轉(zhuǎn)子外緣的一側(cè)進入葉輪，然后穿過葉輪內(nèi)部從另一側(cè)排出，氣體在葉輪內(nèi)兩次受到葉片的力的作用。在相同性能的條件下，它的尺寸小、轉(zhuǎn)速低。它的出口截面窄而長，適宜于安裝在各

26、種扁平形的設(shè)備中用來冷卻或通風(fēng)。1.3.3 按壓力大小分類1. 低壓離心通風(fēng)機風(fēng)機進口為標準大氣條件，通風(fēng)機全壓的離心通風(fēng)機。2. 中壓離心通風(fēng)機風(fēng)機進口為標準大氣條件，通風(fēng)機全壓為的離心通風(fēng)機。3. 高壓離心通風(fēng)機風(fēng)機進口為標準大氣條件，通風(fēng)機全壓為的離心通風(fēng)機。4. 低壓軸流通風(fēng)機風(fēng)機進口為標準大氣條件，通風(fēng)機全壓為的軸流通風(fēng)機。5. 高壓軸流通風(fēng)機風(fēng)機進口為標準大氣條件，通風(fēng)機全壓為的軸流通風(fēng)機。1.3.4按用途分類通風(fēng)機按用途可分為鍋爐引風(fēng)機、工業(yè)爐用通風(fēng)機、礦井通風(fēng)機、通風(fēng)換氣用通風(fēng)機、煤粉通風(fēng)機、排塵風(fēng)機等。設(shè)計理論基礎(chǔ)分析我設(shè)計的題目是對旋隔爆軸流式通風(fēng)機結(jié)構(gòu)設(shè)計。所謂對旋軸流風(fēng)

27、機，是指前后串聯(lián)兩個直徑，輪轂比都相同，而旋轉(zhuǎn)方向相反的葉輪，用兩個電機分別驅(qū)動流式通風(fēng)機。這種通風(fēng)機只有兩個對旋的葉輪，而沒有固定式導(dǎo)流葉片。對旋式兩級通風(fēng)機具有與一般兩級軸流通風(fēng)機相同的壓力系數(shù)和比轉(zhuǎn)數(shù)。這種風(fēng)機的壓力系數(shù)、流量系數(shù)和輪轂相對直徑值與一般通風(fēng)機相同，更適合長距離通風(fēng)。對旋軸流式通風(fēng)機由于省掉了導(dǎo)葉，使風(fēng)機內(nèi)耗減少，阻力降低，從而提高了風(fēng)機的效率。對旋軸流風(fēng)機的工作原理是：工作時兩級葉輪分別由兩個相同，旋轉(zhuǎn)方向相反的電機驅(qū)動，使兩級葉輪產(chǎn)生相反的旋轉(zhuǎn)方向，當(dāng)氣流通過集流器進入第一級葉輪獲得能量后使其出口氣流產(chǎn)生正旋繞，該氣流速度等值同方向流入第二級葉輪，再次獲得能量后使第二級

28、葉輪的出口氣流產(chǎn)生負旋繞，最后氣流從擴散器端得軸向升壓排出，兩級葉輪互為導(dǎo)葉，從而達到普通普通軸流式通風(fēng)機所不能達到的高風(fēng)壓、大流量、噪聲低、性能穩(wěn)定及通風(fēng)距離長等優(yōu)點，是煤礦掘進工作面及公路、鐵路、隧道工程中通用的通風(fēng)設(shè)備。本次設(shè)計采用孤立翼型設(shè)計方法，此方法適用于壓力較高、輪轂比較大的軸流風(fēng)機葉片環(huán)設(shè)計。通風(fēng)機的葉片翼型選擇性能較好的LS翼型，用兩型號相同的隔爆電機分別驅(qū)動，前后兩級葉輪在要求風(fēng)壓風(fēng)量較大時，可同時工作滿足需要。對風(fēng)壓要求較低時，可單獨開啟第一級葉輪或第二級葉輪。1-流線罩； 2-集流器；3-第一級電機； 4-第一級風(fēng)筒；5-第一級葉輪；6-第二級葉輪；7-第二級風(fēng)筒；8-

29、擴散器；9-風(fēng)筒接頭；10-支撐板；11-消聲材料；12-第二級電機；13-鍵；14支撐架圖1-1 隔爆對旋軸流通風(fēng)機結(jié)構(gòu)圖已知設(shè)計參數(shù)Q=400m/m/s)、全壓達到H=4500Pa，一般的礦用軸流式風(fēng)機主要氣動部件有葉輪，風(fēng)筒，集流器，流線罩以及出口處的擴散器組成軸流通風(fēng)機。對旋通風(fēng)機兩級葉輪使用兩個電動機驅(qū)動，以電機直接驅(qū)動，并且兩個葉輪之間互為導(dǎo)葉。將風(fēng)機葉輪、電動機、集流器、擴散器等分別裝各段風(fēng)筒，風(fēng)筒與法蘭焊接在一起，然后用螺栓將這些零件緊固在一起。其基本結(jié)構(gòu)如上圖1-1所示:在對旋軸流通風(fēng)機的空氣動力設(shè)計中，第I級葉輪可以按照葉輪加后導(dǎo)流器級型的單級軸流通風(fēng)機，在給定設(shè)計參數(shù)的條

30、件下，設(shè)計第I級葉輪。即進行第I級葉輪葉片的氣動計算和幾何尺寸計算，然后再按照前導(dǎo)流器加葉輪級型的單級軸流通風(fēng)機進行第II級葉輪的氣動計算和幾何尺寸計算。對于本通風(fēng)機降低噪聲的問題，我采用了目前國內(nèi)外比較流行的對旋軸流通風(fēng)機外包復(fù)式消聲結(jié)構(gòu)。對旋軸流通風(fēng)機產(chǎn)生的噪聲大部分來自于通風(fēng)機的進風(fēng)口和出風(fēng)口，因此在設(shè)計時在通風(fēng)機的第I、II級風(fēng)筒和擴散器外層包復(fù)了消聲材料以達到降低噪音的目的。 第2章 通風(fēng)機主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 通風(fēng)機主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 確定電機的轉(zhuǎn)速風(fēng)機的風(fēng)壓比是決定各級葉輪和導(dǎo)葉的主要參數(shù)之一。通常，前后兩級葉輪分別用等功率、等轉(zhuǎn)速的電動機驅(qū)動，因而它們的轉(zhuǎn)速比，對旋軸流通風(fēng)機的全壓為兩

31、個葉輪全壓之和，從合理分配前后兩級葉輪的壓力負載角度看，兩個葉輪最佳的理論全壓各位通風(fēng)機理論全壓的一半，這樣設(shè)計不僅能夠保證通過兩級葉輪氣流比較平穩(wěn)，滿足對旋軸流通風(fēng)機氣流的連續(xù)性條件，有利于提高風(fēng)機的全壓效率，因此兩個葉輪的全壓各為通風(fēng)機全壓的一半。1. 預(yù)選電機轉(zhuǎn)速預(yù)選三種電機轉(zhuǎn)速分別為：960r/min、1440r/min、2940r/min。2. 確定通風(fēng)機的比轉(zhuǎn)數(shù)由文獻4中公式 (2-1)通常情況下根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)選用通風(fēng)機型式為：羅茨風(fēng)機或其它回轉(zhuǎn)式風(fēng)機前向離心通風(fēng)機后向離心通風(fēng)機單級雙吸入離心通風(fēng)機軸流通風(fēng)機軸流風(fēng)機的比轉(zhuǎn)速一般大于100得，式中比轉(zhuǎn)數(shù)；電機額定轉(zhuǎn)速，r/min；第一級

32、葉輪的風(fēng)壓由給定參數(shù)得第一級葉輪風(fēng)壓為：；通風(fēng)機流量，m3/s；由給定參數(shù)得。軸流風(fēng)機的比轉(zhuǎn)速一般大于100，故選取電機轉(zhuǎn)數(shù)為2940r/min通風(fēng)機比轉(zhuǎn)數(shù)為。 葉輪直徑與葉頂圓周速度的確定葉輪直徑可用文獻3中計算： (2-2) 式中葉輪直徑,m；通風(fēng)機的單級全壓，Pa，由給定設(shè)計參數(shù)可知為；氣體密度，對于通風(fēng)機進口標準狀態(tài)氣體；電機轉(zhuǎn)速，r/min。根據(jù)13通風(fēng)機標準化和系列化的要求將D圓整到標準直徑，取直徑。進一步由公式可計算出葉輪葉頂圓周速度: (2-3)2.1.3流量系數(shù)及全壓系數(shù)1計算流量系數(shù)由流量系數(shù)表達式(2-4)得 (2-4)2 計算全壓系數(shù)由全壓系數(shù)表達式(2-5)得（2-5

33、）電機的選擇 1確定電機功率由5電機功率計算得 (2-6)式中通通風(fēng)機的單級全壓,Pa，由給定設(shè)計參數(shù)可知為2250Pa；通風(fēng)機流量，m/s，由給定參數(shù)得：m/s；K電動機功率儲備系數(shù)，對于軸流風(fēng)機，一般傳動效率，一般情況下，葉輪與電機直連時；通風(fēng)機全壓效率，取為5。 2電動機的選取兩級葉輪的風(fēng)壓比為1:1，所以前后兩級葉輪均采用同一型號的電機。本設(shè)計主要針對井下的局部壓入式通風(fēng)，考慮到井下設(shè)備的隔爆問題故電機應(yīng)選取具有隔爆性能的隔爆電機。經(jīng)以上計算可知:電機轉(zhuǎn)速為2940r/min，電機功率為19.42kW。參考隔爆電機系列選取YB180M-2隔爆型三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速為2940r/m

34、in,功率22kW。 葉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計1確定葉輪結(jié)構(gòu)葉輪是通風(fēng)機的主要工作機構(gòu)，它由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，將電機輸出的機械能轉(zhuǎn)換為空氣的動能。葉輪由葉片和輪轂兩部分焊接而成。本設(shè)計采用電機直接驅(qū)動方式，葉輪通過輪轂用平鍵和電機軸連接在一起。葉輪結(jié)構(gòu)型式如圖(2-1)所示。圖2-1葉輪的基本型式2 輪轂比的選擇輪轂比是軸流通風(fēng)機葉輪設(shè)計中的重要參數(shù)之一，它對通風(fēng)機的壓力、流量、效率、壓力特性曲線形狀及工作區(qū)域大小等都有影響。在確定輪轂比時，不僅要考慮其對通風(fēng)機性能的影響，而且還要從通風(fēng)機結(jié)構(gòu)方面考慮。常用的選擇輪轂比的方法有兩種：一種按經(jīng)驗總結(jié)出表2-1來選取合適的輪轂比；另一種是根據(jù)前人實驗研究的綜合統(tǒng)

35、計數(shù)據(jù)來選取合適的輪轂比。當(dāng)通風(fēng)機比轉(zhuǎn)數(shù)時可選取按表2-1當(dāng)全壓系數(shù)時表2-1 不同全壓系數(shù)時推薦采用的輪轂比綜合兩者考慮，參考通風(fēng)機輪轂比對于通風(fēng)機的壓力、流量、效率等影響關(guān)系可知當(dāng)通通風(fēng)機風(fēng)壓較高、流量較小時應(yīng)選取較大的輪轂比，因為輪轂比小的話會使葉片過長，會在葉根處使葉柵相互干涉，性能下降，故本設(shè)計選取稍大的輪轂比。3 計算輪轂直徑當(dāng)輪轂比確定時,輪轂直徑可按公式(2-7)得 (2-7) 4 驗證輪轂比當(dāng)按等環(huán)量方法進行軸流通風(fēng)機葉片環(huán)氣動計算時，葉片根部的氣流分離與否，應(yīng)驗算是否所取輪轂比>3。通風(fēng)機的軸向速度由式(2-8)得 (2-8)m/s式中通風(fēng)機軸向速度, m/s；通風(fēng)機

36、輪轂比；通風(fēng)機流量,m3/s由給定參數(shù)得m/s；葉輪直徑,m。進而可得到通通風(fēng)機的無因次軸向速度為16m/s (2-9)通風(fēng)機的理論全壓系數(shù)為式中通風(fēng)機的理論全壓系數(shù),已計算得；通風(fēng)機的理論全壓系數(shù)；全壓效率，經(jīng)查表得。在軸流通風(fēng)機的氣動計算中最佳設(shè)計參數(shù).取則通風(fēng)機第級葉輪的計算函數(shù)為(2-11)則葉輪的最小輪轂比由式(2-12)得 (2-12)由于所決定的輪轂比3，所以在葉輪的葉片根部不會產(chǎn)生氣流分離，所選輪轂比可用。2.2 第一級葉輪葉片環(huán)的氣流參數(shù)和空氣動力負荷系數(shù)計算 第一級葉輪葉片環(huán)的氣流參數(shù)計算 1. 確定葉片截面及截面半徑通常把整個葉片沿徑向方向按等圓環(huán)面積原則分成57個計算截

37、面，以便分別計算各截面的有關(guān)參數(shù)，從而得到各計算截面的葉片寬度及葉片安裝角。本次設(shè)計將整個葉片按等圓環(huán)面積原則分成5個計算截面 4。各計算截面的半徑可按式(2-13)計算 (2-13)則各計算截面的半徑為式中第i個計算半徑；從輪轂截面算起的計算截面符號, ；N計算截面數(shù)，??；葉輪直徑，已求得m；葉輪輪轂比，取為。在所取的截面中，需要包括平均半徑所在截面，因為通常所說的葉片安裝角指的就是平均半徑所在截面的數(shù)值。 2. 各截面的相對半徑各計算截面的相對半徑可按式(2-14)計算 (2-14)式中各計算截面半徑已求得；葉輪半徑，由式(2-2)可知：m。 3. 各截面上氣流的圓周速度 (2-15)式中

38、各計算截面半徑；電機轉(zhuǎn)速,選取為2940r/min。 4. 各截面上氣流的扭速氣流的扭速即為葉輪人口前后的氣流旋繞速度之差。氣流在進入第I級葉輪時入口旋繞速度=0。各截面上氣流的扭速可按文獻4中式(2-16)計算得 (2-16)m/sm/sm/sm/sm/s式中通風(fēng)機的單級全壓,Pa ,由給定設(shè)計參數(shù)可知為2250Pa；氣體密度, kg/m,對于通風(fēng)機進口標準狀態(tài)氣體密度；各截面上氣流的的圓周速度，；通風(fēng)機全壓效率，在按等環(huán)量設(shè)計時為常數(shù)，取為5。 第一級葉輪葉片環(huán)的空氣動力計算 1. 軸向絕對速度在按等環(huán)設(shè)計時,沿葉高軸向的絕對速度為常數(shù)可由式(2-17)計算得 (2-17) 2. 各截面的

39、平均相對速度 (2-18)由上式可分別求得各計算截面的平均相對速度為式中軸向絕對速度，；各截面上氣流圓周速度，；各截面上氣流的扭速,；各截面上氣流的預(yù)旋速度，按等環(huán)量設(shè)計第I葉輪時。 3. 各截面的平均相對速度氣流角 (2-19)代入數(shù)值可分別求得各計算截面的平均相對速度氣流角 4. 空氣動力負荷系數(shù) (2-20)各計算截面的空氣動力負荷系數(shù)可由上式分別計算得由以上計算所得各計算截面的空氣動力負荷系數(shù)均未超過，所以按孤立翼型法設(shè)計是合適的。2.3 葉片幾何尺寸的確定葉片幾何尺寸計算的目的在于確定各計算截面所采用翼型的葉片寬度及葉片安裝角。整個葉片的幾何尺寸，可以通過計算得到的各計算截面的葉片寬

40、度及葉片安裝角光滑過渡得到。 翼型的確定為了使本設(shè)計能更好地達到設(shè)計要求，考慮到本設(shè)計通風(fēng)機所消耗的功率較大，為了保證通風(fēng)機的效率和制造方便等條件，故本設(shè)計選用了軸流通風(fēng)機中常用的平底機翼型葉片。綜合以上考慮我選擇了LS翼型。該翼型的原始翼型為英國LS螺旋槳翼型,修改后多用于軸流通風(fēng)機中。該翼型的斷面坐標值列于下表(2-2)表2-2 LS翼型斷面坐標距前緣點距離x/b1020304050607080上表面坐標y/C1001. 翼型相對厚度的選擇對于同一翼型，在一定范圍內(nèi)增加其翼型相對厚度會使翼型擴壓區(qū)域的壓力坡度變大，當(dāng)翼型很厚時，壓力坡度可以大到使葉片擴壓區(qū)域中的跗面層發(fā)生分離，這不僅影響到

41、通風(fēng)機的壓力增加，而且會使通風(fēng)機的效率降低。在顧及壓力，又照顧效率的情況下，目前國內(nèi)外軸流通風(fēng)機中一般采用翼型相對厚度為中等厚度的翼型。翼型相對厚度可選為沿葉片高度為常數(shù)或按某種規(guī)律變化的。當(dāng)按等環(huán)量方法設(shè)計葉片時，葉片根部的空氣動力負荷系數(shù)最大，可選用較大的相對翼型厚度，而葉片頂端則采用較小的相對翼型厚度，使其沿著葉片高度變化，這樣可以減少葉片根部的葉片寬度和葉片安裝角，制造也比較方便。另一方面，為了增加葉片根部的強度，翼型相對厚度也要選的大一些。綜合以上考慮，本設(shè)計相對翼型厚度在根部和頂端分別選取為和，中間各截面的相對翼型厚度可通過插值計算得到。各計算截面的相對翼型厚度分別為 2. 升力系

42、數(shù)的選擇在軸流通風(fēng)機的氣動計算中，為使通風(fēng)機獲得高的全壓效率，就必須在最小升阻比的鄰近區(qū)域范圍內(nèi)選擇翼型的升力系數(shù)。在按等環(huán)量方法設(shè)計葉片時，從葉片頂端到葉片根部，空氣動力負荷系數(shù)是逐漸增加的。根據(jù)升阻比最小的原則選取根部和頂端的升力系數(shù)分別為和 3。3. 葉片頂端和根部的葉柵稠度可由文獻8中下式求得（2-21）; 4. 葉片的總寬度葉片根部的頂端的葉片總寬度可由式(2-22)計算得到，而中間各計算截面的葉片總寬度可按直線規(guī)律變化通過插值法計算得到。 (2-22) 5. 各截面的葉柵稠度由各計算截面葉片總寬度可按下式計算各截面的葉柵稠度 (2-23) 6. 各截面的升力系數(shù)可由式(2-21)計

43、算求得 葉片數(shù)目的選擇計算葉輪葉片數(shù)目可用下式計算 (2-24);式中平均半徑處的葉柵稠度,；輪轂比,由計算已經(jīng)確定為；平均半徑處的展弦比，的數(shù)值可在下述范圍內(nèi)選取。當(dāng)時，。根據(jù)軸流通風(fēng)機設(shè)計的經(jīng)驗，對于采用孤立翼型法設(shè)計的軸流通風(fēng)機的最佳葉輪葉片數(shù)目可采用4表2-3推薦的數(shù)值。表2-3 葉片數(shù)目與輪轂比之間的關(guān)系26486128161020根據(jù)表2-3當(dāng)輪轂比為時取?？紤]到在葉柵稠度不變的情況下，葉片數(shù)目的增加將會導(dǎo)致通風(fēng)機的壓力和效率降低，故選取第I級葉輪葉片數(shù)目。 各計算截面的葉片尺寸參數(shù) 1. 各截面的葉片寬度各計算截面的葉片寬度由下式計算得 (2-25) 2. 各截面的葉片厚度各計算

44、截面的葉片厚度可由4查手冊中下式計算得到 (2-26) 各截面上的葉片安裝角各截面的葉片安裝角由下式計算 (2-27)式中各截面上的葉片沖角,可由LS翼型的性能曲線上查得:, ,；平均相對速度氣流角。2.4 第一級葉輪葉片的繪制根據(jù)所選擇的翼型坐標，計算所得到的各計算截面的翼型尺寸，翼型中心位置等，最后結(jié)合各計算截面上葉片寬度和葉片安裝角即可繪制出各計算截面的葉片翼型圖。 弦長在葉柵額線及葉柵軸向的投影各計算截面的弦長b在葉柵額線及葉柵軸向的投影列于表2-4中。表2-4 弦長在葉柵額線及葉柵軸向的投影b的投影單位第截面第截面第截面第截面第截面mm33mm8887各計算截面翼型的重心坐標各計算截

45、面的翼型的重心坐標可由文獻4中式(2-28)和式(2-29)計算求得 (2-28) (2-29)各計算截面翼型的重心坐標值列入表2-5中。表2-5 各計算截面的重心坐標第I截面第II截面第III截面第IV截面第V截面44439.2337.494.41983.202.83 重心距翼形前后緣的距離在葉柵額線及葉柵軸向上的投影重心距翼形前后緣的距離在葉柵額線及葉柵軸向上的投影列于表2-6中。表2-6重心距翼形前后緣的距離在葉柵額線及葉柵軸向上的投影第I截面第II截面第III截面第IV截面第V截面221137.9437.39135.1483422446.64444根據(jù)計算所得到的上述數(shù)據(jù)，繪制各計算截

46、面的翼型，如圖2-2所示。圖2-2 翼型結(jié)構(gòu)圖 鍵的校核選用鍵14×60(GB/T 1096-1979)，其機構(gòu)如圖2-3所示鍵的尺寸為b=14mm, h=9mm, a=48mm，l=60mm。圖2-3 鍵結(jié)構(gòu)簡圖計算鍵的剪切力式中鍵所傳遞的扭矩，N/ m2；軸徑，m；鍵的寬度,m；剪切應(yīng)力,N；鍵的許用剪切應(yīng)力，一般鍵為45號鋼，可取可知鍵是安全的。計算鍵的擠壓應(yīng)力：許用擠壓應(yīng)力。一般應(yīng)按輪轂材料進行校核，因為輪轂材料的許用擠壓應(yīng)力較鍵的要求，45號鋼的許用擠壓應(yīng)力可取鍵的選用符合設(shè)計要求。電動機的軸是經(jīng)過校核的，所以不再考慮，所以電動機軸上的鍵也是安全的。2.5 第二級葉輪葉片環(huán)

47、的氣流參數(shù)和空氣動力負荷系數(shù)計算 第二級葉輪葉片環(huán)的氣流參數(shù)計算1確定葉片計算截面及截面半徑將第二級葉輪的整個葉片按等圓環(huán)面積原則分成5個計算截面。各計算截面的半徑可按式(2-13)計算得 (2-13)則各計算截面的半徑為式中第個計算半徑；從輪轂截面算起的計算截面符號,；計算截面數(shù),；葉輪直徑,已求得；葉輪輪轂比,取為。在所取的截面中,需要包括平均半徑所在截面,因為通常所說的葉片安裝角指的就是平均半徑所在截面的數(shù)值。 2. 各截面的相對半徑各計算截面的相對半徑可按式(2-14)計算 (2-14)式中各計算截面半徑,m;葉輪半徑,由式(2-2)可知。 3. 各截面上氣流的圓周速度由式(2-15)

48、計算得 (2-15)式中r各計算截面半徑已求得；n電機轉(zhuǎn)速,選取為2940 4. 各截面上氣流的扭速第二級葉輪人口前后的氣流旋繞速度之差即為其扭速。氣流在通過第一級葉輪時產(chǎn)生預(yù)旋在第二級葉輪出口時旋繞速度。則各截面上氣流的扭速可按式(2-16)計算得：（2-16）式中通風(fēng)機的單級全壓, Pa,由給定設(shè)計參數(shù)可知為2250Pa；氣體密度, kg/m,對于通風(fēng)機進口標準狀態(tài)氣體密度；各截面上氣流的的圓周速度,；通風(fēng)機全壓效率,在按等環(huán)量設(shè)計時為常數(shù)，取為5。 第二級葉輪葉片環(huán)的空氣動力計算 1. 軸向相對速度軸向相對速度在按等環(huán)量設(shè)計時沿葉高方向上為常數(shù)，由(2-17)計算得 2. 各截面的平均相

49、對速度各計算截面的平均相對速度可由式(2-18)計算得到由上式可分別求得各計算截面的平均相對速度為式中軸向絕對速度，；各截面上氣流圓周速度，；各截面上氣流的扭速,；各截面上氣流的預(yù)旋速度，即為第I級葉輪的氣流出口旋繞速度由式(2-16)計算求得。 3. 各截面的平均相對速度氣流角各計算截面的平均相對速度氣流角可按式(2-19)計算得代入數(shù)值可分別求得各計算截面的平均相對速度氣流角 4. 第二級葉輪的空氣動力負荷系數(shù)由式(2-20)可求得各計算截面的空氣動力負荷系數(shù)為由以上計算所得各計算截面的空氣動力負荷系數(shù)均未超過，所以第II級葉輪按孤立翼型法設(shè)計還是合適的。2.6 第二級葉輪葉片幾何尺寸的確

50、定 第二級葉輪翼型的確定對于第二級葉輪翼型的選擇參照第一級葉輪翼型的選擇原則綜合考慮決定同樣采用LS翼型。其翼型尺寸坐標可參照表2-2LS翼型的斷面坐標。1. 翼型相對厚度的選擇第二級葉輪的相對厚度的選擇可同第一級葉輪即2. 升力系數(shù)的選擇葉片頂端和根部的葉柵稠度可由式(2-21)求得:3. 葉片頂端和根部的總寬度第二級葉輪葉片根部的頂端的葉片總寬度可由式(2-22)計算得到，而中間各計算截面的葉片總寬度可按直線規(guī)律變化通過插值計算得到。 (2-22)m4. 各截面的葉柵稠度由計算所得各計算截面的葉片總寬度可按式(2-23)計算各截面的葉柵稠度 (2-23)5. 各截面的升力系數(shù)各截面的升力系

51、數(shù)由式(2-21)計算求得: 第二級葉輪葉片數(shù)目的選擇計算葉輪葉片數(shù)目可用下式計算 (2-24)式中平均半徑處的葉柵稠度,已求得；輪轂比,已確定為；平均半徑處的展弦比,當(dāng)時, 。根據(jù)軸流通風(fēng)機設(shè)計的經(jīng)驗，對于采用孤立翼型法設(shè)計的軸流通風(fēng)機的最佳葉輪葉片數(shù)目可采用表2-3推薦的數(shù)值，根據(jù)表2-3當(dāng)輪轂比為時。考慮到在葉柵稠度不變的情況下，葉片數(shù)目的增加將會導(dǎo)致通風(fēng)機的壓力和效率降低，此外為了避免前后兩級葉輪氣流脈動的相互疊加，確保前后兩級葉輪能夠協(xié)調(diào)、平穩(wěn)地工作,前后兩級葉輪葉片數(shù)目應(yīng)互為質(zhì)數(shù)。故選取第II級葉輪葉片數(shù)目。 第二級葉輪各計算截面的葉片尺寸參數(shù) 1. 第二級葉輪各截面的葉片寬度各計算截面的葉片寬度由式(2-25)計算得 (2-25)2. 第二級葉輪各截面的葉片厚度各計算截面的葉片厚度可由式(2-26)計算得到第二級葉輪各截面上的葉片安裝角各截面的葉片安裝角由下式計算式中各截面上的葉片沖角，,;平均相對速度氣流角。2.7 第二級葉輪葉片的繪制弦長在葉柵額線及葉柵軸向的投影各計算截面的弦長b在葉柵額線及葉柵軸向的投影列表2-8中。表2-8 弦長在葉柵額線及葉柵軸向的投影b的投影單位第I截面第II截面第III截面第IV截面第V截面mm33mm73.757777 各