轴流式通风机课程设计.doc

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1、轴流式通风机课程设计第一节 设计原始条件和要求设计轴流式通风机时，一般应给出下列原始资料：流量（）、全压（pa）、工作介质密度（）或工作介质温度、大气压力，以及结构上的要求和特殊要求等。初始条件：流量4426，风机全压261Pa，介质为空气，其进口状态为标准状态（为1个大气压，温度为20，空气密度），设计一广泛应用于一般工厂、仓库、办公室、住宅内的轴流式通风机，要求全压效率不小于80%。设计目的：要求学生熟练掌握轴流式通风机的基本理论和设计方法，并初步掌握用所学的理论和方法进行轴流式通风机的设计。设计要求：（1）满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近；（2）最高效率值要尽量大些，效率曲线

2、平坦；（3）通风机结构简单、工艺性好、材料及附件选择方便；（4）有足够的强度、刚度，工作安全可靠；（5）运转稳定、噪声低；（6）调节性能好，工作适应性强；（7）通风机尺寸尽可能小，重量轻；（8）操作和维护方便，拆装运输简单易行。第二节设计计算的主要内容设计计算的主要内容为：通风机类型的选择（离心式、轴流式），方案选择与比较，驱动方式选取，计算比转速，叶轮设计计算，叶型选型与设计（确定叶轮外径及轮毂直径），计算圆周速度及压力系数，求轴向速度，计算扭速，计算平均相对速度及气流角，选择叶片数，选取各截面的升力系数及相应的攻角，求叶片宽度，叶型的安装角，叶片型线的绘制，集流器、整流罩和扩散筒的设计计算

3、，通风机主要零部件材料选取，主要零部件强度计算与校核，通风机临界转速计算，零部件图和总装配图的绘制。目前大多数轴流通风机都是采用孤立叶型设计法，这种方法较为简便有效。此处就采用孤立叶型的设计法来设计一般用的轴流式通风机。其设计计算的主要内容有：一、方案选择与比较方案类型：叶轮前设置前导叶；叶轮后设置后导叶；单独叶轮级；叶轮前后都设置导叶。要求：说明选择这种方案的原因与分析。根据给定条件，此处可直接选用：单独叶轮级：电机直接驱动叶轮的方式。实际通风机具体的结构方案选择问题涉及的因素较多，可根据用户的使用要求及制造厂的生产经验，参照性能良好的已有产品，初步选定方案。二、选择电动机及转速风机的转速可

4、根据用户使用要求选取。一般风机与电动机是直接驱动的。为了正确选择电动机，需要进行轴功率的计算，风机在设计工况下运转时的轴功率为： （1）所需电机功率为：（2）（k取1.21.3） 根据所需要的电动机功率，结合用户的情况，按来选取电动机型号，即可选择合适的电动机及相应的转速。电机额定转速选择1000，1500，3000三种，根据单级比转速选择。如下T30例子我们可以选择AQ26332型号的电动机，机号为NO3.5，转速为2850r/min。三、 叶型设计计算1、计算比转速式中：为叶轮转速（r/min），由于采用直接驱动，即为电机的转速，由上可知n=2850r/min；依照有关比转速的应用，可大致

5、确定通风机类型及叶片型式。一般轴流式通风机有 （100500）。上式计算得，符合要求。2、确定叶轮外径及轮毂直径由查图75和图76，选取轮毂比及系数：一般轮毂比的选择范围为：0.250.75。 由图得Ku=2.6，图75轮毂比与比转速ns的关系 图76比转速ns与系数Ku的关系则对于标准状态下的空气叶轮外径为： 轮毂外径为：，取=0.4，则Dh =0.12m。由下表T30风机外形及安装尺寸可知，对于NO3.5的风机，而，所以NO3.5的风机合适。3、计算圆周速度及压力系数 算出的圆周速度应满足强度条件及噪声要求；否则应作适当调整。从降低噪声的角度出发，应取，但当叶轮直径一定时，过低的圆周速度，

6、将降低风机的流量和风压。一般可取。根据算出的及，即知道本方案的选择合理。4、求轴向速度（9）5、将整个叶片分成几个截面，分别计算各截面的扭速值方法：这里就采用变环量设计先计算平均直径截面的扭速，由于0.8，则，取，即。设气流分布规律为，则任一截面r处的扭速值为通常可选取5个截面进行叶栅的计算，则截面的半径为：，则取，则通常变环量指数的取值为01，取=0.5，则，由，得式：为风机的全压效率6、计算平均相对速度及气流角，7、选择叶片数Z对于同一轮毂比和叶片弦长b而言，叶片数Z增加，则叶栅稠度亦增加，这将引起叶栅升力系数的下降，并使得流道内的流动损失迅速上升；如果叶片数过少，将使每个叶片的负荷增大，

7、从而使气动性能变坏，导致风机的全压降低。因此，对于一定的轮毂比和叶片弦长的风机，存在一个最佳叶片数（或最佳相对栅距）。根据国内设计轴流式风机的经验和试验数据，对于孤立叶型法设计的轴流式风机的最佳叶片数可按表71来选取： 表71最佳叶片数轮毂比0.20.40.50.60.7叶片数Z26486128161020本设计一般只选择3至9个叶片。由于=0.4，则取Z=6。8、叶型选取有：RAF6E叶型、CLARK y叶型、LS叶型、葛廷根叶型和圆弧板叶型。注意要根据其坐标比值来绘制叶片各截面。选取CLARK y叶型，其相对厚度9、选取各截面的升力系数及相应的攻角在选取时，应使值从叶尖向叶根逐渐增加，如果

8、叶型的相对厚度不变，可取额定工况点的（一般（0.80.9）作为叶根的值，然后按直线规律依次向叶尖减小。如叶型的相对厚度为变值，可按选取值。各截面的值确定后，相应的攻角可根据叶型的曲线选取。注意：攻角从叶根到叶尖应逐渐减小。10、求叶片宽度b由气动力基本方程式得：（）11、叶型安装角+综上所述可得机翼叶型截面尺寸：项目单位计算截面 12345m0.1060.1520.1960.2400.286m/s7.836.525.755.204.76m/s15.822.6729.2335.8042.660.80.80.80.80.8m/s9.219.219.219.219.21N/m2118.77141.9

9、0161.35178.71194.94m/s15.0421.4827.9234.4541.32()37.7625.3919.2615.5112.88(选取)0.90.840.790.740.70（选取）（）54.43.93.43（）42.7629.7923.1618.9115.88z（选取）666661/s298.3298.3298.3298.3298.3m0.0640.0570.0530.0510.04912、叶片型线的绘制根据上述计算的数据及所选取叶型剖面的几何尺寸，绘制截面的叶片型线，再按强度及结构工艺的要求作适当修正。为改善叶片的受力状况，各计算的截面叶型的重心，应当位于同一半径上。

10、轴流式通风机翼型叶片设计四：风筒的设计1、 风筒结构：采用圆柱形，其内部直径（为叶轮外缘与风筒内壁的径向间隙尺寸）由表得机号为No.3.5的风机的D1=360mm=0.36m，即风筒内部直径D=D1=0.36m，则。2、 风筒尺寸的确定：长度L=（1.5-2.2）D=540792m，D=360mm为风筒的内壁直径；另外，风筒长度也要兼顾考虑到电机和叶轮安装好后的轴向尺寸L0 ，应使LL0 。五、 主要零部件材料选取，强度计算与校核1、 叶片材料选取，强度计算与校核： 动叶片在制造时，一般是将叶片的背面和腹面用薄钢板分别压制成型，然后在对缝焊接而成。叶片的材料一般选用A3钢，即Q235钢。轴流通

11、风机的叶轮旋转式，叶片受离心力和气流流动引起的压力，前者引起拉伸，后者导致弯曲。叶片根部的离心力最大，一般来说，叶片根部的拉伸应力也最大。式中 叶片根部的离心拉应力，单位为N/m3 叶片根部所受离心力，单位为N 叶片根部最小截面积，单位为m2由于本设计的叶片均为变截面叶片，所以要按照变截面的离心力算法计算离心力。将叶片近似看成叶片截面弦长和相对厚度从叶根到叶顶线性变化（叶根大、叶顶小），叶片弦长、相对厚度可以表示为：式中半径处的截面弦长，单位为m；叶根截面弦长，单位为m；弦长沿径向变化的系数； 叶片任意截面所在半径，单位为m叶根半径，单位为m；半径处的截面的相对厚度；叶根截面相对厚度；相对厚度

12、沿径向变化的系数；叶轮半径处叶片截面离叶根的距离，单位为m根据文献13，计算叶片所受的离心力式中叶片长度，单位为m。利用上式可以比较精确的求出叶根的离心力。由于叶片是边截面的，应根据变截面叶片的叶根离心力的计算公式计算离心力。如前所述，可以知道的已知条件为： m，, m,m,m。可以得到 =6.0105N计算叶根截面面积m2。50MPa式中为A3钢的拉伸极限强度。所以叶片选择A3钢可以满足条件。2、 风筒材料选取选用风筒要与局部通风机选型一并考虑，其原则是：(1)风筒直径能保证最大通风长度时，局部通风机供风量能满足工作面通风的要求；(2)在巷道断面允许的条件下，尽可能选择直径较大的风筒，以降低

13、风阻，减少漏风，节约通风电耗则风筒材料选择A3钢。3、 电机固定件的设计与材料的选择（1）轴承的选择轴承用来支撑转子零件，并承受转子零件上的多种载荷。根据轴承中摩擦性质的不同可分为滑动轴承和滚动轴承。每一种又可分为向心轴承和推力轴承。设计要保证轴流风机运行时的周向载荷和轴向载荷，所以采用圆锥滚子轴承。滚动轴承有如下特点。摩擦系数小，提高了机械效率，润滑油消耗少，轴承标准化，易于选择，安装简便。但是其耐冲击负荷能力差，安装要求准确，径向力大，且躁声高。（2）键的选择 键的基本尺寸选用键2590(GB/T 1095-1979)，其机构如图所示 键结构简图键的尺寸为b=25mm,h=14mm,l=9

14、0mm。（3）轴材料选用45钢，调质处理，许用应力N/m2。六、 转子的临界转速计算为保证风机安全可靠运行，应使工作转速离开临界转速一定范围。设计时，要求满足如下条件：的轴，称为刚性轴。对刚性轴工作转速的要求：；的轴，称为柔性轴。对柔性轴工作转速的要求：。式中：分别为转子的一阶临界转速和二阶临界转速。一般通风机的转速较低，通常在一阶临界转速以内工作（即刚性轴），可采用单盘临界转速的公式近似计算：式中nc的单位为 r/min。此处，柔度y0 取叶轮与风筒内壁的径向间隙的一半。七、零部件图和总装配图的绘制1、电机的选取；2、叶片、叶轮（包括轮毂）的绘制；（叶片可采用焊接方式焊在轮毂上）3、风筒的绘制（包括电机固定架）；4、总装陪图的绘制。参考文献1、通用机械设计，潘英，中国矿业大学出版社，2000.2、流体机械原理（上、下册），张克危，北京：机械工业出版社，2000.3、流体输送设备，王荣祥、郭亚兵，等，北京：冶金工业出版社，2002.