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（优秀毕业全套设计）轴流式通风机结构设计

实验证实，叶轮叶顶圆周速度比较合适。但是圆周速度的提高，风机的噪音也将随之提高，因为通风机的旋转的噪音与成正比，而涡流噪音与成正比。叶轮直径是轴流通风机的个重要结构参数，其大小直接影响通风机的性能和结构。常用的种方法是根据大量试验研究现有通风机的统计资料。人们发现叶轮直径与全压流量及转速之间存在定的关系，即与通风机的比转速存在定的关系。分别计算各种预选方案中通风机的计算比转数，由比转数查得对应轴流风机的全压系数及全压效率。初步计算出不同方案通风机的叶轮直径，然后圆整为标准直径，在求出其叶顶圆周速度。具体计算结果列与表。由表计算结果看出，当通风机转速般当时,优先采用离心风机，所以不能满足要求。所以选择转速，可以满足要求。表不同方案的计算结果备注级型式.由级型式的范围.计算.圆整.按文献计算电动机功率并选择电机型号按下式计算电动机功率为式中电动机功率储备系数，对于轴流风机，般。根据计算功率和风机使用环境的要求，选择电机型号,其机构如图所示隔爆型三相异步电动机技术数据额定功率满载时额定电流.满载时额定转速满载时效率满载时功率因数.堵转转矩额定转矩.堵转电流额定电流最大转矩额定转矩重量图电机示意图第章主要部件的设计计算.叶轮参数的设计计算流量系数和全压系数的确定叶轮是通风最主要的部件，其主要作用是把原动机的能量传递给流体。叶轮常用铸铝合金钢板焊接或其他材料制成。叶片的空气动力计算，是在满足流量和全压的条件下，为获得高效率低噪音而进行的叶片集合尺寸的计算。为此，把整个叶片分成若干个计算截面，然后通过计算得出个基元截面所采用翼型的叶片宽度及安装角。二级轴流风机的风压比为，所以第级叶轮和第二级叶轮参数相同。故不需要分别计算。以第级叶轮计算为例，设计计算步骤如下计算流量系数.计算全压系数.轮毂比和轮毂直径的确定轮毂比由文献，当通风机的比转数时，可选用.。按表,可见，当.时，，取.是合适的。由此得到叶轮轮毂直径为.表不同全压系数时所推荐采用的轮毂比轮毂比检验为了判断叶轮叶片根部和后导流器根部是否会发生气流分离，应验算是否所取的轮毂比求得通风机的轴向速度为.则得到通风机的无因次轴向速度为.由表的计算结果得到通风机的全压效率.，则通风机的理论全压系数为.最佳计算参数，由文献，查得.。根据表，可以计算出二级级型式通风机叶轮的计算函数为表不同通风机级型式的与计算公式级型式函数可以计算叶轮的最小允许轮毂比为由于所决定的轮毂比.，所以在叶轮叶片根部不会产生气流分离。对于导流器，可计算函数为可以得到导流器的最小允许轮毂比为由于所决定的轮毂比.，所以在后导流器叶片根部也不会产生气流分离。叶片翼型参数的计算.确定计算截面将整个叶片分成个计算截面，其中相对平均半径为.各计算截面叶片环的气流参数和空气动力负荷系数计算叶片各参数计算结果列于。从表中可以看出，各计算截面的叶栅稠度均未超过.，所以按孤立翼型设计是合适的。表叶轮气流参数和几何尺寸计算表项目及公式单位计算截面备注.为叶轮半径等环量设计时沿程叶高为常数.等环量设计时沿叶高为常数.在级中，.选用根据最大原则选择.中间各截面的插计算根据文献中对翼型相对厚度懂得选取原则，在叶根及顶截面分别选为.和.，中间各截面的可按直线规律变化，通过插值计算得出。叶根几叶顶的叶片总宽度由计算得到，而中间各截面的可按直线规律变化，通过插值计算得出。对于叶片数目的选择计算，由表，当.时，。又因为故选取叶片数目。表叶片数目与轮毂比之间的关系.通过计算可以得出等曲线，将这些曲线绘制于图中，可以看到各曲线光滑，证明计算正确无误。图叶片参数坐标.叶片翼型的选择从目前资料来看，可用于孤立翼型设计方法的翼型主要有三种是平底或接近平底的翼型，国内外常用的有翼型，翼型和翼型等二是等厚圆弧板翼型三是系列中的些翼型。由于系列自成体系，其翼型及叶片中弧线的绘制方法于般方法不同，国内目前应用较少，故不考虑选择。本设计选定翼型。翼型坐标翼型的原始翼型为英国螺旋桨翼型，后来稍加修改用于轴流通风机。其结构形式如图所示，其坐标如表所示。图翼型结构图表翼型断面坐标值距前缘点距离上表面坐标.叶片的绘制弦长在叶栅额线及叶栅轴向方向的投影列于下表。表弦长的投影的投影单位相对半径.各计算截面翼型的重心坐标重心距翼型前后边缘的距离在叶栅额线及叶栅轴向方向的投影列于表。表翼型各参数投影项目单位流器叶片数目又由于导叶的数目前导叶，中导叶，后导叶应与叶轮叶片数互为质数，以避免气流通过时产生同期扰动。所以选定导叶数目为。.导叶翼型的选择导叶的翼型多采用圆弧形叶片。也可以采用机翼形叶片，中，后导叶还采用扭曲机翼形叶片。考虑到圆弧形翼型加工方便，有利于降低成本，故选用此翼型。圆弧板翼型圆弧板翼型是由葛廷根大学研究出来的。该翼型的特点是制造方便，但是效率要差些，目前在通风机设计中仍然得到较多应用。叶片的绘制弦长在叶栅额线及叶栅轴向方向的投影列于表。表弦长的投影的投影单位相对半径.第章结构部件的设计计算.集流器的设计集流器与流线罩起，组成了光滑的渐缩形流道。其作用是使气流在其中得到加速，以便在损失很小的条件下，能在轴流通风机级的入口前面建立起均匀的速度场。但是考虑到掘进通风时，经常需要多个风机并联工作，并联通常采用法兰连接，设计集流器会导致两台风机的连接困难，况且掘进通风对风机的要求不是特别严格。综合考虑，本设计不安装集流器。.流线罩的设计流线罩的有无，以及它的形状，对轴流风机性能是有影响的，尤其是当通风机轮毂比较大时。流线罩的作用是，使气流顺利地进入风机的环形入口通道，并在叶轮入口处，形成均匀的速度场。实验表明，设计良好的流线罩可使轴流通风机的流量增加左右。流线罩通常为半球形或流线型。流线形流线罩是种理想的形状，但其轴向长度比较大，且加工难度大。因此，在实际设计中，其形状多采用圆弧或多圆弧代替。目前矿用轴流通风机流线罩的行面为球面或椭球面。考虑到成本和缩小风机的体积方面考虑，本设计采用半球形流线罩，半球形流线罩的型线半径等于轮毂半径，设计中取。其结构如图所示。图流线罩结构简图.扩散器的设计轴流通风机扩散器的结构型式随外壳和芯筒的型式不同而异，常用的扩散器型式如图所示图壳体为圆筒，芯筒为流线体图壳体和芯筒都为流线体图壳体为流线体，芯筒为圆筒图壳体和芯筒圆筒都为流线体从工艺考虑，流线型外壳加工不方便，增加成本从工作环境考虑，采矿掘进面工作空间相对狭小，不适用流线体外壳。所以采用如图的形式。.轴流通风机轴向间隙的确定在无特殊说明时，轴向间隙是指在平均半径处相邻两叶片环边缘间的轴向距离，如图所示所示图轴流通风机间隙在二轴流通风机的级中，通常有三个轴向间隙，即级叶片和中导叶的距离，中导叶和二级叶片的距离，及二级叶片和中导叶。由于从前面叶栅流出的气流，在轴向间隙中其速度场是不均匀的，这将影响后面叶栅的工作及轴流通风机的气动性能，并引起叶片的振动。增加轴向间隙虽然可以使进入后面叶栅的气流趋于均匀，但是由于轴向尺寸的增大，会增加叶道内气流的摩擦损失过小的轴向间隙对通风机噪音道和叶片振动有不利的影响。研究结果表明，轴流通风机级的最佳轴向间隙所以轴流通风机径向间隙的确定在轴流通风机的设计中，叶轮和壳体有定的间隙。如图所示。相对径向间隙的决定原则是，在保证叶片顶端与机壳内壁不相碰的前提下，应尽可能地小些。通常取，而我国目前对般轴流通风机生产制造技术中，要求叶片顶端与机壳的径向间隙应均匀，其单侧径向间隙应在叶轮直径的范围内。所以取。.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。图单列圆锥滚子轴承图选用机械手册标准型，其形式如图所示，其参数列于表。表轴承参数表基本尺寸基本额定载荷极限转速轴承代号脂型联轴器的选择图联轴器结构简图选用机械手册标准型，其形式如图所示，起参数列于表。表联轴器参数表型号许用转矩.许用转速轴孔直径轴孔长度轴向最大直径连接螺栓型号连接螺栓数.风筒的选择风筒选用要求选用风筒要与局部通风机选型并考虑，其原则是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，以降低风阻，减少漏风，节约通风电耗局部通风机的风筒选型根据需要的局部通风机的工作风量通局部通风机全压通的值，选择长期运行效率较高的局部通风机根据经验选取风筒。.噪音的处理局部通风机运转时噪音很大，常达，大大超过规程规定的允许标准。规程规定作业场所的噪声，不应超过。大于时，需配备个人防护用品大于或等于时，还应采取降低作业场所噪音的措施。局部通风机运转噪音大，工人长期在这样噪音下工作，易于烦躁疲劳，降低劳动生产率，并能引起听力减退。因此应对局部通风机采取消声措施。降低噪音的措施是研制选用低噪音高效率局部通风机二是在现有局部通风机上安设消音器。局部通风机消音器是种能使声能衰减并能通过风流的装置。对消音器的要求是通风阻力小消音效果好轻便耐用。本设计采用微孔板做的消音器。孔孔径中来回摩擦而消耗能量的。微孔板消音器是在外壳内设两层微孔板风筒其直径分别比外壳小，内外层穿孔率分别为和。微孔板消音器的芯筒也用微孔板制作。这种消音器可使局部通风机噪音有效降低。第章主要零部件强度计算.叶轮强度计算轴流通风机的叶轮旋转式，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，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，单位为叶片根部所受离心力，单位为叶片根部最小截面积，单位为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，单位为叶根截面弦长，单位为弦长沿径向变化的系数叶片任意截面所在半径，单位为叶根半径，单位为半径处的截面的相对厚度叶根截面相对厚度相对厚度沿径向变化的系数叶轮半径处叶片截面离叶根的距离，单位为根据文献，计算叶片所受的离心力式中叶片长度，单位为。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，应根据文献的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。可以得到.通过软件计算叶根截面面积。式中为的拉伸极限强度。所以叶轮选择可以满足条件。.键的校核键的基本尺寸选用键，其机构如图所示图键结构简图键的尺寸为,。