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矿用对旋轴流式通风机结构设计【优秀】【word+3张CAD图纸全套】【毕设】

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矿用轴流式通风机结构设计【优秀】【word+3张CAD图纸全套】【毕设】.rar

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矿用轴流式通风机结构设计【优秀】【word+3张CAD图纸全套】【毕业设计】

【带任务书+开题报告+实习报告】【55页@正文20900字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】.bat

任务书.doc

实习总结.doc

开题报告.doc

总装图.dwg

第一季叶轮图.dwg

第二级风筒.dwg

说明书.doc

任务书

一、设计题目：矿用轴流式通风机结构设计

二、设计的主要内容：

1、中英文摘要、按照摘要四要素（目的、方法、结果、结论）撰写

2、矿用轴流式通风机工作原理和结构设计（三维及二维制图）

3、概论

4、撰写设计说明书一份（外文翻译一篇）

图纸（内容、幅面及数量）：合计零号2张左右。

1、通风机整体结构装配图　 A0 1张

2、通风机风筒结构装配图 A0 1张

3、第一级叶轮 A1 1张

4、手绘图：第二级叶轮 A2 1张

三、设计目标：

1.设计符合国家标准。

2.通风机的流量为25m3/s ,全压3000Pa.

完成上述内容的设计、选型及计算。最终达到2张以上零号机械图以及一本1.5万字的说明书的工作量。摘要

分析此次通风机结构设计，属于矿用轴流通风机，考虑到开采时会有大量的有害气体溢出，而且包含可能引起爆炸的高浓度瓦斯气体的原因。随着开采深度的增加，气温也要逐渐升高，这些因素对于井下工作人员的身体健康和矿井的安全生产都是极为不利的，更严重的会对井下工作人员和矿井安全产生巨大危害。调查了国内当今的趋势，此设计采用对选矿用通风机，采用两极电机驱动的方式，对对旋风机的优点进行了进一步的了解，故采用对旋风机。

根据所给的设计参数及有关的设计要求。具体内容包括：通风方式的选择，总体结构方案的确定，叶轮的设计，疏流罩、扩散器和集流器的设计和选择，通风机消声装置的设计。本次设计更加注意对旋通风机的消音问题，注重了电动机的隔爆设计。

关键词:对旋;防暴;轴流通风机;消音器

Abstract

The structural design, the ventilator tomography belongs to mine axial fan, considering the mining will have plenty of harmful gases, and can cause high concentrations of gas explosion. Along with the increase of mining depth, temperature will gradually rise, these factors for underground work personnel's health and safety of coal production are extremely detrimental to the more serious, the working personnel of underground mine safety hazards and tremendous. A survey of the current trend of domestic, the design of the concentration polarization, with fan motor driving mode, on the merits of the whirlwind machine, the further understanding of cyclone machine.

According to the design parameters and design requirements. Contents include: overall selection of ventilation, design, structural design, flow of the impeller, diffuser, and runoff, design and selection of the design of fan silencer. The design of the ventilator to pay more attention to the problem, pay attention to the motor deadened the isolation design.

Keywords To spin riot axial fan muffler

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1 选题的意义1

1.2 国内外现状和发展趋势1

1.3 设计的主要内容3

第2章结构设计方案的选择和确定4

2.1 结构方案图的选择4

2.2 比较两种结构的优缺点5

第3章通风机总体结构设计10

3.1 通风方式的确定10

3.1.1 抽出式通风10

3.2.2压入式通风10

3.2 结构方案简图设计12

3.3 主要结构形式的选取12

3.3.1 扩散器13

3.3.2 集流器与流线罩14

3.3.3 叶轮14

3.3.4 外壳15

3.3.5 确定通风机各级风压比15

3.3.6 选择电动机的功率和型号15

第4章叶轮的结构设计18

4.1 第一级叶轮的设计18

4.1.1 确定叶轮毂比及轮毂直径18

4.1.2 确定计算截面20

4.1.3 叶片几何尺寸的计算20

4.1.4 叶片的绘制23

4.1.5 叶轮强度计算25

4.1.6 键的校核28

4.2 第二级叶轮的设计29

4.2.1 确定叶轮毂比及轮毂直径29

4.2.2 确定计算截面30

4.2.3 叶片几何尺寸的计算31

4.2.4 叶片的绘制33

第5章主要结构部件的设计选型36

5.1 集流器与流线罩的设计36

5.1.1 集流器的设计36

5.1.2 流线罩的设计36

5.2 扩散器的设计38

5.3 通风机轴向间隙和径向间隙38

5.3.1 径向间隙的计算38

5.3.2轴向间隙的计算39

5.4 风筒的选择40

5.4.1 风筒选用要求40

5.4.2 局部通风机的风筒选型41

第6章消声器的设计42

结论44

致谢45

参考文献46

附录47

CONTENTS

Abstract2

Chapter 1 Introduction 1

1.1 The topic1

1.2 Status and development trend1

1.3 The main contents of the design3

Chapter 2 The selection of design scheme and structure4

2.1 Structure scheme selection of diagram4

2.2Compare the advantages and disadvantages of the two kinds of structure5

Chapter 3 Fan structural design10

3.1 Ventilation10

3.1.1 Drawer-type ventilation10

3.2..2In ventilated10

3.2 Structure scheme design diagram12

3.3 The main structure form12

3.3.1 Diffuser13

3.3.2 Collecting and streamline mask14

3.3.3 Impeller14

3.3.4 Shell15

3.3.5 Determine the ventilator than at wind15

3.3.6 Choose the motor power and models15

Chapter 4 Impeller structure design18

4.1 The first level of the impeller design18

4.1.1 Determine diameter wheel rims leaves ratio18

4.1.2 Determine the computation section20

4.1.3 Blade geometry size calculation20

4.1.4 The blade23

4.1.5 Impeller strength calculation25

4.1.6 The key28

4.2 Article 2 the impeller's design29

4.2.1 Determine diameter wheel rims leaves ratio29

4.2.2 Determine the computation section30

4.2.3 Blade geometry size calculation31

4.2.4 The blade33

Chapter 5 The main structure parts design selection36

5.1 Collecting and streamline cover design36

5.1.1 Collecting design36

5.1.2 Streamline cover design36

5.2 Diffuser design38

5.3 Fan radial clearance and axial clearance38

5.3.1 Radial clearance38

5.3.2The axial clearance39

5.4 The washroom40

5.4.1 Hair chooses requirements40

5.4.2 The selection of local-ventilator hair-dryer41

Chapter 6 The muffler design42

Theory 44

Cause 45

Participation in exam 46

Attached 47

第1章绪论

煤矿井工生产是地下作业，自然条件比较复杂。地面空气在进入井下并流经各作业场所的过程中，将掺入有毒有害气体和矿尘，成分逐渐发生变化。同时，由于地热作用，人体和机械的散热、水分的蒸发等，井下空气的温度和湿度都会显著提高，造成不良的气候条件。因此，对矿井必须进行通风。

1.1 选题的意义

煤矿的生产是地下作业，自然条件比较复杂，当地面空气进入矿井以后，在成份上发生了变化。这是生产过程中产生过程中产生岩尘、煤尘和炮烟，煤和其它物质氧化，人的呼吸以及煤与围岩散发出各种有害气体等，使矿内空气中氧的含量相对的减少，空气的湿度、温度和压力等也发生变化，若空气中氧的含量降低到17%以下时，人在工作时就会感到呼吸急促；降低到6%时，人就有死亡的危险。所以必须利用通风机或自然风压对矿井进行通风。矿井通风的基本任务是：

（1）供给井下人员足够的新鲜空气，《煤矿安全规程》规定，每人每分钟供应空气量不得少于4m3；

（2）把有害气体和矿尘稀释到安全浓度以下，并排除矿井：

（3）保证井下有适宜的气候条件（及适宜的湿度与温度），以利于工人劳动和机器的运转。

矿井通风工作对于保证矿井安全生产，创造良好的气候条件提高劳动生产率，具有十分重要的意义[2]。

矿井新建、扩建或生产时，都要掘进巷道，在掘进过程中，为了供给工作人员呼吸新鲜空气，稀释和排出从煤(岩)体涌出的有害气体、爆破产生的炮烟和矿尘，以及创造良好的气候条件，对掘进工作面进行通风。

1.2 国内外现状和发展趋势

我国矿用主扇已经历了半个世纪的发展历程。不适合国情的仿制的70B2型曾“统治”我国煤矿30余年。至今仍有煤矿在继续使用这种早已被国家勒令淘汰的产品。随之，国人自行设计制造的2K60和K58型推广应用了不到10年就已停止生产此时引进德国的GAF型主扇技术，以洋品牌的产品形象打入市场。尽管人们称赞此型风机的性能与可靠性，但洋品牌价格太贵，用户难以接受。于是，我国煤矿曾一度出现主扇短缺的被动局面。

面对严峻形势，国内风机行业形成了两条战线。一是自主开发。这条战线在认真总结经验教训，大力改进2K60型结构，不断提高K58型制造质量的同时，积极自主地发出2K56新型主扇，以迎接新的机遇和挑战；二是引进国外技术。早已引进的GAF型主扇技术在加快消化吸收的步伐，力争全面实现国产化，降低成本，提高竞争力。随后，某些高等学府和科研院所的某些学者与专家亦开始向对旋矿用主扇进发，他们一方面把对旋风机的研究作为获得学位的课题；一方面将其成果转化为生产力，极力向乡镇、民营乃至国有企业转让技术，从而名利双收。于是，20世纪90年代，特别是1995年以来，我国矿用主扇掀起了一股对旋热。于是，对旋主扇的选型与应用成为煤炭行业的一种

20世纪90年代，我国引进日本反旋式扇风机，并开发了低噪声对旋局部通风机系列（压入式）。该系列风机由于其风压高，风量大，噪声低，效率高而被广泛应用于煤矿和矿山工程局部通风。且开发设计者了这样的商业宣传: 压力特性和功、通对其进行用化）设计，其机械和电气规范设计和制造，体积小，质量轻、成本低，坚固耐用、安全率曲线均适合于煤矿采掘通风需求，且按“三化”（系列化、标准化可靠，能够承受相当恶劣运转环境，具有令人满意和足够长时间无需维修的设计使用寿命.现在全国上百家工厂和公司，生产几十种不同型号和规格的矿用局部通风机，并且全国矿用风机形成一股对旋热，而实际上, 我国目前煤矿用局部通风机杂、乱、差，且效率低，噪声高. 全国大小煤矿瓦斯爆炸事故频繁发生.令人担心的是：由于开发设计者对对旋局部通风机没有实事求是地宣传和运作，致使我国矿用局部通风机的开发、生产和推广应用进入了误区。

这种通风机只有两个对旋的叶轮，而没有固定式导流叶片。对旋式两级通风机具有与一般两级轴流通风机相同的压力系数和比转数。这种风机的压力系数、流量系数和轮毂相对直径值与一般通风机相同，但其压力曲线稍微陡一些，则更适合长距离通风。

当前世界先进工业国家风机产品开发的主要特点是：

1.以节能、节约资源为核心，提高单件效率和耐久性，进而提高整个系统的效率。

2.加强系统的自动化、事故警报系统的研制，节省维护、监控方面的人力。

3.为提高竞争能力，力求包括附属部件在内的产品标准化和组合化。

4.进一步加强了对低噪声、低振动技术的研究。

5.不断针对新的需要，开发新的产品。

6.在工艺上引进柔性制造系统，最大限度地提高产品生产的自动化程度。

风机产品大多根据用户需要有不同特性要求，多属小批量生产，特别是一些大型风机产品甚至是单件小批生产，对工艺要求复杂。目前国内生产自动化程度很低，而国外通过研制和采用柔性制造系统，提高了生产的自动化程度。以美国为例，中小风机的生产已全部通过自动线完成，从工艺角度提高了产品质量，降低了产品成本。

参考文献

1 马新民，钟光耀，梁兴义矿山机械中国矿业大学出版社,1999

2 史国华采煤概论中国矿业大学出版社 1994

3 王运敏中国采矿设备手册科学出版社， 2007

4 昌泽舟轴流式通风机实用技术机械工业出版社，2007

5. 大连理工大学工程画教研室机械制图高等教育出版社第5版， 2006

6. 刘玲萍. 煤矿局部通风机降低噪声的方法. 中国西部科技 , 2008,(06)

7 成大先机械设计手册（电机与电器）科学工业出版社 2004

8 颜天伟. 轴流式通风机扩散器电动保护装置研发应用实践. 安全与健康 , 2008,(04)

9. 续魁昌. 风机手册. 机械工业出版社 , 1999,(05)

10 周云龙，杨静，窦华荣，尚秋华. 通风机选型软件系统的研制与开发. 水利电力机械 , 2007,(02)

11 颜天伟. 轴流式通风机扩散器电动保护装置研发应用实践.安全与健康 , 2008,(04)

12 孙继平煤矿安全生产综合监控中国矿业大学出版社,，2006

13 徐益民，林海鹏，赵汗青. PLC在矿井局通风机变频调速系统中的应用. 煤矿机械 , 2004,(12)

14 王维.矿用轴流式通风机高小区分布特性分析.煤矿机械，2008

15 邢庆贵，高凤强对旋风机的改进设计煤炭科学技术 1998 （10）

16 喻洪能，吴建蓉对旋式风机自动切换装置的改进设计煤矿机械 2005

17 白铭声，陈祖苏. 流体机械煤炭工业出版社 , 2005,(07)

18 赵艳志, 杜付.风机应用与节能分析. 发电设备 , 2006,(01)

19 郗涛.基于WEB的煤矿通风机选型系统研究. 太原理工大学硕士学位论文 , 2005,(05)

20 何荣经再论对旋式矿用局部通风机的现状及若干问题风机技术，2007（1）

21 第一机械工业部编风机产品样本吗，机械工业出版社，1973

22 王运敏中国采矿设备手册下下册，科学出版社，2007

23 谢锡纯矿山机械与设备，中国矿业大学出版社，2005

360桌面截图20140719232929.gif

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第二级风筒.gif

总装图.gif

内容简介：: 黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：刘超任务下达日期： 2009 年 9 月 28 日设计开题日期： 2010 年 3 月 29 日设计开始日期： 2010 年 3 月 30 日中期检查日期： 2010 年 5 月 4 日设计完成日期： 2010 年 6 月 16 日一、设计题目：矿用轴流式通风机结构设计二、设计的主要内容：1、中英文摘要、按照摘要四要素（目的、方法、结果、结论）撰写2、矿用轴流式通风机工作原理和结构设计（三维及二维制图） 3、概论 4、撰写设计说明书一份（外文翻译一篇）图纸（内容、幅面及数量）：合计零号2张左右。 1、通风机整体结构装配图 A0 1张2、通风机风筒结构装配图 A0 1张3、第一级叶轮 A1 1张 4、手绘图：第二级叶轮 A2 1张三、设计目标： 1.设计符合国家标准。 2.通风机的流量为25m3/s ,全压3000Pa. 完成上述内容的设计、选型及计算。最终达到2张以上零号机械图以及一本1.5万字的说明书的工作量。指导教师：院（系）主管领导：实习总结专业：机械制造及其自动化(定向) 性质：毕业实习学年： 20092010 班级：机电06-1班姓名：刘超学号： 0603060107 指导教师姓名：李胜波实习起止日期：10年03月08日10年03 月28日机械工程学院大学的最后一个学期，我们开始了最后一次实习，此次实习主要目的是为毕业设计做准备，我们根据自己的题目不同，分别到不同的企业和单位参观了解，增长见识，开拓眼界！我去的是鹤岗矿务局，通过此次实习，收获很多，重点了解的是煤矿通风机结构设计部分。煤矿井工生产是地下作业，自然条件比较复杂。地面空气在进入井下并流经各作业场所的过程中，将掺入有毒有害气体和矿尘，成分逐渐发生变化。同时，由于地热作用，人体和机械的散热、水分的蒸发等，井下空气的温度和湿度都会显著提高，造成不良的气候条件。因此，对矿井必须进行通风通风机是依赖输入的机械能，进步气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。通风机广泛用于工厂、矿井、地道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的透风、排尘和冷却；锅炉和产业炉窑的透风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和透风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。通风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是因为气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。通风机已有悠久的历史。中国在公元前很多年就已制造出简朴的木制砻谷风车，它的作用原理与现代离心透风机基本相同。1862年，英国的圭贝尔发明离心透风机，其叶轮、机壳为同心圆型，机壳用砖制，木制叶轮采用后向直叶片，效率仅为40左右，主要用于矿山透风。1880年，人们设计出用于矿井排送风的蜗形机壳，和后向弯曲叶片的离心透风机，结构已比较完善了。1892年法国研制成横畅通流畅风机；1898年，爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心透风机，并为各国所广泛采用；19世纪，轴畅通流畅风机已应用于矿井透风和冶金产业的鼓风，但其压力仅为100300帕，效率仅为1525，直到二十世纪40年代以后才得到较快的发展。 1935年，德国首先采用轴流等压通风机为锅炉透风和引风；1948年,丹麦制成运行中动叶可调的轴畅通流畅风机；旋轴畅通流畅风机、子午加速轴畅通流畅风机、斜畅通流畅风机和横畅通流畅风机也都获得了发展矿井通风的基本任务是：（1）供给井下人员足够的新鲜空气，煤矿安全规程规定，每人每分钟供应空气量不得少于4m3；（2）把有害气体和矿尘稀释到安全浓度以下，并排除矿井：（3）保证井下有适宜的气候条件（及适宜的湿度与温度），以利于工人劳动和机器的运转。使矿井上下空气交流的方法有两种，即自然通风和机械通风。矿井通风方式，分为抽出式通风和压入式通风两种。机械通风所用的机械称为通风机，按其服务范围可以分为三种：1.主要通风机（简称主扇），主要用于全矿井或矿井的一翼（部分）；2.辅助通风机（简称辅扇），主要服务于矿井网络的某一分支（如采区或工作面），以帮助主要通风机供风以保证该分支的风量；3.局部通风机（简称局扇），主要用于独头掘进的井巷等局部地区通风。轴流通风机级 ( 本体 ) 效率高，但噪声和出口速度大；动能占全压的 30%50% 。因此，必须安装扩散筒塔及消声器来回收动能及降低噪声，所以对装置风机 ( 即有集流器、扩散筒塔及消声器等器件 ) 效率影响极大。轴流式通风机的损失包括：气流在进入叶轮前由于通风机部件而产生的损失，如通风机集流器和流线型罩子时的摩擦和收缩，以及前导器流道中的摩擦和损失等；气流在叶轮中由于翼型阻力和在叶片与外壳间的缝隙处所产生的损失气流由叶轮脱出时，由于气流旋绕而造成的损失；在叶轮之后的流通部件中，气流改变方向和能量转换的损失传动时的机械损失由于大量通风机应用于工厂、矿井、隧道等的通风和排尘等，所以风机的叶轮和机壳都有不同程度的磨损，在一些地方直接影响到生产的顺利进行，因此对通风机的耐磨性能有着很高的要求。目前常用的耐磨处理有堆焊，喷涂，喷焊、涂覆高分子耐磨材料等，可以相对延长通风机的使用寿命。近几年我国从国外引进一种有效的耐磨处理方法，就是在叶轮或蜗壳便面粘贴或者镶嵌耐磨陶瓷，由于耐磨陶瓷有良好的耐磨性能，可以大大提高分机的耐磨性能。并且粘贴了耐磨陶瓷片的通风机维护方便，所以在我国相关行业得到了广泛的推广应用。对于煤矿的局部通风机还有很多种比如说在二级轴流风机中，常用的级型式有R+R（叶轮级+叶轮级）的对旋轴流风机、R+S+R+S级（叶轮级+中导流级+叶轮级+后导流级）、以及P+R+S+R+S(前导流级+叶轮级+中导流级+叶轮级+后导流级)。考虑到掘进段工作空间相对狭小，所以本设计采用R+S+R+S级，可以减少风机的轴向尺寸。.图单级轴流风机结构煤矿地面的主通风机作为井上的主通风机那是矿井生产必不可少的。它为井下提供空气流动的动力，他的作用就是为井下提供新鲜的空气为工人的呼吸和提供一个良好的工作环境。目前在七台河的大小矿井上作为主扇的通风机主要是対旋式的轴流的通风机。主通风机你能够为井下提供新鲜的空气并能满足井下生产的需要。但是空气也是一种流体由于动力的路线的问题不能到达任何的地方，比如在宗采的的工作面上由于煤中的瓦斯释放出来程度不一样有的地方瓦斯的浓度就比较高，还要在开凿新的巷道上由于是一个盲洞靠主扇的动力是无法满足进行开凿工作的工人对空气的需要的，因此在这些地方就需要局部通风机的工作。局部通风机是安装在主巷的巷道之中与主通风机属于间接地串联。在煤矿掘进中，常用局部通风机(局扇)给巷道通风，局扇的噪声是掘进中的主要噪声源，其入口和机壳周围的噪声达95dB(A)以上，高的噪声不仅影响工人的健康，而且常掩蔽井下安全警报信号造成事故，所以对局扇的降噪声研究具有十分重要意义。本文在局扇噪声产生的机理基础上，综述从噪声源和传播途径上控制局扇噪声的方法。局扇工作时所产生的噪声，包括空气动力性噪声和机械性噪声两大部分，其中空气动力性噪声的强度较大，是风机噪声的主要成分。空气动力性噪声按产生机理可分成旋转噪声和涡流噪声。旋转噪声是由旋转的叶片周期地打击空气质点引起空气的压力脉动所产生的。其频率就是叶片每秒钟打击空气质点的次数，因此与叶片数和转速有关。旋转噪声的强度大致与圆周速度的56次方成比例。当圆周速度增大一倍时，声压级将增加1015分贝。涡流噪声是风机旋转时，高速气流在叶片界面和叶顶间隙处分离时产生的涡流分离使气体产生的压缩和稀疏，以声波的形式传播所形成的。其频率取决于叶片与气流的相对速度。因叶片各截面上的圆周速度随半径大小而变化，气流绕过叶片时各点相对速度必然亦不一样，同时叶片各点厚度也不同。故从圆心到最大半径速度呈连续变化。因此风扇旋转所产生的涡流噪声呈明显的连续谱。涡流噪声的强度与气流的8次方成比例。局扇的空动噪声就是旋转噪声与涡流噪声相互叠加的结果。局扇的机械噪声主要有驱动电机的电磁声和机壳辐射噪声。要对局扇的噪声进行有效控制，首先应控制其噪声源，然而，对于转速高大2900rmin，噪声高达95dB(A)以上的局扇，要使噪声降小于85dB(A)以下，确实很难。因此还必须再考虑从传播路径上来控制噪声。由于局扇噪声的辐射部位主要是进、出气口和机壳。因此，在传播路径上对局扇实施噪声控制时，应同时考虑进、出气口和机壳的辐射。预防从局扇气动噪声产生机理可知，合理的气动设计是获得低气动噪声最根本的方法，通流部件结构参数的合理选择配匹不但可获得高的效率，而且相应的噪声水平也低。因此，在局扇的降噪设计和改造中主要应考虑以下几方面：(1)动叶与静叶数合理配匹。对动叶前(后)有静叶的局扇而言，动叶与静叶数合理配匹可有效降低其互干扰噪声，动叶与静叶叶片数的选择原则为：动叶数z为偶数时，静叶数取z一1；动叶数z为奇数时，静叶数取z一(12)。(2)进风口元件结构的合理设计。首先，由于局扇静叶或支撑的后缘的轴向距离很短，且静叶或支撑位于高速流端面上。因此，从静叶或支撑尾部脱落下来的强度较大的涡流尾迹直接与动叶发生相互干扰作用，将导致局扇旋转噪声的增加，静叶或支撑尾流的存在还破坏了叶轮进风口流场的均匀性，这将导致局扇的宽频涡流噪声增加。采用减少导流体支撑数，将支撑布置在喇叭口的进风口端面上，并增大局扇进风口部件的轴向尺寸，可使支撑位于气流速度不大的位置，使支撑尾部脱落下来的涡流至动叶前缘时已基本衰减。其次，集流器的圆弧半径太小，使气流进入集流器时不能均匀加速，不均匀的进风口流场不但流动阻力增加，而且会使局扇的噪声提高。若采用两段圆弧构成的喇叭口，增大集流器的圆弧半径，并适当改变整流罩的锥度，可使气流在集流器和整流罩之间均匀加速。(3)减少动叶叶尖与机壳间的间隙。由于动叶叶尖与机壳间的间隙的存在，使动叶吸力面与压力面之间产生压差流动(二次流)，它形成叶尖涡流并产生澡流噪声。减小叶尖与机壳间的间隙，可使分离的涡流在叶尖处产生的力波动和间隙回流减弱，同时使作用于随后叶片的干扰力减弱，从而降低噪声。(4)合理的动叶与静叶间的轴向间距。在局扇运行时，气流与叶片作相对运动时，叶片后缘的气流尾迹中，速度及压力均小于主流区，使叶栅后的气流速度与压力成一定的关系。通过上述的方法可以降低风机的噪音这是局部通风机进行改进的方面之一，这样可以为井下工人的开采活动提供一个良好的工作环境同时降低井下的噪音为指挥工作提供便利的条件，因为噪声的原因连在井下说话都是一件费事的活动。如果噪声的问题得到一定的控制对于工人还是领导都是一件很好的事，也避免了工人在听取领导的指挥时由于没有听清楚而造操作的失误。再者噪音的降低的同时降低了通风机的振动，为风机的安全工作提供了一个良好基础。再者通风机也是一台耗电的机器，为了节约能源国家已经规定厂家生产的通风机的效率不能低于百分之八十，因此在节约能源的方面也有一定的改进的方面之一。因为在开凿巷道的同时目前的局部通风机不论开始还是到最后，它的转速始终是不变的。如果按照最后满足工人工作的条件的话，那么局部通风机在大多数时间在做无用功，这些时候浪费了多少的电能。如果通风机有几个转速的话，在开始的时候低速的旋转。在掘进过程中随着巷道的不断地延伸通风机的转速不断地加速，这样既可以满足工作的需要而且也是一个节能的好办法。同时还会增加通风机的使用寿命，减少了通风机的维护和维修的时间。提高了井下作业的效率。通风机的性能参数主要有流量、压力、功率，效率和转速。另外，噪声和振动的大小也是通风机的主要技术指标。流量也称风量，以单位时间内流经通风机的气体体积表示；压力也称风压，是指气体在通风机内压力升高值，有静压、动压和全压之分；功率是指通风机的输入功率，即轴功率。通风机有效功率与轴功率之比称为通风机全压效率可达90。通过这次的实习使我们认识到了我们学习的书本的知识的局限性，我们的知识是那么的有限，书本上的知识与实际的知识是不一样的书本的知识的学习的在好也许要实际的检验，这可能就是我们所为的实践是检验理论的真理，我们知道了我们的不足，还有许多的东西值得我们去学习，我们非常的感谢学校和矿物局给了我门这次学习实习的机会。我们在这次的学习中学到了很多的书本上没有的知识。同时为毕业设计提供了一定的实践基础。本科毕业设计开题报告题目：矿用轴流式通风机结构设计院（系）：机械工程学院班级：机电06-1（定向）姓名：刘超学号： 0603060107 指导教师：李胜波教师职称：讲师黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题目矿用轴流式通风机结构设计来源工程实际1. 研究的目的和意义煤矿生产是井下作业，井下空气中含有爆炸性的气体和有毒气体，如沼气,一氧化碳，二氧化碳，硫化氢，二氧化氮等。同时井下还飞扬着易于爆炸的煤尘，而且随着开采深度的增加，气温也要逐渐升高，这些因素对于井下工作人员的身体健康和矿井的安全生产都是极为不利的。为了保证井下工作人员的身体健康和安全生产，必须在井口安装通风设备，以便有足够的，连续的新鲜空气进入井下，以保证井下空气的含氧量不低于20%，其他的有毒气体也稀薄到无危险的程度，并使工作面温度不超过26，所以通风机被誉为矿井的“肺脏”。 2 国内外发展的状况我国矿用主扇已经历了半个世纪的发展历程。不适合国情的仿制的70B2型曾“统治”我国煤矿30余年。至今仍有煤矿在继续使用这种早已被国家勒令淘汰的产品。随之，国人自行设计制造的2K60和K58型推广应用了不到10年就已停止生产此时引进德国的GAF型主扇技术，以洋品牌的产品形象打入市场。尽管人们称赞此型风机的性能与可靠性，但洋品牌价格太贵，用户难以接受。于是，我国煤矿曾一度出现主扇短缺的被动局面。面对严峻形势，国内风机行业形成了两条战线。一是自主开发。这条战线在认真总结经验教训，大力改进2K60型结构，不断提高K58型制造质量的同时，积极自主地发出2K56新型主扇，以迎接新的机遇和挑战；二是引进国外技术。早已引进的GAF型主扇技术在加快消化吸收的步伐，力争全面实现国产化，降低成本，提高竞争力。随后，某些高等学府和科研院所的某些学者与专家亦开始向对旋矿用主扇进发，他们一方面把对旋风机的研究作为获得学位的课题；一方面将其成果转化为生产力，极力向乡镇、民营乃至国有企业转让技术，从而名利双收。于是，20世纪90年代，特别是1995年以来，我国矿用主扇掀起了一股对旋热。于是，对旋主扇的选型与应用成为煤炭行业的一种20世纪90年代，我国引进日本反旋式扇风机，并开发了低噪声对旋局部通风机系列（压入式）。该系列风机由于其风压高，风量大，噪声低，效率高而被广泛应用于煤矿和矿山工程局部通风。且开发设计者了这样的商业宣传: 压力特性和功、通对其进行用化）设计，其机械和电气规范设计和制造，体积小，质量轻、成本低，坚固耐用、安全率曲线均适合于煤矿采掘通风需求，且按“三化”（系列化、标准化可靠，能够承受相当恶劣运转环境，具有令人满意和足够长时间无需维修的设计使用寿命.现在全国上百家工厂和公司，生产几十种不同型号和规格的矿用局部通风机，并且全国矿用风机形成一股对旋热，而实际上, 我国目前煤矿用局部通风机杂、乱、差，且效率低，噪声高. 全国大小煤矿瓦斯爆炸事故频繁发生.令人担心的是：由于开发设计者对对旋局部通风机没有实事求是地宣传和运作，致使我国矿用局部通风机的开发、生产和推广应用进入了误区。这种通风机只有两个对旋的叶轮，而没有固定式导流叶片。对旋式两级通风机具有与一般两级轴流通风机相同的压力系数和比转数。这种风机的压力系数、流量系数和轮毂相对直径值与一般通风机相同，但其压力曲线稍微陡一些，则更适合长距离通风。当前世界先进工业国家风机产品开发的主要特点是：1.以节能、节约资源为核心，提高单件效率和耐久性，进而提高整个系统的效率。2.加强系统的自动化、事故警报系统的研制，节省维护、监控方面的人力。3.为提高竞争能力，力求包括附属部件在内的产品标准化和组合化。4.进一步加强了对低噪声、低振动技术的研究。5.不断针对新的需要，开发新的产品。6.在工艺上引进柔性制造系统，最大限度地提高产品生产的自动化程度。风机产品大多根据用户需要有不同特性要求，多属小批量生产，特别是一些大型风机产品甚至是单件小批生产，对工艺要求复杂。目前国内生产自动化程度很低，而国外通过研制和采用柔性制造系统，提高了生产的自动化程度。以美国为例，中小风机的生产已全部通过自动线完成，从工艺角度提高了产品质量，降低了产品成本。3.研究和设计目标根据所给设计参数风量25m/s,全压3000Pa和工作环境的要求，进行对旋轴流通风机的结构设计，使之能达到预期的设计要求和工作要求。并按要求完成较为完整的设计说明书和主要的图纸设计。设计的主要内容：轴流式通风机总体方案设计，叶轮的设计，壳体、集流器、扩散器、校核计算、外文翻译等。其中的重点是一级叶轮的结构设计、二级叶轮的结构设计、扩散消声器的设计4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）本方案对对旋轴流通风机的气动设计在满足设计参数的情况下，根据获得高效率或低噪声的原则，计算出对旋轴流通风机有关部件在流道中的几何尺寸。了轴流式风机的“可控涡”流型设计理论与组合流型的设计步序:讨论分析了对旋风机全压效率的估算理论及方法;对等环量流型下的对旋式风机，在给定风量和风压时，计算设计设计扩散消声器等。在设计的过程中遵循全压等量分配原则和互为导叶原则。由于一般情况下局部通风机安装在井下的主巷之中，为了适应掘进工作面和巷道狭窄的工况条件，采用结构紧凑的轴流风机，节省空间同时为了便于拆卸、安装、和搬运。风机采用两台电动机分别驱动叶轮的方式，可以增加风机的效率、增加压力。步骤如下：1 风机主要结构形式的确定，根据工况和通风要求选定风机结构。2 电动机的选型，根据风量和全压计算出电动机功率选择电动机型号。3 风机叶轮、导轮的设计，采用相似原理设计风机叶轮。4 风机集流器、扩散器、轴的设计，根据工作条件和强度要求设计主要部件。5 主要零部件的强度校核，确定设计的合理性。并确定零部件的组装。 1-集流器;2-隔爆电机;3-第一级叶轮;4-第二级叶轮;5-扩散器5、方案的可行性分析经过一段时间的搜集资料，对局部对旋通风机有了一定的了解，并且学校图书馆还有大量的资料，理解目前国内矿井主要应用的还是对旋轴流通风机，该风机具有静压大，反风能力强，结构简单，传动效率高的优点，受到了很多矿井的广泛应用，因此采用两级电动机直接驱动可以实现，提高了效率。6、该设计的创新之处通风机在原风机的基础上进了改造，更加注意对旋通风机的噪音问题，注重了降噪的设计，同时注重节能的改造和扩散器的改造。本风机创新之处降低了风机工作时的噪音同时进行了节能的优化设计。有较小的工作轮直径、叶片安装角、轮毂比和叶片数下仍可获得比一般双级普通型轴流风机高的压力。叶片安装角足够小，压力曲线还很陡，且基本无折断。轮毂比比较小，减小出口损失而能保持较高的有效全压效率。具有良好的运行经济性和足够大的通风能力，且风量变化很小。还无需调节和不需防脱流装置。7、设计产品的主要用途和应用领域该对旋轴流通风机适用于煤矿井下含爆炸性物质（瓦斯和煤尘）的环境中，很适合煤矿采掘通风要求，做抽出式轴流通风机，可满足矿山通风网络和安全生产的需要。抽排井下局部瓦斯积聚或与除尘装备联合使用排除工作面粉尘，改变工作环境，是抽出式局部通风的理想设备。该设备也适用于地面工作环境粉尘打或含爆炸性物质掺杂的空气的通风。本设备进行了防爆处理。可防止明火的出现并且还具备了防尘的优点。可应用于普通通风机不能适应的环境。8、时间进程第 1 周在学校图书馆查找资料第 2 周在鹤岗峻德矿实习第 3 周在鹤岗峻德矿实习第 4 周整理资料完成实习总结第 5 周整理资料完成开题报告第 6 周对对旋轴流式通风机进行总体方案设计第 7 周确定基本的结构完成相应的计算第 8 周主要零部件进行计算第 9 周主要零部件进行设计第 10 周对所设计个部分零件进行校核第 11 周画对旋轴流式通风机总体装配图第 12 周画对旋轴流式通风机各部分零件图第 13 周画对旋轴流式通风机各部分零件图及手工图第 14 周进行外文参考文献的翻译第 15 周整理说明书和图纸第 16 周打印说明书和图纸第 17 周准备答辩9 参考文献1 马新民，钟光耀，梁兴义矿山机械中国矿业大学出版社,19992 史国华采煤概论中国矿业大学出版社 19943 王运敏中国采矿设备手册科学出版社， 20074 昌泽舟轴流式通风机实用技术机械工业出版社，20075 大连理工大学工程画教研室机械制图高等教育出版社第5版， 20066 刘玲萍. 煤矿局部通风机降低噪声的方法. 中国西部科技 , 2008,(06) 7 成大先机械设计手册（电机与电器）科学工业出版社 20048 颜天伟. 轴流式通风机扩散器电动保护装置研发应用实践. 安全与健康 , 2008,(04) 9. 续魁昌. 风机手册. 机械工业出版社 , 1999,(05) 10 周云龙，杨静，窦华荣，尚秋华. 通风机选型软件系统的研制与开发. 水利电力机械 , 2007,(02) 11 颜天伟. 轴流式通风机扩散器电动保护装置研发应用实践.安全与健康 , 2008,(04) 12 孙继平煤矿安全生产综合监控中国矿业大学出版社,，200613 徐益民，林海鹏，赵汗青. PLC在矿井局通风机变频调速系统中的应用. 煤矿机械 , 2004,(12)14 王维.矿用轴流式通风机高小区分布特性分析.煤矿机械，200815 邢庆贵，高凤强对旋风机的改进设计煤炭科学技术 1998 （10）16 喻洪能，吴建蓉对旋式风机自动切换装置的改进设计煤矿机械 200517 白铭声，陈祖苏. 流体机械煤炭工业出版社 , 2005,(07) 18 赵艳志, 杜付.风机应用与节能分析. 发电设备 , 2006,(01)19 郗涛.基于WEB的煤矿通风机选型系统研究. 太原理工大学硕士学位论文 , 2005,(05)20 何荣经再论对旋式矿用局部通风机的现状及若干问题风机技术，2007（1）21 第一机械工业部编风机产品样本吗，机械工业出版社，197322 王运敏中国采矿设备手册下下册，科学出版社，2007 23 谢锡纯矿山机械与设备，中国矿业大学出版社，2005指导教师意见教师签字：年月日开题答辩小组意见：组长签字：成员签字：年月日毕业设计领导小组意见: 组长签字：年月日摘要分析此次通风机结构设计，属于矿用轴流通风机，考虑到开采时会有大量的有害气体溢出，而且包含可能引起爆炸的高浓度瓦斯气体的原因。随着开采深度的增加，气温也要逐渐升高，这些因素对于井下工作人员的身体健康和矿井的安全生产都是极为不利的，更严重的会对井下工作人员和矿井安全产生巨大危害。调查了国内当今的趋势，此设计采用对选矿用通风机，采用两极电机驱动的方式，对对旋风机的优点进行了进一步的了解，故采用对旋风机。根据所给的设计参数及有关的设计要求。具体内容包括：通风方式的选择，总体结构方案的确定，叶轮的设计，疏流罩、扩散器和集流器的设计和选择，通风机消声装置的设计。本次设计更加注意对旋通风机的消音问题，注重了电动机的隔爆设计。关键词:对旋;防暴;轴流通风机;消音器AbstractThe structural design, the ventilator tomography belongs to mine axial fan, considering the mining will have plenty of harmful gases, and can cause high concentrations of gas explosion. Along with the increase of mining depth, temperature will gradually rise, these factors for underground work personnels health and safety of coal production are extremely detrimental to the more serious, the working personnel of underground mine safety hazards and tremendous. A survey of the current trend of domestic, the design of the concentration polarization, with fan motor driving mode, on the merits of the whirlwind machine, the further understanding of cyclone machine.According to the design parameters and design requirements. Contents include: overall selection of ventilation, design, structural design, flow of the impeller, diffuser, and runoff, design and selection of the design of fan silencer. The design of the ventilator to pay more attention to the problem, pay attention to the motor deadened the isolation design.Keywords To spin riot axial fan muffler48目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 选题的意义11.2 国内外现状和发展趋势11.3 设计的主要内容3第2章结构设计方案的选择和确定42.1 结构方案图的选择42.2 比较两种结构的优缺点5第3章通风机总体结构设计103.1 通风方式的确定103.1.1 抽出式通风103.2.2压入式通风103.2 结构方案简图设计123.3 主要结构形式的选取123.3.1 扩散器133.3.2 集流器与流线罩143.3.3 叶轮143.3.4 外壳153.3.5 确定通风机各级风压比153.3.6 选择电动机的功率和型号15第4章叶轮的结构设计184.1 第一级叶轮的设计184.1.1 确定叶轮毂比及轮毂直径184.1.2 确定计算截面204.1.3 叶片几何尺寸的计算204.1.4 叶片的绘制234.1.5 叶轮强度计算254.1.6 键的校核284.2 第二级叶轮的设计294.2.1 确定叶轮毂比及轮毂直径294.2.2 确定计算截面304.2.3 叶片几何尺寸的计算314.2.4 叶片的绘制33第5章主要结构部件的设计选型365.1 集流器与流线罩的设计365.1.1 集流器的设计365.1.2 流线罩的设计365.2 扩散器的设计385.3 通风机轴向间隙和径向间隙385.3.1 径向间隙的计算385.3.2轴向间隙的计算395.4 风筒的选择405.4.1 风筒选用要求405.4.2 局部通风机的风筒选型41第6章消声器的设计42结论44致谢45参考文献46附录47CONTENTSAbstract2Chapter 1 Introduction 11.1 The topic11.2 Status and development trend11.3 The main contents of the design3Chapter 2 The selection of design scheme and structure42.1 Structure scheme selection of diagram42.2Compare the advantages and disadvantages of the two kinds of structure5Chapter 3 Fan structural design103.1 Ventilation103.1.1 Drawer-type ventilation103.2.2In ventilated103.2 Structure scheme design diagram123.3 The main structure form123.3.1 Diffuser133.3.2 Collecting and streamline mask143.3.3 Impeller143.3.4 Shell153.3.5 Determine the ventilator than at wind153.3.6 Choose the motor power and models15Chapter 4 Impeller structure design184.1 The first level of the impeller design184.1.1 Determine diameter wheel rims leaves ratio184.1.2 Determine the computation section204.1.3 Blade geometry size calculation204.1.4 The blade234.1.5 Impeller strength calculation254.1.6 The key284.2 Article 2 the impellers design294.2.1 Determine diameter wheel rims leaves ratio294.2.2 Determine the computation section304.2.3 Blade geometry size calculation314.2.4 The blade33 Chapter 5 The main structure parts design selection365.1 Collecting and streamline cover design365.1.1 Collecting design365.1.2 Streamline cover design365.2 Diffuser design385.3 Fan radial clearance and axial clearance385.3.1 Radial clearance385.3.2The axial clearance395.4 The washroom405.4.1 Hair chooses requirements405.4.2 The selection of local-ventilator hair-dryer41Chapter 6 The muffler design42Theory 44Cause 45Participation in exam 46Attached 47第1章绪论煤矿井工生产是地下作业，自然条件比较复杂。地面空气在进入井下并流经各作业场所的过程中，将掺入有毒有害气体和矿尘，成分逐渐发生变化。同时，由于地热作用，人体和机械的散热、水分的蒸发等，井下空气的温度和湿度都会显著提高，造成不良的气候条件。因此，对矿井必须进行通风。1.1 选题的意义煤矿的生产是地下作业，自然条件比较复杂，当地面空气进入矿井以后，在成份上发生了变化。这是生产过程中产生过程中产生岩尘、煤尘和炮烟，煤和其它物质氧化，人的呼吸以及煤与围岩散发出各种有害气体等，使矿内空气中氧的含量相对的减少，空气的湿度、温度和压力等也发生变化，若空气中氧的含量降低到17%以下时，人在工作时就会感到呼吸急促；降低到6%时，人就有死亡的危险。所以必须利用通风机或自然风压对矿井进行通风。矿井通风的基本任务是：（1）供给井下人员足够的新鲜空气，煤矿安全规程规定，每人每分钟供应空气量不得少于4m3；（2）把有害气体和矿尘稀释到安全浓度以下，并排除矿井：（3）保证井下有适宜的气候条件（及适宜的湿度与温度），以利于工人劳动和机器的运转。矿井通风工作对于保证矿井安全生产，创造良好的气候条件提高劳动生产率，具有十分重要的意义2。矿井新建、扩建或生产时，都要掘进巷道，在掘进过程中，为了供给工作人员呼吸新鲜空气，稀释和排出从煤(岩)体涌出的有害气体、爆破产生的炮烟和矿尘，以及创造良好的气候条件，对掘进工作面进行通风。1.2 国内外现状和发展趋势我国矿用主扇已经历了半个世纪的发展历程。不适合国情的仿制的70B2型曾“统治”我国煤矿30余年。至今仍有煤矿在继续使用这种早已被国家勒令淘汰的产品。随之，国人自行设计制造的2K60和K58型推广应用了不到10年就已停止生产此时引进德国的GAF型主扇技术，以洋品牌的产品形象打入市场。尽管人们称赞此型风机的性能与可靠性，但洋品牌价格太贵，用户难以接受。于是，我国煤矿曾一度出现主扇短缺的被动局面。面对严峻形势，国内风机行业形成了两条战线。一是自主开发。这条战线在认真总结经验教训，大力改进2K60型结构，不断提高K58型制造质量的同时，积极自主地发出2K56新型主扇，以迎接新的机遇和挑战；二是引进国外技术。早已引进的GAF型主扇技术在加快消化吸收的步伐，力争全面实现国产化，降低成本，提高竞争力。随后，某些高等学府和科研院所的某些学者与专家亦开始向对旋矿用主扇进发，他们一方面把对旋风机的研究作为获得学位的课题；一方面将其成果转化为生产力，极力向乡镇、民营乃至国有企业转让技术，从而名利双收。于是，20世纪90年代，特别是1995年以来，我国矿用主扇掀起了一股对旋热。于是，对旋主扇的选型与应用成为煤炭行业的一种20世纪90年代，我国引进日本反旋式扇风机，并开发了低噪声对旋局部通风机系列（压入式）。该系列风机由于其风压高，风量大，噪声低，效率高而被广泛应用于煤矿和矿山工程局部通风。且开发设计者了这样的商业宣传: 压力特性和功、通对其进行用化）设计，其机械和电气规范设计和制造，体积小，质量轻、成本低，坚固耐用、安全率曲线均适合于煤矿采掘通风需求，且按“三化”（系列化、标准化可靠，能够承受相当恶劣运转环境，具有令人满意和足够长时间无需维修的设计使用寿命.现在全国上百家工厂和公司，生产几十种不同型号和规格的矿用局部通风机，并且全国矿用风机形成一股对旋热，而实际上, 我国目前煤矿用局部通风机杂、乱、差，且效率低，噪声高. 全国大小煤矿瓦斯爆炸事故频繁发生.令人担心的是：由于开发设计者对对旋局部通风机没有实事求是地宣传和运作，致使我国矿用局部通风机的开发、生产和推广应用进入了误区。这种通风机只有两个对旋的叶轮，而没有固定式导流叶片。对旋式两级通风机具有与一般两级轴流通风机相同的压力系数和比转数。这种风机的压力系数、流量系数和轮毂相对直径值与一般通风机相同，但其压力曲线稍微陡一些，则更适合长距离通风。当前世界先进工业国家风机产品开发的主要特点是：1.以节能、节约资源为核心，提高单件效率和耐久性，进而提高整个系统的效率。2.加强系统的自动化、事故警报系统的研制，节省维护、监控方面的人力。3.为提高竞争能力，力求包括附属部件在内的产品标准化和组合化。4.进一步加强了对低噪声、低振动技术的研究。5.不断针对新的需要，开发新的产品。6.在工艺上引进柔性制造系统，最大限度地提高产品生产的自动化程度。风机产品大多根据用户需要有不同特性要求，多属小批量生产，特别是一些大型风机产品甚至是单件小批生产，对工艺要求复杂。目前国内生产自动化程度很低，而国外通过研制和采用柔性制造系统，提高了生产的自动化程度。以美国为例，中小风机的生产已全部通过自动线完成，从工艺角度提高了产品质量，降低了产品成本。1.3 设计的主要内容设计的内容及工作量是确定对旋轴流式矿井通风机结构设计总体方案设计，总体结构及其组成，掌握轴流风机工作原理，主要工况参数的意义。完成主要机械部分设计。对旋轴流式矿井通风机过流部件由集流器，叶轮，扩散器等几部分组成。具体设计内容包括：拟定总体结构方案的确定，叶轮的设计计算，疏流罩的设计计算，扩散器的设计计算，集流器的设计计算，壳体的设计，法兰等零件的选型校核。保证设计参数流量达到Q=25m3/s全压达到H=3000Pa。此外还包括设计说明书的编写，对旋轴流通风机的总体结构分析设计，对旋轴流通风机叶轮结构分析设计，外文资料的翻译工作。图纸的绘制工作。包括：总体装配图 1张；第一级叶轮零件图 1张；第二级叶轮零件图1张;第二级风筒结构1张；第2章结构设计方案的选择和确定2.1 结构方案图的选择根据老师所给的任务书，通过查阅图书馆的资料，选择了两种不同的结构设计方案，其结构如下图2-1。 1-集流器;2-隔爆电机;3-第一级叶轮;4-第二级叶轮;5-扩散器图2-1 对旋轴流通风机示意图由上图可知,采用两级电动机带动叶轮,两级叶轮以相反的方向旋转,电机轴直接带动叶轮,大大提高了传动效率,这种对旋风机大范围的应用在矿山机械中,是目前使用较广的矿用通风机.1-主机;2隔爆密闭罩;3-叶轮;4-扩散器图2-2 一般通风机结构示意图2.2 比较两种结构的优缺点这两种方案各自有其优缺点,图2-2，由文献22其特点如下:（1）采用电机与叶轮直连的风机，结构简单，改变了煤矿抽出式轴流风机全部采用皮带轮传动或长轴传动的复杂结构利于运行和维修。（2）该风机配套YB系列的隔爆型三相异步电动机，在电机外面安装全封闭型并具有一定耐压强度的密散热罩，及气压平衡管，使电机始终处于无瓦斯空气中运行，以达到煤矿有关隔爆规程要求。（3） BK系列为单级工作论结构，风机遇扩散器之间设置后导叶，以提高静压效率。该机叶轮最高效率为0.93，全部装置最高全压效率为0.75，因此，效率较高，节能效果显著，采用该机通风比此前实用的多台局扇并联，即以局扇代主或者局群通风可节电0.6-0.8，该机可反转反风，其反风量可达正常风量的0.65-0.85，不必另设反风道，具有节约基建资金和反风速度快的特优点。（4）叶轮的叶片安装角可以调整，可根据生产的要求来调整叶片安装角度，该机采用特殊设计，性能曲线无驼峰，在任何网络阻力情况下，均能稳定运行。由图2-1可以看出，参考文献20可知,对旋风机的特点如下：（1）传动效率高。叶轮直接安装在电机轴上,改变了传统的传动结构,既避免了传动装置的频繁损坏,减少了能量损耗,也提高了风机装置的传动效率,同时也提高了使用效率。（2）对旋轴流通风机最高压力点的压力值较高，一般比普通带后导的轴流风机的压力高1.21.3倍。（3）静压效率高。由于采用对旋结构，减少了两级工作轮之间中的导叶，降低了风机内部阻力损失，提高了风机的静压效率。（4）最高效率高，高效运行范围广。对旋风机比前置导叶两级风机的最高效率高出约8%，比后置静叶型两级普通风机最高效率高4%5%，其高效运行范围广.（5）轴流对旋风机使用灵活。对旋风机两级工作轮分别由两台电机驱动，因而对旋风机对应不同的使用状态，可进行各式各样的组合，使其中一级空转可组成前导加动叶级或动叶加后导叶级，亦可配备一个静叶作为附件，可以调节栅距以实现变风量调节。对旋风机可变转速和两转子的转速比来调节流量，这是对旋风机所特有的。(6) 对旋轴流对旋风机，有良好的逆向送风性能，回风量可达到60%70%的送风量。由于对旋风机可以利用电机的反转反风，既不需建扩散器和扩散塔，也不需建风机房和反风道，施工工艺简单，因此可大大缩短工期。与其他风机相比，其辅助设备少，控制环节少，安全可靠性好，可节约70%的土建工程费但是对于设计对旋风机来说还有问题，问题如下：（1）对旋风机中电动机的散热问题。由于在对旋轴流式通风机中，电机是与叶轮直联，固定于风机中，电机工作在含有高瓦斯浓度的气体之中，所以就无法使用风机中自身风流来散热。而普通轴流式风机，电机置于自由大气中，可以充分利用这个得天独厚的条件。（2）电机的防爆问题。与普通轴流风机的电机放在风机外面相比，相当于把井上主扇送回到井下的恶劣环境中，因此电机要防爆。但是，风机的II级电机隔流腔内可能存在瓦斯超限。随着抽出式对旋风机的投入使用，发现其第一级风机的I级电动机隔流腔内瓦斯浓度达到0.1%0.3%，与周围环境中的瓦斯浓度相同，不存在安全隐患；而其第二级风机的II级电动机隔流腔内瓦斯浓度达到2.2%2.8%，存在着隔流腔内瓦斯浓度超限问题，造成II级电动机周围瓦斯聚集。（3）轴伸端轴承使用寿命短。由于风机叶片产生的轴向力、旋转系统的残余不平衡力、电磁拉力、风量风压变化将产生的推力等，这些风机运转中的径向力、轴向力形成当量动负荷，对轴承寿命威胁是致命的损坏因素。所以靠近电机轴伸端的轴承容易抱轴、烧毁，严重时整个定子绕组被烧毁，这不仅降低了轴承的使用寿命，同时降低了风机的使用寿命。这一点尤其在局扇上较为突出。（4）轴流式通风机后级电机容易烧坏。轴流通风机压力大，通风距离长，通风距离与流量成反比，只要通风距离稍微增大，如果两级叶轮设计的匹配性不好，II级电机负载增加比第一级快，当达到一定通风距离时，虽然两级风机的总功率尚未达到单级的2倍，但是II级电机的负载已远远超出了额定功率，造成II级电机的超载运行，从而导致电机的烧毁。（5）如果没有消声装置，风机的噪声大。在煤矿因为风机的噪声大，而掩埋了其它设备不正常运转声音和其他的的报警声音，从而导致了不少的恶性事件。降低风机的噪声，势在必行。针对以上问题提出的解决措施如下:（1）针对对旋风机中电机散热的问题由风机的工作环境(含有大量瓦斯和煤尘，气体潮湿)决定了电机不能由风机的风流来冷却，而且电机还必须和风机内的爆炸性气体隔离，在这种情况下，经过专家的研究，采用了隔流腔结构。隔流腔的结构如图2-3图2-3 隔流腔结构示意图在上图的结构中，电机被一特殊的密闭腔密闭，使电机不仅能够通过进、出气翼管从风道之外获得新鲜风流来冷却，而且有效地防止了因电气火花点瓦斯而引起瓦斯煤尘爆炸事故。（2）针对电机的防爆问题。针对对旋风机的工作环境，电机的防爆是最重要的问题。当然首先应该选用防爆电机，其次就是隔离电机。隔离同样采取上述结构图中的方式，相对I级主风流道而言，I级隔流腔内气体处于正压状态，主风流道的含瓦斯气体的污风不可能向I级隔流腔泄漏，I级隔流腔内的I级电动机始终处于新鲜风流下工作，不存在安全隐患；而II级主风流道的风流则处于正压状态，远高于II级隔流腔中的静压，因此，II级主风流道中含瓦斯气体的污风可能向II级隔流腔中泄漏，其泄漏有3个途径:隔流腔焊缝不连续、不严实，导致瓦斯从焊缝处内泄;电动机安装面及隔流腔后盖处密封不好，导致瓦斯内泄;电动机轴承处泄漏。前两种情况可以通过加强焊接质量、电动机安装面加强密封等技术措施解决，但对轴承处的泄漏，可以采用负压腔体结构，负压腔安装在II级电动机轴伸端的轴承前端，通过负压腔的安装，可以使II级电机隔流腔内的气压大于流道内的压力，有效的防止了有害气体进入II级隔流腔，解决了II级隔流腔内瓦斯的超限问题。（3）针对电动轴伸端轴承使用寿命短的问题经研究也提出了一些整改措施。对旋风机在运行时轴承不仅承受径向力，尤其对于高压风机轴承还承受着很大轴向力。长期在这种情况下工作就会导致轴承烧坏、抱轴的危险。通过合理设计轴承室的结构，改进轴承结构的方式，合理选用耐高温的润滑脂，来防止轴承的损坏，延长轴承的使用寿命，从而延长了风机的使用寿命。（4）针对轴流式通风机后级电机容易烧坏的问题后级电机容易烧坏，从现场电机烧毁的情况来看，主要原因:一是长距离送风时风量减少，电机冷却效果不好；二是长距离送风时，II级电机的负载增大，超载运行。因此，在解决电机烧毁问题时，必须从这三个方面入手:第一，可以通过提高电动机的散热效果着手，这一点，上面已经阐述过。第二，改进叶型结构，防止电机超载运行。第三，合理分配风机前后两级叶轮的压力负载。改进前后的风机性能功率曲线。由图中可以看出改进设计后，一级风机的最大功率有所增大，而二级风机的最大功率减少，减小的幅度大于一级叶轮增大的幅度。当通风阻力(距离)发生变化时，第一级风机的负载首先达到最大值，然后逐渐减小，而第二级风机的负载随通风距离的增大而增大，直至达到最大值，然后通风阻力再增大时，第二级风机的输出功率将逐渐减少，输出功率最大不超过额定功率的95%，使II级电机输出功率永不过载.（5）针对如果没有消声装置,风机噪声大的问题风机只要运转，就会有噪声，风机的噪声的大小也是衡量一个风机好坏的标准。通风机在工作时，产生的噪声主要包括空气动力性噪声和机械性噪声。其中，空气动力性噪声的强度最大，是通风机噪声的主要成分。空气动力性噪声又包括旋转噪声和涡流噪声。旋转噪声属于偶极子声源，它主要与叶片数和转速有关，其强度大致与速度的10次方成正比。涡流噪声的强度与气流速度的6次方成正比。从通风机噪声产生的机理及其特性可以看出，最优化的气动性能设计是获得最低空气动力性噪声的根本方法。此外，其通流部位的合理设计与匹配不但可以获得较高的效率，而且其噪声也可得到控制。可以通过增加叶栅气动力载荷，尽可能降低圆周速度，适当减小轮毂比，降低轴向速度，不等间距动叶和合理的叶片数，合理的轴向间隙和径向间隙，采用弯掠叶片的方法来降低风机噪声。上面是从声源上控制噪声，为了防止噪声的传播，可以从传播体途径上控制噪声。对于局扇，在通风机辐射的噪声中，其进出口部位辐射的噪声强度最大。抑制这部分噪声最有效的措施是在通风机的进出气口安装消声器。目前在市场上的消声器很多，对旋风机应用较多的是穿孔板消声器。消声材料夹放在风机的内筒和外筒之间，内筒为微穿孔板结构，内筒可以从外筒中抽出，方便消声材料的更换或者清洗。对于主扇，一般采用加装隔声罩或盖风机房。加装隔声罩就是将通风机用密闭的罩包围起来，罩内可加吸声结构，噪声在罩内多次反射，大部分声能被吸收，使噪声大大降低。现场采用较多的是盖风机房，在房内采取隔声、加消声器等措施，这样机房内的噪声虽然较大，但外界噪声则小得多。第3章通风机总体结构设计3.1 通风方式的确定通风机通风按其工作方式不同分为压入式、抽出式二种。3.1.1 抽出式通风抽出式通风是把局部通风机安装在离巷道口10m以外的回风侧。新鲜风流沿巷道流入，污风通过铁风筒由局部通风机排出。在瓦斯矿井中一般不使用抽出式通风。抽出式通风的优点很多：（1）污风经风筒排出，掘进巷道中为新鲜风流，劳动卫生条件好；（2）放炮时人员只需撤到安全距离即可，往返时间短；（3）而且所需排烟的巷道长度为工作面至风筒吸入口的长度，故排烟时间短，有利于提高掘进速度。图3-1 抽出式通风抽出式通风的缺点是（1）风筒吸入口的有效吸程短，风筒吸风口距工作面距离过远则通风效果不好，（2）过近则放炮时易崩坏风筒；（3）因污风由局部通风机抽出，一旦局部通风机产生火花，将有引起瓦斯、煤尘爆炸的危险，安全性差。在瓦斯矿井中一般不使用抽出式通风。3.1.2 压入式通风压入式通风是把局部通风机和启动装置安装在离掘巷道口10m外的进风侧，局部通风机把新鲜风流经风筒压送到掘进工作面，污风沿巷道排出。工作面爆破后，烟尘充满迎头形成炮烟抛掷区。风流由风筒射出后，按紊动射流的特性使炮烟被卷吸到射出的风流中，二者掺混共同向前移动。用于以排出瓦斯为主的煤巷、半煤岩巷掘进通风。其机构如图3-2所示压入式通风的优点:（1）局部通风机和启动装置都位于新鲜风流中，不易引起瓦斯和煤尘爆炸，安全性好；（2）风筒出口风流的有效射程长，排烟能力强，工作面通风时间短；（3）可用柔性风筒，其成本低、重量轻，便于运输，而抽出式通风的风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高，重量大，运输不便。压入式通风的缺点:（1）污风沿巷道排出，污染范围大；（2）炮烟从掘进巷道排出的速度慢，需要的通风时间长。适用于以排出瓦斯为主的煤巷、半煤岩巷掘进通风。图3-2 压入式通风从以上比较可以看出，两种通风方式各有利弊。但压入式通风安全可靠性较好、经济性好、通风距离远等优点。故在煤矿中得到广泛应用。考虑到本风机应用环境为矿井掘进段，瓦斯含量较高并且电动机的散热等都要依靠流动的空气，通风机中的消声材料应避免灰尘大的地方，应在上风端等等因素考虑，故采用压入式。3.2结构方案简图设计采用多段式壳体。已知设计参数Q=25m3/s、全压达到H=3000Pa，一般的矿用轴流式风机主要气动部件有叶轮，外壳，集流器，疏流罩以及出口处的扩散器组成轴流通风机。但对旋通风机两级叶轮使用两个电动机驱动，以电机直接驱动，并且两个叶轮之间互为导叶。将风机叶轮、电动机、集流器、扩散器等分别装各段壳体，壳体与法兰焊接在一起，然后用螺栓将这些零件紧固在一起。对旋轴流的条件下，设计所需风机风压。因此不需要导叶总体的机构设计如图3-3。 1-集流器;2-隔爆电机;3-第一级叶轮;4-第二级叶轮;5-扩散器图3-3 对旋轴流通风机示意图3.3 主要结构形式的选取在进行叶轮叶栅气动设计计算时，必须合理选取叶轮的主要结构参数，如轮毂比，外径，叶片数等，以保证轴流通风机设计所需要的满足的压力，流量得以实现。3.3.1 扩散器轴流通风机级的出口动压在全压中所占的比例比离心通风机大的多，这是因为轴流风机工作时，通风机级的出口气流轴向速度相当大，与之相对应的动压约占通风机全压的30%-50%为了减少轴流风机出口流速，提高静压，同时由于井下的空气潮湿有毒,所以作为扩散器口消声器的吸声材料应具有防潮，防腐和阻燃性质。此外由于通风机的出口处安装扩散器还可以显着降低通风机的排气噪音。一般由锥形筒芯和风筒组成,装在风机出口侧。因此对于对旋的轴流通风机更要加扩散器以减少噪音。（1）扩散筒的形式。扩散筒的结构形式随外筒和芯筒（整流体）的型式不同而异，如图3-4所示。等直径外筒及锥形或等直径整流体，比流线型整流体制造更方便。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。再者通风机的后面还要连接管道，流线体连接管道有一定的不方便。（2）扩散筒的效率22。对于一般通风机，可取（3）扩散筒尺寸的确定。扩散筒的长度L可以按经验公式选择：，式中，L-扩散筒长度，D-扩散筒进口直径。由于后导叶出来的气流，其扭矩很小，故通常认为气流是轴向流入扩散筒。为了保证在扩散筒中流动时流动损失较小，扩散筒的扩压不能太大。图3-4 扩散筒的型式3.3.2 集流器与流线罩集流器与流线罩一起，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和压力场。通风机级的入口条件对于通风机的工作有很大的影响，如果在设计中缺少其中任何一个部件，以及设计不甚合理，都会恶化级的入口条件，使得通风机性能变坏。集流器对于轴流通风机的性能有很大的影响，实验表明没有集流器的轴流通风机比具有集流器的通风机的全压及全压效率分别低10%-12%及10%-15%。有急流气的通风机的流量系数也要增加一些4。集流器是强力风机上的一个关键部件，它是用2mm厚的A3钢板，通过剪板、焊接、翻边制成。由于其直径较大，板厚较薄，在翻边时容易起皱和出现裂纹，这是不允许的。以前生产厂家做了一付工装，焊成喇叭口，将圆弧部分在工装上用手工一点一点敲成的。作用是使气流顺利地进入风机的环行入口信道，并在叶轮入口处,形成均匀的速度场。目前，矿用通风机集流器型线为圆弧形，疏流罩的型面为球面或椭球。这里为了提高通风量和通风效率采用椭圆形的流线罩,集流器为圆弧形。3.3.3 叶轮叶轮是风机的主要部件，决定着风机性能的主要因素是风机翼型，叶轮外径，外径对轮毂直径的比值和叶轮转速。适用于矿用风机的翼型有对称翼型，CLARK-Y翼型，LS翼型和RAF-6E等。叶轮外径和风机轴转速决定圆周速度，直接影响到风机全压。轮毂比与风机比转数有关。一般说来,轮毂比大时,轴向速度Ca增大，叶片数目z和叶片相对宽度b/l(b为弦长，l为叶展)也相应增大,风机的风压系数提高；反之。轮毂比小,多数取0.6，风压系数也较低。叶轮叶片安装角直接影响旋绕速度的增量，影响风机全压。通常，可在1045范围内调整4。这里的选用LS翼型与轮毂直接直接用铝合金铸造而成，之后再进行修整由于叶轮是通风机一个重要的部件因此要对其的加工要有严格的要求。对于一台轴流式通风机而言，叶轮是其核心的部件，也是最难加工的部件，在铸造叶轮的时候为了加强叶轮的强度，因此在叶轮的中心加一个已经用车床车好一个心，这样即加强了叶轮的强度，同时也提高加工的精度，加少了铸造工艺的难度。这样减轻了铸造后的加工量特提高了加工的精度。在材料方面由于近年来镁合金的价格不断地下降因此和铝合金的价格相差不多，但性能却远优于铝合金。其特点是：密度小（1.8g/cm3左右），比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。因此这里选用镁合5A06金进行铸造。3.3.4 外壳对旋通风机的噪音问题也比其它的轴流通风机的噪音大，因此要在通风机的壳体上加装消音装置，以减少通风机产生的噪音对人身体产生的危害。为了减少体积选择把消音材料放在外壳体与内壳体之间，这样能具有良好的消音效果还能不会影响通风机的体积。同时由于我要设计的风机要应用于井下，由于井下的掘进面是一个粉尘很大的空间，通风机的消音材料要求一个小粉尘的工作环境，以发挥其良好的静音效果。风机外壳呈圆筒形,重要的是叶轮外缘与外壳内表面的径向间隙应尽可能地减小。这样也会降低风机的噪音。3.3.5 确定通风机各级风压比风机的风压比是决定各级叶轮和导叶的主要参数之一。通常，前后两级叶轮分别用等功率、等转速的电动机驱动，因而他们的转速比n1/n2=1.对旋轴流通风机的全压为两个叶轮全压之和，从合理分配前后两级叶轮的压力负载角度看，两个叶轮最佳的理论全压各位通风机理论全压的一半，这样设计不仅能够保证通过两级叶轮气流比较平稳，满足对旋轴流通风机气流的连续性条件，有利于提高风机的全压效率，因此两个叶轮的全压各为通风机全压的一半。3.3.6 选择电动机的功率和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，一般。选择电动机YB250M-2,技术数据如下：额定功率为55KW效率91.5%功率因数0.89电流59.1A转动惯量=1.0096K表3-1 方案的选择结果n/(r/min)2970备注/Pa1500341级型式K+K0.32由级型式的范围0.85计算D/m0.56圆整D/m0.6按文献7/（m/s）93轴流通风机提高转速可以减少叶轮直径及机器尺寸，并有利于提高通风机的效率。但是转速的提高也受到一定的限制。如果提高转速使通风机的比转速增加，有可能得不到合理的通风机级数，而且增加了圆周速度，从而使通风机噪音增加。对于对旋通风机级数一般为两级，在机械设计中在满足要求的情况下机械结构越简单越好，因此先选择两级的形式。圆周速度是轴流通风机设计中的重要参数之一。实践表明，提高轴流通风机的圆周速度，可以提高风机的全压H。实验证实，叶轮叶顶圆周速度=(60-100)m/s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ut10成正比，而涡流噪音与ut6成正比 4。叶轮直径D是轴流通风机的一个重要结构参数，其大小直接影响通风机的性能和结构。常用的一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D与全压H、流量、及转速n之间存在一定的关系，即与通风机的比转速ns存在一定的关系。分别计算各种预选方案中通风机的计算比转数ns，由比转数ns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D，然后圆整为标准直径，在求出其叶顶圆周速度。具体计算结果列与上表3-1。当设计参数给定后，可计算出比转数，根据比转数的大小即可决定采用哪种型式的通风机4。计算流量系数= = 0.95 计算全压系数 =0.3 第4章叶轮的结构设计4.1 第一级叶轮的设计4.1.1 确定叶轮毂比及轮毂直径在轴流通风机中，叶轮轮毂直径通常用它的相对值来表示，称为通风机的轮毂比。当通风机的比转数为341时，可选用=0.6。按表4-1当=0.3时=0.5-0.6.取=0.6是合适的。表4-1 不同全压系数时所推荐采用的轮毂比0.20.2-0.40.40.35-0.450.5-0.60.6-0.7由此得到叶轮轮毂直径=0.60.6=0.36m （4-1）为判断叶轮叶片和后导流器根部是否会发生气流分离，应该验算是否所取的轮毂比：求得通风机的轴向速度 m/s （4-2）则得到通风机的无因次轴向速度为（4-3）由表3-1的计算结果得到通风机的全压效率=0.85，则通风机的理论全压系数为：（4-4）最佳计算参数，查得。4可计算出第一级风机叶轮的计算函数为（4-5）可以计算叶轮的最小允许轮毂比为（4-6）由于所决定的轮毂比,所以满足叶轮的最小允许轮毂比。对于导流器，可计算函数为：（4-7）可以得到导流器的最小允许轮毂比为：（4-8）由于所决定的轮毂比=0.6，所以在后导流器叶片根部也不会产生气流分离4.1.2 确定计算截面将整个叶片分成5个计算截面，其中相对半径为（4-9）其它计算截面半径可按（4-10）式中第个计算半径；从轮毂截面算起的计算截面序号， =1，2，N； N计算截面数，常取5-7个。各计算截面叶片环气流参数和空气动力负荷系数计算，各计算截面的空气动力负荷系数均未超过1.0，所以按孤立。翼型法设计是合适的。4.1.3 叶片几何尺寸的计算计算结果列于表4-2中。选用LS翼型，该翼型的性能曲线可见是光滑的，翼型的断面坐标值列于表4-4。根据前述对翼型相对厚度的选取原则，在叶根及叶顶截面分别为0.1 和0.8，中间各截面的可按直线规律变化，通过差值计算得出。叶根及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，通过差值计算得出。对于叶片数目的选择计算，由表4-3，当时，Z=6-12。又由式（4-11）当=0.5-0.7时，=0.9-1.54 所以取Z=8。表4-2 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12345m0.1800.2160.2470.2750.3m；0.60.720.820.921m为叶轮半径m/s55.9567.1476.7885.4893.26r/minm/s26.2821.9019.1517.2015.76等环量设计时沿叶高为常数m138.26138.26138.26138.26138.26等环量设计时沿叶高为常数m/s144.74149.24153.73158.17162.50C1u=0()72.8067.8864.0760.9458.300.360.300.250.220.20续项目及公式单位计算截面备注123451.0250.870.350.230.660.600.540.480.43中间各界面差值计算m0.350.320.290.250.231.030.940.910.890.87()6.536.215.925.685.46()79.3374.0969.9966.6263.76mm82.57567.56053.8mm8.37.56.86.05.4表4-3 叶片数目与轮毂比之间的关系0.30.40.50.60.7Z2-64-86-128-1610-204.1.4 叶片的绘制根据所选择的翼型坐标，计算结果列于表4-4中。表4-4 弦长b在叶栅额线及叶栅轴向方向的投影B投影单位相对半径0.600.720.820.921.00mm81.172.163.455.148.3mm15.320.623.123.925.3各计算截面翼型的重心坐标、中心距翼型前后缘的距离在叶栅额线及叶栅轴向方向的投影列于表4-5中。表4-5 气流参数及叶片几何尺寸沿相对半径的变化项目单位相对半径0.600.720.820.921.00mm36.733.430.026.723.9mm3.53.22.92.52.3mm3632282521mm6.89.210.310.610.9mm45.140.135.430.127.3mm8.510.412.813.314.4LS翼型的原始翼型为英国LS螺旋桨翼型，后来稍加修改用于轴流通风机。其坐标如表4-6所示。表4-6 LS翼型断面坐标值距前缘点距离5102030405060708090上表面坐标59.1278.696.110099.196.187.374.757.236.9 计算出各计算截面的翼型向何尺寸，翼型重心位置等，最后结合各计算截面上的叶片宽度和叶片安装角即可绘制各计算截面的叶片翼型图。上述计算结果实际上给出了不同半径上长度为的叶片，将这些叶片依次组合在一起便构成了一个完整的叶片。如图4-2。 LS翼型图如图4-1所示图4-1 LS翼型结构图图4-2 计算截面图4.1.5 叶轮强度计算轴流通风机的叶轮旋转，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那么，如果叶片截面轮廓线是按弦长b及厚度c线性变化的，叶根截面面积为则叶轮半径r处的叶片截面积为（1+k1x）2（1+k2x） (4-12)整个叶片的体积V（单位为m3）按下式计算 (4-13)叶片质心与叶轮旋转中心距离（单位为m） = (4-14)计算叶片所受的离心力（4-15)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，应根据文献4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：B=0.102m，m, m,m,m。可以得到 =6.0105N通过CAD软件计算叶根截面面积。60MPa式中为5A06的拉伸极限强度。所以叶轮选择5A06可以满足条件。4.1.6 键的校核选用键1850(GB/T 1095-1979)，其机构如图3-5所示键的尺寸为b=18mm,h=7mm,a=60mm，l=50mm。1. 计算键的剪切力：式中键所传递的扭矩，N/ m2；轴径，m；键的宽度,m；剪切应力,N；图3-5 键结构简图键的许用剪切应力，一般键为45号钢，可取。可知键是安全的。2. 计算键的挤压应力： N/m2 许用挤压应力，一般应按轮毂材料进行校核，因为轮毂材料的许用挤压应力较键的要求，45号钢的许用挤压应力可取键的选用符合设计要求。电动机的轴是经过校核的，所以不用再虑，所以电动机轴上的键也是安全的4.2 第二级叶轮的设计4.2.1 确定叶轮毂比及轮毂直径在对旋通风机中前后两级叶轮由于在同一个风筒能工作因此叶轮的轮毂比保持一致=0.6，轴向速度相等。但前后两级叶轮所处的环境不相同因此还要进行下面的计算。为判断叶轮叶片和后导流器根部是否会发生气流分离，应该验算是否所取的轮毂比：则得到通风机的无因次轴向速度由式3-3为最佳计算参数，查得取 n1= -0.6。4可计算出第二级风机叶轮的计算函数为可以计算叶轮的最小允许轮毂比由式4-6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由式4-8为：由于所决定的轮毂比=0.6，所以在后导流器叶片根部也不会产生气流分离4.2.2 确定计算截面将整个叶片分成5个计算截面，其中相对半径由式4-9为其它计算截面半径可按式3-10计算各计算截面叶片环气流参数和空气动力负荷系数计算，各计算截面的空气动力负荷系数均未超过1.0，所以按孤立翼型法设计是合适的。4.2.3 叶片几何尺寸的计算计算结果列于表4-7中。选用LS翼型，该翼型的性能曲线可见是光滑的，翼型的断面坐标值列于表根据前述对翼型相对厚度的选取原则，在叶根及叶顶截面分别为0.1和0.8，中间各截面的可按直线规律变化，通过差值计算得出表4-7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12345m0.1800.2160.2470.2750.3m0.60.720.820.921.0m为叶轮半径m/s55.9567.1576.7885.4993.26r/minc1um/s-26.28-21.90-19.15-17.20-15.78m/s26.2821.9019.1517.2015.78等环量设计时沿叶高为常数m138.26138.26138.26138.26138.26等环量设计时沿叶高为常数m/s154.56158.79163.01167.23171.30C1u为常数()63.4560.5458.0155.7553.81（续）项目及公式单位计算截面备注123450.340.280.230.210.181.0250.870.330.300.270.240.210.370.410.420.430.45中间各界面的差值计算m0.3270.3020.2710.2490.2291.0390.9280.8480.8430.786()6.506.316.145.905.40()69.9566.8563.1561.6558.82mm52.958.660.061.464.3mm5.35.96.06.26.5叶根及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，通过差值计算得出。对于叶片数目的选择计算，由表3-3，当=0.6时，Z=6-12。又由式4-11当=0.5-0.7时，=0.9-1.54 所以取Z=7。4.2.4 叶片的绘制根据所选择的翼型坐标，计算结果列于表4-8中。表4-8 弦长b在叶栅额线及叶栅轴向方向的投影B投影单位相对半径0.600.720.820.921.00mm49.7053.9054.5356.0457.10mm18.1423.0427.1029.1633.29根据计算所得到的上述数据，绘制各计算截面的翼型，如图4-2所示。计算出各计算截面的翼型向何尺寸，翼型重心位置等，最后结合各计算截面上的叶片宽度和叶片安装角即可绘制各计算截面的叶片翼型图。上述计算结果实际上给出了不同半径上长度为的叶片，将这些叶片依次组合在一起便构成了一个完整的叶片。为了改善叶片的受力情况，可把各计算截面上的翼型重心都放在同一个径向线上，绘制出各截面翼型的投影，并用光滑曲线连接，便可得到叶片的投影图。根据表4-6的LS翼型断面坐标值。对旋通风机前后的叶轮选用相同的翼型，相同的材质。表4-9 气流参数及叶片几何尺寸沿相对半径的变化项目单位相对半径0.600.720.820.921.00mm23.5426.026.7027.3229.62mm2.22.42.52.62.8mm22.0722.723.324.025.34mm8.1010.2212.0612.9715.34mm27.6330.231.232.0433.12mm10.0412.8215.0416.2017.85第5章主要结构部件的设计选型5.1 集流器与流线罩的设计集流器与流线罩一起组成光滑的渐缩形流道，如图5-1所示。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，能在轴流通风机的入口前面建立起均匀的加速场和压力场。5.1.1 集流器的设计集流器的型线一般为圆弧或者双曲线。对于圆弧型集流器，当圆弧半径与叶轮直径之比=0.2时，其损失系数已很小，约为0.03；当=0.3时可以忽略其损失。因此设计集流器尺寸如下：圆弧半径集流器长度集流器外径这里取，。5.1.2 流线罩的设计流线罩的功用在于和集流器一起组成光滑的渐缩形流道，以保证优良的轴流通风机的进气条件，流线罩的有无，以及它的形状，对轴流通风机性能是有影响的，尤其是当通风机的轮毂比较大时，试验表明，由文献10可知,设计良好的流线罩可使轴流通风机的流量增加10%左右。流线罩通常为半球形或流线型。半球形流线罩的型线等于轮毂半径，如图5-1所示。流线型流线罩的型线是一种理想的形状，但轴向长度大些。由于所设计风机的半径较小，为了提高通风机的效率，这里采用流线体型的流线罩。半球形流线罩的线型半径等于轮毂半径：m1.集流器 2.整流罩 3.风筒图5-1 集流器与流线罩在轴流通风机中的配置表5-1流线体型线坐标X/l(%)01.252.5510203040（%)024.834.848.466.28696.8100计算流线体的坐标列于表5-2中。表5-2流线体型坐标X(mm)06.2512.52550100150200(mm)044.6262.6587.1129.2154.8174.3180 图5-2流线形整流体5.2 扩散器的设计扩散筒尺寸的确定。扩散筒的长度L可以按经验公式选择：，式中，L-扩散筒长度，D-扩散筒进口直径。m5.3 通风机轴向间隙和径向间隙5.3.1 径向间隙的计算径向间隙对轴流通风机的丫头和效率有很大影响，为此应使相对径向间隙尽可能的小（图5-3）。实践证明，当时，间隙可能已被环断面的附面层所阻塞，因而对效率的影响不大。当时，人们发现级效率将下降2%，压头将减少4%。合适的径向间隙可以通过下述方法来保证：图5-3 径向间隙1）对于叶片顶端附近的机壳内壁进行加工，可使控制在1%以下，但是在制造技术优良时，即使机壳内壁不进行加工，亦可得到较小的径向间隙。2）对叶片顶端进行加工。3）控制叶片顶端的径向跳动。4）叶轮中心与机壳中心要保持同心。所以，其单侧径向间隙应在叶轮直径为：在径向间隙尽量小的情况下，选径向间隙为mm。5.3.2 轴向间隙的计算在叶栅之间保持一定的轴向间隙，主要是为了保证其后的叶栅有均匀的进气，消除彼此间的影响，否则将恶化各自的工作条件。不均匀的气流可能作为噪声源，引起后面的叶片振动。反之，将会使轴向间隙过大，会使轴向尺寸过长。所以轴向间隙的大小将会对风机的噪声，振动产生巨大影响。设计时可取：b弦长图5-4 轴向间隙5.4 风筒的选择5.4.1 风筒选用要求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，以降低风阻，减少漏风，节约通风电耗。5.4.2 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Q通、局部通风机全压H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。第6章消声器的设计高的噪声不仅影响工人的健康，而且常掩蔽井下安全警报信号造成事故，所以对局扇的降噪声研究具有十分重要意义。在局扇噪声产生的机理基础上，从噪声源和传播途径上控制局扇噪声的方法。对于转速高大2900rmin，噪声高达95dB(A)以上的局扇，要使噪声降到85dB(A)以下，确实很难。因此还必须再考虑从传播路径上来控制噪声。由于局扇噪声的辐射部位主要是进、出气口和机壳。因此，在传播路径上对局扇实施噪声控制时，应同时考虑进、出气口和机壳的辐射。从局扇气动噪声产生机理可知，合理的气动设计是获得低气动噪声最根本的方法，通流部件结构参数的合理选择配匹不但可获得高的效率，而且相应的噪声水平也低。因此，在局扇的降噪设计和改造中主要应考虑以下几方面：（1）进风口元件结构的合理设计，集流器的圆弧半径太小，使气流进入集流器时不能均匀加速，不均匀的进风口流场不但流动阻力增加，而且会使主扇的噪声提高。若采用两段圆弧构成的喇叭口，增大集流器的圆弧半径，并适当改变整流罩的锥度，可使气流在集流器和整流罩之间均匀加速。（2）减少动叶叶尖与机壳间的间隙由于动叶叶尖与机壳间的间隙的存在，使动叶吸力面与压力面之间产生压差流动，它形成叶尖涡流并产生澡流噪声。减小叶尖与机壳间的间隙，可使分离的涡流在叶尖处产生的力波动和间隙回流减弱，同时使作用于随后叶片的干扰力减弱，从而降低噪声（3）合理的动叶与静叶间的轴向间距。合理的动叶与静叶间的轴向间距在局扇运行时，气流与叶片作相对运动时，叶片后缘的气流尾迹中，速度及压力均小于主流区，使叶栅后的气流速度与压力分布皆不均匀。这种不均匀的流谱在旋转。如果在动叶之后有静叶，则这种非稳定流动与静叶相互作用将产生噪声。动叶与静叶间的距离愈近，噪声愈烈。在J B T 5 1 - 1 局扇上试验表明，将动叶与静叶间的轴向相对间距从4 % 增大到7 . 5 % ，可使噪声降低3 d B（A ）。试验还表明，当( s 增大到1 后，降噪不明显。但应指出的是，轴向相对间距过大，会对局扇的气动性能产生较大影响。（4）在主扇进、出气口安装消声器。在主扇噪声中，进、出气口辐射的空气动力性噪声强度最大，所以控制主扇的噪声，首先应将这部分噪声降下来。由于主扇在井下使用时为压入式通风，噪声的主要辐射部位在风机的进口，所以一般在进气口安装消声器。目前在种类繁多的消声器中，使用在主扇上最多的为阻性消声器、微穿孔板消声器两大类。由多孔吸声材料制作的阻性消声器主要吸收中高频噪声，对以中高频噪声为主的局扇，有很好的降噪效果，但在多粉尘而且潮湿的井下环境，会使多孔吸声材料受潮，同时，粉尘充塞吸声材料会降低其吸声性能。因此，必须对多孔吸声材料必须作防水防潮等处理，而且要设计成装拆方便的结构，以更换吸声材料。微穿孔板消声器一般设计成双层结构以克服其吸声底谷，双层结构的微穿孔板消声器几乎在全频带上都有较好的降噪效果。但它的缺点是制造工艺相对复杂、在井下多粉尘的环境工作时微孔容易阻塞而影响降噪效果。因此，一般也应做成装拆方便的结构。与阻性消声器比较，其降噪效果受气流速度的影响较小，拆卸后可用水清洗微穿孔板或用压缩空气将粉尘除去，而对降噪不产生影响。若对微穿孔板的结构参数进行优化，可达到较好降噪效果。为了对局扇的气动性能不产生大的影响，一般在两类消声器的入口均加锥型的导流装置，导流装置的骨架设计成穿孔板结构，并在导流装置内填充吸声材料。结论针对矿井通风中局部对旋通风设备存在的效率低，噪声大的问题，立足于现有的设计计算条件和近年来发展的设计方法，对旋式风机进行系统的设计。针对对式轴流风机的结构特点，系统分析了此类风机的气动设计的基本方程、两级的匹配条件、及工作特点，对对旋式风机进行工程设计理论。结合工程设计方法的特点，采用将孤立翼法进行设计。随着煤矿机械化采煤的发展，开采速度加快，对矿井通风的要求越来越严格，对局部风机的需求量还会增加，所以矿用对旋轴流通风机的设计是符合市场需要的。对旋轴流通风机主要由电动机、叶轮、流线体、集流器和扩散器几大部分组成。定子部分主要由叶轮、电机轴等组成，通过键、电动机轴直接把转子连接起来，电机直接将动力传动到传动叶轮，进而将动力传个流体。叶轮采用干板压制而成，这样在保证强度要求的条件下可以有效减少叶轮质量，以降低成本，提高效率。同时为了防止叶轮由于偏心和壳体摩擦产生火花，所产生的严重隐患，在叶片和壳体上安装了有色金属层，以避免产生火花。导轮采用铸钢材料，可以保证和壳体的焊接强度。通风机的入风筒内安装流线体和扩散器，可以改善流体的流道，提高工作效率。通风机的出风筒内安装扩散器，可以降低风机流出流体的无用功，提高效率，同时还有利于降低噪音。壳体采用分段设计，便于拆卸和维护及风机之间的连接。本设计的最大创新之处是壳体采用消材料，可以有效降低噪声。在设计中，拟定多种结构方案进行对比，计算各种方案的可行性，选择能够满足设计题目的方案，在叶轮的设计方面采用孤立翼型法进行设计计算。最后校核各零部件的强度满足设计的要求。本设计主要面

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