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机械毕业设计全套
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JX04-207@矿用轴流式通风机结构设计,机械毕业设计全套
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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： nts nts 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 nts 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nts 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 25m3 /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 nts 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nts 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 nts 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 ,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 . 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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 100 300 帕，效率仅为 15 25，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； nts （ 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）、nts 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nts 转噪声的强度大致与圆周速度的 5 6 次方成比例。当圆周速度增大一倍时，声压级将增加 10 15 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 2900r min，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 (1 2)。 (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nts 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。 nts I 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 nts II 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 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 muffler nts III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 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 nts IV 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 nts V CONTENTS Abstract . II Chapter 1 Introduction . 1 1.1 The topic . 1 1.2 Status and development trend . 1 1.3 The main contents of the design . 3 Chapter 2 The selection of design scheme and structure . 4 2.1 Structure scheme selection of diagram . 4 2.2Compare the advantages and disadvantages of the two kinds of structure . 5 Chapter 3 Fan structural design . 10 3.1 Ventilation . 10 3.1.1 Drawer-type ventilation . 10 3.2.2 In ventilated . 10 3.2 Structure scheme design diagram . 12 3.3 The main structure form . 12 3.3.1 Diffuser . 13 3.3.2 Collecting and streamline mask . 14 3.3.3 Impeller . 14 3.3.4 Shell . 15 3.3.5 Determine the ventilator than at wind . 15 3.3.6 Choose the motor power and models . 15 Chapter 4 Impeller structure design . 18 4.1 The first level of the impeller design . 18 4.1.1 Determine diameter wheel rims leaves ratio . 18 4.1.2 Determine the computation section . 20 4.1.3 Blade geometry size calculation . 20 4.1.4 The blade . 23 4.1.5 Impeller strength calculation . 25 nts VI 4.1.6 The key . 28 4.2 Article 2 the impellers design . 29 4.2.1 Determine diameter wheel rims leaves ratio . 29 4.2.2 Determine the computation section . 30 4.2.3 Blade geometry size calculation . 31 4.2.4 The blade . 33 Chapter 5 The main structure parts design selection . 36 5.1 Collecting and streamline cover design . 36 5.1.1 Collecting design . 36 5.1.2 Streamline cover design . 36 5.2 Diffuser design . 38 5.3 Fan radial clearance and axial clearance . 38 5.3.1 Radial clearance . 38 5.3.2 The axial clearance . 39 5.4 The washroom . 40 5.4.1 Hair chooses requirements . 40 5.4.2 The selection of local-ventilator hair-dryer . 41 Chapter 6 The muffler design . 42 Theory . 44 Cause . 45 Participation in exam . 46 Attached . 47 nts 1 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nts 2 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。nts 3 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； nts 4 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 nts 5 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 1.2 1.3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 nts 6 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 nts 7 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 。 nts 8 （ 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。 nts 9 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。 nts 10 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 nts 11 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
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