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山东科技大学学士学位论文 摘摘 要要 通风机是用于输送气体的机械 广泛应用于矿井 隧道等通风 引风 装置中 这使得对风机技术的研究具有较强的实际意义 世界各国对通风 机需求逐年增加 在传统的传统的设计方法中存在不少问题 设计方法比较复杂 计算 量大 又不便于计算机编程处理 从而导致计算结果误差较大 设计出的 通风机效率较低 本设计对传统设计方法的改进 运用计算机编程进行设 计 减小了设计误差 提高了风机效率 对选择的流量和压力参数进行分 析 设计一台大型普通两级轴流式矿用通风机 本设计重点对两级普通轴流式通风机的动叶和动叶轮以及导叶的设计 及动叶片和轮毂的强度校核 其次对该通风机的主风筒 集流器 扩散器 进行了设计计算 并对支杆和轮盘进行强度校核 关键词关键词 轴流式通风机 叶轮 强度校核 山东科技大学学士学位论文 I AbstractAbstract Fan is used to transport gas machinery widely used in mines tunnels ventilation air device which makes the study of fan technology with strong practical significance The world to the increasing demand fan In the traditional design method of the traditional design method of the existing problems more complex large amount of calculation and not easy to handle and computer programming calculation results the design of the error ventilator low efficiency the design of traditional design method using computer programming design reduces the design error improve efficiency Fan The choice of flow and pressure parameters are analyzed and the design of a large common axial mine ventilator two levels Focus on two levels of common axial fan and move the guide vane impeller and design and the blade wheel and intensity Next to the washroom collector of the ventilator diffuser and the design calculation of roulette lbb3530 50 enable delegates and check intensity Key words axial fan impeller intensity examination 山东科技大学学士学位论文 II 目录目录 摘摘 要要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 1 1 绪绪 论论 1 1 1 1 通风机的国内外发展状况 1 1 2 通风机性能参数和研究的目的 4 1 3 通风机的工作原理及结构 5 2 2 通风机总体方案设计通风机总体方案设计 8 8 2 1 通风机设计的原始数据 8 2 2 通风机总体方案设计 9 2 3 通风机总体结构布局 10 3 3 动叶片的设计动叶片的设计 1212 3 1 通风机结构参数选择 12 3 2 风机主要结构参数的计算 16 3 3 设计方法概述 17 3 4 孤立叶型设计法 17 3 5 叶栅设计法 19 4 4 辅助件的结构设计及选型辅助件的结构设计及选型 3131 4 1 支杆强度校核 31 4 2 叶轮轮盘的选型 43 5 5 通风机其他结构设计通风机其他结构设计 5050 5 1 主风筒结构设计 50 5 2 集流器结构设计 51 5 3 整流体和扩散筒 52 经济性可行性分析经济性可行性分析 5454 山东科技大学学士学位论文 III 总结总结 5555 参考文献参考文献 5656 致谢致谢 5858 附录一附录一 叶栅图叶栅图 5959 附录二附录二 计算机编程计算机编程 6060 附录三附录三 英文文献及翻译英文文献及翻译 6767 山东科技大学学士学位论文 0 1 1 绪绪 论论 1 11 1 通风机的国内外发展状况通风机的国内外发展状况 从通风机发展的历史看 轴流通风机比离心通风机发展的要晚些 在 19 世纪末已应用于生产 由于轴流式通风机具有风量系数大 压力系数小 通风效率高等特点 所以在国内外很多矿山采用轴流式通风机作为矿井通 风系统的主扇风机 轴流式通风机应用的早期由于受到工业水平和技术手 段的限制 其理论和实验研究都不够深入 产品的性能也非常低下 20 世 纪初期 随着航空工业的迅速发展 对机翼理论进行了大量的实验研究 其研究成果极大地促进了轴流式通风机的发展 17 1 1 11 1 1 通风机的国内发展通风机的国内发展 新中国建立以前 我国风机制造工业几乎是空白 只有少数几个大城 市有一些修配厂 大部分风机依赖进口 新中国成立后 风机制造工业获得迅速发展 在第一个五年计划期间 先后建立了一些专业工厂 开始大量生产风机 1958 年后 在沈阳 上海 北京 天津 广州 重庆 武汉等地又陆续兴建了一批风机制造厂 50 年 代我国风机行业基本上是采用苏联产品或按苏联图纸生产 60 年代我国开始自行设计和仿苏产品的制造 在国务院科学规划委员 会机械组的指导下 分工协作 设计新品种 进行定型与标准化工作 同 时迅速采取措施以提高现有产品质量 大大地促进了我国风机设计制造技 术的提高 70 年代我国自行研制了许多风机产品 联合设计水平不断提高 引进 国外风机专利生产技术 消化吸收 试制 使风机产品水平大幅度提高 山东科技大学学士学位论文 1 80 年代 引进国外风机先进技术见成效 使我国的透平压缩机和大型 通风机跨入世界八十年代先进行列 进入 90 年代以来 我国风机行业得到更大的发展 风机行业完成的总 产值迅速增长 1999 年国家机械工业局系统内 61 家生产企业不变价工业总 产值为 26 14 亿元 出口交货值 17587 万美元 实现销售收入 25 45 亿元 风机的产量和技术基本上满足了国民经济各部门的需要 有些产品已达到 或接近国际先进水平 近年来中国风机行业已研制一系列高效新型风机 特别是随着引进技 术的不断消化与完善 上鼓 沈鼓 成都电力机械的电站风机 上风的隧 道风机 四平 重通的高温风机 北京西山 沈鼓 上鼓的工业锅炉风机 等逐渐得到用户的认可 这给工厂带来极大的经济效果 但中国仍有多种 低效旧风机需要更新换代 新推广的风机也有待于进一步完善 因此 中 国应该不断提高风机产品质量 稳定市场需求 还要积极引进先进技术 提高技术开发能力 以经济规模促进风机企业发展 所设计通风机其结构如下 123456 78 9 图 1 1 结构图 1 集流器 2 整流罩 3 叶轮 4 导叶 5 后级叶轮 6 后导叶 7 整流体 8 机壳 9 扩散筒 山东科技大学学士学位论文 2 2 2 通风机总体方案设计通风机总体方案设计 本设计达到的性能指标 风机设计完成后 安装角可以在 0 到 60 之间 变化 在设计工况点叶栅的设计效率可以达到 88 风压在设计工况点能 达到 6400pa 流量在设计工况点能达到 120m3 s 2 12 1 通风机设计的原始数据通风机设计的原始数据 矿用轴流风机一般为对旋式和普通轴流风机两种 对旋式风机结构紧 凑 但是效率低于普通轴流式风机 为适应国家政策 节约能源 选择设 计的总体形式为普通轴流式风机 由于所选定设计参数中 压强高于 4900Pa 根据已有经验 选择动叶可调的两级轴流风机 6 叶轮设计方案的筛选 是在满足给定的设计参数条件下 确定叶轮直 径 工作转速和轮毂比匹配的可行方案 设计计算时 首先把给定参数转 换成标准进口状态的参数 根据压强系数或比转速 进行方案选择 方案 筛选应满足如下判据要求 32 5 单独叶轮级 s n 0 15 0 25 或 20 8 32 5 叶轮加后导叶 s n 0 25 或 14 5 20 8叶轮加前导叶 s n 符合上述判据要求者 保留 不符合上述判据要求者 去除 出口流道部分 其作用是把叶轮后出口气流的动能转换成压强 2 22 2 通风机总体方案设计通风机总体方案设计 1 通风机总体方案设计 个富裕系数 k 1 05 作为选择电动机功率的参考值 2 动叶片的设计 山东科技大学学士学位论文 3 设计计算 3 动叶片的强度校核 动叶片在工作中受力如下 处 动叶的危险部位 3 4 动叶片结构和轮毂的结构设计 便 5 轮毂强度校核 当叶片中心线与轮毂中心截面不共面的时候 要进行附加弯矩的计算 6 主风筒设计 分结构 7 进出风筒的设计 进组成 出风筒由扩散器和芯筒组成 2 32 3 通风机总体结构布局通风机总体结构布局 集风器 减压 轴流风机的 30 35 如图 2 2 所示 山东科技大学学士学位论文 4 图 2 1 轴流风机叶轮 3 3 动叶片的设计动叶片的设计 3 13 1 通风机结构参数选择通风机结构参数选择 3 1 13 1 1 电动机的选择电动机的选择 风机在设计工况下运转时的轴功率为 式 3 1 0 N M pQ 1000 式中 流量 全压升 全压效率 传动效率 Q p M 所需要的电动机功率为 1 0 1806 84 KW 式 0 1 8NkN 95605 1 3 2 择直联传动形式 3 1 23 1 2 风机主要结构参数选择风机主要结构参数选择 在进行叶轮叶栅气动设计时 必须合理地选取叶轮的结构参数 如轮 毂比 叶片数 和外径等 z t D 0 5 0 1 0 90 80 70 6 0 3 0 2 0 5 0 6 0 9 0 8 0 7 图 3 1 轴流通风机压强系数和效率随轮毂比的变化曲线 山东科技大学学士学位论文 5 根据大量试验的统计结果 与的关系如图 3 2 所示 s n 203080706040 0 2 0 3 0 7 1 0 0 8 0 9 0 6 0 5 0 4 s n 图 3 2 轴流通风机轮毂比随比转速的变化曲线 3 23 2 风机主要结构参数的计算风机主要结构参数的计算 3 2 13 2 1 计算比转数计算比转数ns 75 25 2 6400 120 1000 4 3 2 1 s n 3 2 23 2 2 确定叶轮外径确定叶轮外径及轮毂比及轮毂比Dt 由图查图 3 2 和图 3 3 根据标准系列 GB3235 82 选取轮毂比 s n 0 64 1 82 u K 3 33 3 设计方法概述设计方法概述 轴流式通风机的传统设计方法主要有两种即 孤立叶型设计法和叶栅 设计法 孤立叶型法叶栅中的升力系数并不等于孤立叶型得值而且一般相 山东科技大学学士学位论文 6 差较大 这时就必须采用叶栅设计法 以提高设计准确度和风机效率 3 43 4 孤立叶型设计法孤立叶型设计法 主要结构参数上面已进行了选择和计算 下面进行叶型参数设计计算 首先确定环截面叶型的重心 应位于同一半径上 3 53 5 叶栅设计法叶栅设计法 3 5 13 5 1 叶型参数的设计计算叶型参数的设计计算 首先确定环量设计 的单位为 mm f 1 A1 2 A2 R R 图 3 5 单圆弧形叶型中心线 式 3 32 12 tg 44 60 30 08 3 170 450 016 c f c 叶型安装角 A 式 3 33 12 A tg 239 90 1 3650 280 005 c 有了各个栅面的安装角 就可以知道各个栅面之间的相对扭转角 中 A 山东科技大学学士学位论文 7 4 4 辅助件的结构设计及选型辅助件的结构设计及选型 4 14 1 支杆强度校核支杆强度校核 4 1 14 1 1 动叶片的结构设计动叶片的结构设计 设计叶片结构 使动叶片做成中空的全封闭的形式 叶片的材料选用 Q235 支杆的材料可根据其强度大小进行选择 4 1 24 1 2 支杆的强度校核支杆的强度校核 轴流式通风其进行具体分析 受力分析 1 1 由离心力引起的应力 强度要求 4 24 2 叶轮轮盘叶轮轮盘的选型的选型 4 2 14 2 1 叶轮结构设计叶轮结构设计 叶轮结构 轮毂和轮 m3644 0 01 0 2142 0 1402 0 L 支杆距右端 380mm 山东科技大学学士学位论文 8 4 2 24 2 2 轮盘强度校核轮盘强度校核 轮盘上产生的应力主要来源下的长度 x L 根据初选的支杆检 5 5 通风机其他结构设计通风机其他结构设计 5 15 1 主风筒结构设计主风筒结构设计 风机外壳的设穿孔率为 25 5 25 2 集流器结构设计集流器结构设计 集流器的作用是使气流加速 在压强损失很小的情况下 保证进气速 度均匀 加集流器的 5 35 3 整流体和扩散筒整流体和扩散筒 5 3 15 3 1 结构型式结构型式 标准轴流通风机的扩压器机的扩压器形式 图 5 2 集流气结构图 1 法兰 2 集流气壳 3 法兰 4 法兰 5 加强筋 山东科技大学学士学位论文 9 5 3 25 3 2 扩散筒的长度扩散筒的长度 扩散筒的 5508 8 mm L 4000mm 5 3 35 3 3 扩散筒的当量扩散角扩散筒的当量扩散角 因为有整处直径 2504mm 出口处直 2923mm 经济性可行性分析经济性可行性分析 对于工程设计来说 所设计的产品既要考虑满足技术方面的可行性 又要考虑产品的经济性 普通两级动叶可调式轴流式通风机结构简单 通风量大 庞大的机架 可以拆装成尺寸小 质量轻 易与运输的单独部分 使装拆灵活 运输机 动 设计风机主要结构材料多采用 Q235 材料价格便宜 性能优良 有很 好的焊接性能 风机叶轮结构拟采用直筒型轮毂和轮盘铸造形式 直筒型 轮毂结构简单 容易制造 易保证通道表面的平滑 不宜产生分离气流 效 率高 制造方便 抗震性好 比其他同种类型的通风机节省几千元 两级轴流式通风机有其他类型的通风机不可比拟的优点 通风机是用 电量很大的工程产品 本设计的电动机的选型和风机材料的选择中 在保 证能够满足可靠性的要求条件下充分考虑到风机的经济性 并且该风机具 有较高的叶栅效率 动叶可调 能够适应多种工况 因此在其他条件相同 时 风机总体效率也较高 有利于能源的节约 因此有良好的经济性 山东科技大学学士学位论文 10 总结总结 毕业设计是对本科学习的全面总结 是一个弥补不足的过程 更进一 步来说 是所学专业知识的再认识再理解的全面升华 通过本次设计 我充分认识了轴流式通风机结构和各部件的作用 在 设计过程中 我们借阅了大量的资料 并查找了有关轴流式通风机的许多 新信息 对其有了更进一步深入的了解 对那些不懂得问题 通过向指导 老师请教 小组成员讨论 最后达到满意结果 鉴于这些 增强了自己检 索资料的能力 提升了自己的合作能力 熟练掌握了 CAD 绘图的专业技能 比较系统全面的学习了通风机的工作原理和工作过程 在整个毕业论文设 计的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态 首先我明白了做学 问要一丝不苟 对于出现的任何问题和偏差都不要轻视 要通过正确的途 径去解决 在做事情的过程中要有耐心和毅力 不要一遇到困难就打退堂 鼓 只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的 在工作中要学会与人合 作的态度 认真听取别人的意见 这样做起事情来就可以事倍功半 本次毕业设计培养了我们综合运用基础课程和专业知识独立解决工程 实践的能力 通过调查研究 收集资料 解决生产中实际问题以及在总结 编写设计资料过程中 初步树立了工程技术工人必须具备的基本品质 培 山东科技大学学士学位论文 11 养了我严肃 认真的工作作风 独立思考 解决问题的能力 总之毕业设 计对提高毕业生全面素质具有重要意义 参考文献参考文献 1 范祖尧 现在机械设备设计手册 机械工业出版社 1996 10 2 智乃刚 萧滨诗 风机噪声控制技术 机械工业出版社 1984 09 3 孙研 通风机选型实用手册 2000 01 4 李玉振 食品科学手册 北京轻工业出版社 1989 5 采暖通风设计经验交流会编 采暖通风设计手册 北京 中国建筑出版社 1979 6 陈树义等著 燃料燃烧及燃烧装置 北京 冶金工业出版社 1985 7 哈尔滨工业大学热能工程教研室编 小型锅炉设计与改装北京科学出版社 1987 8 续魁昌 风机手册 机械工业出版社 1999 9 秦树人 虚拟仪器及其最新发展 J 振动 测试与诊断 2000 20 123 129 10 GB 1236 85 通风机空气动力性能试验方法 2001 11 路林吉 饶家明 虚拟仪器论 电子技术 2000 l 44 45 12 林正盛 虚拟仪器技术及其应用 J 微型机与应用 1997 8 13 机械设计手册编委会 机械工业出版社 2007 山东科技大学学士学位论文 12 14 曹承志 电机 拖动与控制 M 北京 机械工业出版社 1987 15 李庆宜 通风机 M 北京 机械工业出版社 2005 16 黄东涛 高效 低噪风机现代设计方法和风机噪声预估 J 通用机械 2005 03 17 国家发展和改革委员会 节能中长期专项规划 J 节能与环保 产经动态 2004 11 03 10 18 Burguburu S Toussaint C Bonhomme C Numerical optimization of turbomachinery bladings 2004 1 19 Arensa K Rentropa P Stollb S O An adjoint approach tooptimal design of turbine blades 2005 2 20 Gu C G Miao Y M Blade design of axial flow compressors by the method of optimal cont