轴流式通风机的设计word格式

1、中国矿业大学徐海学院毕业设计 中国矿业大学徐海学院本科生毕业设计 姓 名：顾昊 学 号：22080948专 业： 机械工程及自动化 设计题目： 轴流式通风机 专 题：指导老师： 杨雪峰 职 称：讲师年 月 徐州中国矿业大学徐海学院毕业设计任务书专业年级 机自08-1班 学号 22080948 学生姓名 顾昊 任务下达日期： 年 月 日毕业设计日期： 年 月 日至 年 月 日毕业设计题目：轴流式通风机的设计毕业设计专题题目：JBT62轴流式通风机的设计毕业设计主要内容和要求：JBT62轴流式通风机总体方案设计，叶轮的设计，壳体、集流器、疏流罩、扩散器 、校核计算、外文翻译等。指导教师签字：郑重声

2、明本人所呈交的毕业设计，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业设计的知识产权归属与培养单位。本人签名： 日期： 中国矿业大学徐海学院毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字：年 月 日中国矿业

3、大学徐海学院毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字：年 月 日中国矿业大学徐海学院毕业设计答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年 月 日摘 要在矿井掘进巷道时，为了供给工作人员呼吸新鲜空气，稀释掘进工作面的瓦斯及产生的有害气体，矿尘，创造良好工作条件，必须

4、对掘进工作面进行通风。目前对掘进工作面进行通风的主要设备为JBT系列轴流式通风机。本次设计的内容是对JBT62轴流式通风机总体方案和通风机总体结构设计，机械传动部分设计，对轴流风机工作原理，主要工况参数的意义的掌握。具体内容包括：通风方式的选择，总体结构方案的确定，轴的设计和校核计算，叶轮的设计和校核计算，导叶的设计计算，疏流罩、扩散器和集流器的设计和选择，壳体的设计，通风机消声装置的设计，电机的选择和固定方式的设计，联轴器、键和法兰等零件的选型校核。关键词 轴流风机 ；局部通风设备 ；机械设计AbstractWhen mine pit tunneling tunnel, breat

5、hes the fresh air for the supplies staff, the noxious gas which the dilution tunneling working surface's gas and produces, the mine dust, the creation good working condition, must carry on to the tunneling working surface ventilates. At present carries on the well ventilated major installation t

6、o the tunneling working surface is the JBT series axial flow type ventilator.This design's content is to the JBT62 axial fans flow type ventilator overall concept and the ventilator gross structure design, mechanical drive part design, to axial-flow fan principle of work, main operating mode par

7、ameter significance grasping. The actual content includes: Ventilates the way the choice, the gross structure plan determination, the axis design and the examination computation, impeller's design examines and examines the computation, guide vane's design calculation, sparse class cover, dif

8、fuser and current collector design and choice, shell's design, ventilator muffler design, electrical machinery's choice and fixed way design, components and so on shaft coupling, key and flange shaping examinations.Keywords Axial fans Local ventilation equipment Mechanical design1 绪论1.1选题的意义

9、1.2通风机的发展历史1.3通风机的分类1.3.1按气体流动方向分类按气体流动方向的不同，通风机主要分为离心式、轴流式、斜流式和横流式等类型。 1）离心式通风机 离心通风机工作时，电动机驱动叶轮在蜗形机壳内旋转，空气经吸气口从叶轮中心处吸入。由于叶片对气体的动力作用，气体压力和速度得以提高，并在离心力作用下沿着叶道甩向机壳，从排气口排出。因气体在叶轮内的流动主要是在径向平面内，故又称径流通风机。 离心通风机主要由叶轮和机壳组成，小型通风机的叶轮直接装在电动机上中、大型通风机通过联轴器或皮带轮与电动机联接。离心通风机一般为单侧进气，用单级叶轮；流量大的可双侧进气，用两个背靠背的叶轮，又称为双吸式

10、离心通风机。 叶轮是通风机的主要部件，它的几何形状、尺寸、叶片数目和制造精度对性能有很大影响。叶轮经静平衡和动平衡校正才能保证通风机平稳地转动。按叶片出口方向的不同，叶轮分为前向、径向和后向三种型式。前向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转方向倾斜；径向叶轮的叶片顶部是向径向的，又分直叶片式和曲线型叶片；后向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转的反向倾斜。    前向叶轮产生的压力最大，在流量和转数一定时，所需叶轮直径最小，但效率一般较低；后向叶轮相反，所产生的压力最小，所需叶轮直径最大，而效率一般较高；径向叶轮介于两者之间。叶片的型线以直叶片最简单，机翼型叶片最复杂。 为了使叶片表面有合适的速度

11、分布，一般采用曲线型叶片，如等厚度圆弧叶片。叶轮通常都有盖盘，以增加叶轮的强度和减少叶片与机壳间的气体泄漏。叶片与盖盘的联接采用焊接或铆接。焊接叶轮的重量较轻，流道光滑。低、中压小型离心通风机的叶轮也有采用铝合金铸造的。 2）轴流式通风机 轴流式通风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。轴流通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式三种，小型的叶轮直径只有100毫米左右，大型的可达20米以上。 小型低压轴流通风机由叶轮、机壳和集流器等部件组成，通常安装在建筑物的墙壁或天花板上；大型高压轴流通风机由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩

12、散筒和传动部件组成。叶片均匀布置在轮毂上，数目一般为224。叶片越多，风压越高；叶片安装角一般为10°45°，安装角越大，风量和风压越大。轴流式通风机的主要零件大都用钢板焊接或铆接而成。 3）斜流式通风机 斜流通风机又称混流通风机，在这类通风机中，气体以与轴线成某一角度的方向进入叶轮，在叶道中获得能量，并沿倾斜方向流出。通风机的叶轮和机壳的形状为圆锥形。这种通风机兼有离心式和轴流式的特点，流量范围和效率均介于两者之间。 4）横流式通风机  横流通风机是具有前向多翼叶轮的小型高压离心通风机。气体从转子外缘的一侧进入叶轮，然后穿过叶轮内部从另一侧排出，气体在叶轮内两次

13、受到叶片的力的作用。在相同性能的条件下，它的尺寸小、转速低。 与其他类型低速通风机相比，横流通风机具有较高的效率。它的轴向宽度可任意选择，而不影响气体的流动状态，气体在整个转子宽度上仍保持流动均匀。它的出口截面窄而长，适宜于安装在各种扁平形的设备中用来冷却或通风。 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效率。通风机全压效率可达90%。 通风机未来的发

14、展将进一步提高通风机的气动效率、装置效率和使用效率，以降低电能消耗；用动叶可调的轴流通风机代替大型离心通风机；降低通风机噪声；提高排烟、排尘通风机叶轮和机壳的耐磨性；实现变转速调节和自动化调节。 1.3.2按压力分类1.低压离心通风机：风机进口为标准大气条件，通风机全压PtF1kPa的离心通风机。 2.中压离心通风机：风机进口为标准大气条件，通风机全压为1kPa<PtF<3kPa的离心通风机。 3.高压离心通风机：风机进口为标准大气条件，通风机全压为3kPa<PtF<15kPa的离心通风机。 4.低压轴流通风机：风机进口为标准大气条件，通风机全压为PtF0.5kPa的轴

15、流通风机。 5.高压轴流通风机：风机进口为标准大气条件，通风机全压为0.5kPa<PtF<15kPa的轴流通风机。 1.3.3按比例大小分类比转速是指要达到单位流量和压力所需的转速。 低比转速通风机（ns=1130）2.中比转速通风机（ns=3060）3.高比转速通风机（ns=6081） 按用途分类按通风机的用途分类，可分为引风机（Y）、纺织风机(FZ)、消防排烟风机等。通风机的用途一般以汉语拼音字头代表。1.4通风机的发展趋势1.进一步提高通风机的气动效率、装置效率和使用效率，以降低电能消耗2.用动叶可调的轴流通风机代替大型离心通风机3.降低通风机噪音4.提高排烟、排尘通风机叶轮

16、和机壳的耐磨性5.实现准变速调节和自动化调价1.5通风机的应用 通风机广泛的应用于各个工业部门，一般讲，离心式通风机适用于小流量、高压力的场所，而轴流式通风机则常用于大流量、低压力的情况。1.5.1通风换气用通风机 这类通风机一般是供工厂及各种建筑物通风换气及采暖通风用，要求压力不高，但噪声要求要低，可采用离心式或轴流式通风机。 1.5.2工业炉（化铁炉、锻工炉、冶金炉等）用通风机 此种通风机要求压力较高，一般为294014700N/m2，即高压离心通风机的范围。因压力高、叶轮圆周速度大，故设计时叶轮要有足够的强度。 1.5.3矿井用通风机 它有两种：一种是主通风机（又称主扇），用来向井下输送

17、新鲜空气，其流量较大，采用轴流式较合适，也有用离心式的；另一种是局部通风机（又称局扇），用于矿井工作面的通风，其流量、压力均小，多采用防爆轴流式通风机。 1.5.4煤粉通风机 输送热电站锅炉燃烧系统的煤粉，多采用离心式风机。煤粉通风机根据用途不同可分两种：一种是储仓式煤粉通风机，它是将储仓内的煤粉由其侧面吹到炉膛内，煤粉不直接通过风机，要求通风机的排气压力高；另一种是直吹式煤粉通风机，它直接把煤粉送给炉膛。由于煤粉对叶轮及体壳磨损严重，故应采用耐磨材料。1.6通风机的性能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。1.6.1风量Q单位时间

18、内通过通风机输送气体的体积量，称为风量。其单位为/s、/min或/h.1.6.2风压H单位体积的空气流经通风机后所获得的全部能量，称为风压，也叫做风压。其单位为Pa。通风机的全压H有静压两部分组成，即静压用于克服矿井通风阻力，而动压为扩散器出口（抽出式通风时）或出风井出口（压入式通风时）的能量损失。1.6.3功率N电动机传递给通风机轴的功率，即通风机的输入功率，又称轴功率。其单位为KW。当通风机工作时，单位时间内空气自通风机所获得的实际能量，即通风机的输出功率，称为有效功率，用表示上式风压是用全压表示的，故也叫全压输出功率。如果用静压表示式中 Q-通风机的风量，；H、-通风机的全压，静压，Pa

19、。1.6.4效率（全效率）全效率是指通风机的有效功率与轴功率的比值如通风机的风压参数是用静压表示，则称为静效率1.6.5转速n 指通风机轴每分钟的转数，单位为。流量、风压、功率和效率等参数之间有一定的函数关系，当其中一个参数发生变化时，其他各量也随着变化。将它们之间的关系绘成曲线，称为性能曲线。性能曲线形状与通风机类型有关。改变通风机的风量和风压，以满足使用工况变化的要求称为性能调节。常用的调节方法有5种。在进气管或排气管中安置节流阀或风门控制流量。这种方法最简单，但调节效果差。叶轮进口前安置1.6.6无因次的流量系数风机性能也可用无因次的流量系数, 压力系数和功率系数来表示。这些无因次性能参

20、数(也称无因次系数)的换算公式是由相似理论推导出来的。同一类型的风机相似(包括几何相似, 运动相似和动力相似), 因此, 同一类型风机的无因次性能参数相等。即式中 、分别为流量系数、压力系数、功率系数，无因次；空气密度，kg/ m3；风机的叶轮外径，m；叶轮周边切线速度，m/s；风机的风压，Pa；风机的风量，m3/s。根据相似理论及上式无因次系数式，可得同类型风机性能的换算关系式为:式中分别为所要换算的两台风机的风量，m3/s；分别为所要换算的两台风机的风压，Pa；分别为所要换算的两台风机的功率，kW；分别为所要换算的两台风机的叶轮直经，m；分别为所要换算的两台风机的转速，rad/min；分别

21、为所要换算的两台风机工作的空气密度，kg/ m3。上式可用于同类型风机中任意两台风机之间的性能参数换算，也可用于同台风机不同转速, 不同空气密度条件下的性能变化的分析。1.7轴流通风机原理 轴流式通风机原理是依靠叶轮旋转，叶片产生升力来输送流体，把机械能转化为流体能量。由于流体进入和离开叶轮都是轴向的,故称为轴流式风机。轴流风机属于高比转数，其特点是流量大，风压低。轴流式风机风压一般在450 Pa4500 Pa 之间，主要用于矿井、隧道、船舰仓室的通风；纺织厂通风、工业作业场所的通风、降温；化工气体排送；热电厂锅炉的通风、引风；热电站、冶金、化工等冷却塔通风冷却。1.7.2 轴流通风机基本结构

22、1.7.3主要问题及解决方法本次设计的内容及工作量是确定JBT62轴流式通风机总体方案设计，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。JBT62轴流式通风机过流部件由集流器，叶轮，导叶，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，轴的设计计算，叶轮的设计计算，导叶的设计计算，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，联轴器、法兰等零件的选型校核。保证设计参数流量达到Q=5.6m3/s、全压达到H=3100Pa、效率在以上。此外还包括设计说明书的编写，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；叶轮

23、零件图 1张；导叶零件图1张；壳体零件图1张；轴零件图1张。1.7.4设计成果及风机优点2轴流通风机总体结构方案设计2.1通风方式的确定局部通风机是井下局部地点通风所用的通风设备。局部通风机通风是利用局部通风机作动力，用风筒导风把新鲜风流送入掘进工作面。局部通风机通风按其工作方式不同分为压入式、抽出式、混合式三种。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

24、煤巷、半煤岩巷掘进通风。其机构如图2-1所示压入式通风的优点是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；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；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。缺点是污风沿巷道排出，污染范围大；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。压入式通风的缺点是污风沿巷道排出，污染范围大；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2-1

25、 压入式通风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。其机构如图2-2所示在瓦斯矿井中一般不使用抽出式通风。抽出式通风的优点是污风经风筒排出，掘进巷道中为新鲜风流，劳动卫生条件好；放炮时人员只需撤到安全距离即可，往返时间短；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。抽出式通风的缺点是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，过近则放炮时易崩坏风筒；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

26、使用抽出式通风。图2-2 抽出式通风2.1.3混合式通风安装两台局部通风机，一台作压入式，一台作抽出式。新鲜风流由压入式风机和风筒压入，氢气工作面后由抽出式风机和风筒排出。这种通风方式综合了抽出式和压入式的有点，避免了各自的缺点。但它有引起瓦斯、煤尘爆炸的危险，及有电耗打与管理复杂的缺点。以上三种通风方式中，为了避免产生循环风流，应当满足：（1） 风机的风量不得超过风机所在的巷道风量的70%；（2） 压入式风机应置于贯穿风流巷道的上风侧，抽出式风机置于下风侧，风机距掘进巷道口不得小于10m；（3） 混合式通风除应满足上述要求外，还应使抽出式风机风量大于压入式风机风量的20%-30%，且抽出式风

27、筒入口与压入式风机入口之间的重叠距离应大于10m。综上所述，三种通风方式各有利弊。但压入式通风安全可靠性较好，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，瓦斯含量较高故采用压入式。2.2结构方案型式采用多段式壳体，即用径向剖分面将壳体垂直于轴线一段一段地分割开为多个部分。将风机叶轮、导叶轴等分别装各段壳体，然后用螺栓将这些零件紧固在一起。已知设计参数Q=5.6m3/s、全压达到H=3100Pa、效率在以上，以电机直接驱动，二级普通轴流的条件下，设计所需风机。一般的矿用轴流式风机主要气动部件有叶轮，前导叶，中导叶，后导叶，外壳，集流器，疏流罩以及出口处的扩散器组成轴流通风机采用如图

28、2-3所示。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。图2-3 风机方案简图1-轴；2-壳体；3-中导轮；4-后导轮；

29、5-扩散器；6-叶片；7-叶轮；8集流器；9-流线体导叶中导叶和后导叶后在多级轴流式风机叶轮级后设置。它的作用是将前级叶轮的流出气流方向，转为轴向流入后级叶轮。后导叶的作用是将最后一级叶轮的出流方向转为接近轴向流出。剩余的旋绕速度使气流不仅沿轴向，而且是沿螺线方向在扩散器中流动，有利于改善扩散器的工作。进风口(集流器和整流罩)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

30、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。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。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著降低通风机的排气噪音。一般由锥形筒芯和筒壳组成,装在风机出口侧。外壳风机外壳呈圆筒形,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。通常 径向间隙和叶片展长在0.01

31、0.06之间。轴轴是传递机械能的重要零件,原动机的扭矩通过它传给叶轮。轴是风机转子的主要零件，轴上装有叶轮、轴套、轴承等零件。轴靠两端轴承支承，在通风机中作高速回转，因而轴要承载能力大、耐磨、耐腐蚀。轴的材料一般选用碳素钢或合金钢并经调质处理。2.3通风机结构形式的确定确定通风机的转速n目前轴流通风机多由电动机直接驱动。对于异步电机，起转速可选为580、720、960、1450、及2950r/min。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

32、风机噪音增加。风机本设计中，考虑到交流电在矿井应用比较广泛，故采用异步电动机直接驱动方式，预选转速分别n=1450r/min和n=2950r/min。确定通风机的级型式在二级轴流风机中，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。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。考虑到如果采用风压比为1：1，那么只需要单电机驱动，可以降低所设计通风机成本，

33、还可以减小风机的体积，有利于在相对狭小的掘进工作面使用。叶顶圆周速度ut和叶轮直径D 的选择计算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。实验证实，叶轮叶顶圆周速度=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成正比，而涡流噪音与成正比。叶轮直径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。人们发现叶轮直径与全压、流量、及转速之间存在一定的关系，即与通风机的比转速存在一定的关系。分别计算各种预选方案中通风机的计算比转数，由比转

34、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2-1。由表计算结果看出，当通风机转速n=1450r/min，=77,一般当100时,优先采用离心风机，所以不能满足要求。所以选择转速n=2950r/min，可以满足要求。表2-1 不同方案的计算结果n/(r/min)14502950备注/Pa1550155077157级型式R+S+R+SR+S+R+S0.35由级型式的范围0.85计算D/m0.556圆整D/m0.56按文献12/（m/s）86.502.4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kW

35、 kW式中电动机功率储备系数，对于轴流风机，一般。本题K取1.10P=22.59424.706kw。所以根据计算功率和风机使用环境的要求，选择电机型号YB200L1-2,其机构如图2-4所示YB20L1-2隔爆型三相异步电动机技术数据：额定功率=30kW满载时额定电流=56.9A满载时额定转速=2950r/min满载时效率=90%满载时功率因数cos=0.89堵转转矩/额定转矩=2N.m堵转电流/额定电流=7A最大转矩/额定转矩=2.2N.m重量=290kg图2-4 YB200L1-2电机示意图3 主要部件的设计计算3.1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

36、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。根据上述参数，引入如下几个无量纲系数及其关系表达式。（1） 流量系数：=流量系数代表不同型号风机在相同叶轮直径和相同转速下风量的相对值。（2） 压力系数：压力系数代表不同型号风机在相同叶轮直径和相同转速下风压的相对值。（3） 直径系数： 直径系数代表不同型号风机在相同风量和相同风压下叶轮直径的相对值。（4） 转速系数：转速系数代表不同型号

37、风机在相同风量和相同风压下转速的相对值。（5） 直径系数、转速系数与压力系数、流量系数的关系流量系数、压力系数、直径系数和转速系数这四个无量纲系数由以上的式子可得：可见，上述四个无量纲系数的最佳结合就成为每两个最佳无量纲系数、或、之间的排列问题。若已知最佳的、可以方便的计算一台一定风量风压的通风机的最佳叶轮直径和最佳转速。由以上公式可得最佳直径和最佳转速的表达式 在轴流式通风机的设计中，通常是在给定风量和风压的情况下求最佳的叶轮直径和最佳转速，所以，无量纲系数对叶轮的最佳设计具有重要的意思。二级轴流风机的风压比为1：1，所以第一级叶轮和第二级叶轮参数相同。故不需要分别计算。以第一级叶轮计算为例

38、，设计计算步骤如下：流量系数：0.263全压系数：=0.345轮毂比和轮毂直径的确定轮毂比的计算公式为=式中：为轮毂直径，为外径。轮毂比是一个重要的参数，对于风机的全压、流量和效率都有影响由文献可推导出：由上式可以看出，轮毂比和全压成正比，与成反比。当风机生压或压力系数较高时，应取较大的，但是过大，叶片过短，流速损失大，效率降低，使风机性能恶化，当较大时，可以选较小一些的。太小，叶片过长，会引起叶片根部气流发生分离。轮毂比由文献13 ，当通风机的比转数=157时，可选用=0.6。按表3-1, 可见，当=0.345时，=0.50.6，取=0.6是合适的。由此得到叶轮轮毂直径为：d=D=0.60.

39、56m=0.336m表3-1 不同全压系数时所推荐采用的轮毂比0.202.0.40.40.350.450.50.60.60.7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：=m/s= 35.53m/s则得到通风机的无因次轴向速度为：= /=35.53/0.85=0.411由表2-1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：=0.345/.86=0.406最佳计算参数，由文献13 ，查得=0.2。根据表3-2，可以计算出二级R+S+R+S级型式通风机叶轮的计算函数为：表3-2 不同通风机级型式的与计算公式

40、级型式函数RR+SP+RP+R+S-；可以计算叶轮的最小允许轮毂比为：=1/=1/2.531=0.395由于所决定的轮毂比=0.6，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=0.5，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1. 确定计算截面将整个叶片分成5个计算截面，其中相对平均半径为2. 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3-3。从表中可以看出，各计算截面的叶栅稠度均未超过1.0，所以按孤立翼型设计是合适的。表3-3 叶轮气流参数和几何尺寸计算表项目及公式单位计

41、算截面备注12345m0.1680.2020.2310.2570.28D=0.56m0.60.7210.820.9181.0m为叶轮半径m/s51.9062.4072.3679.3986.50n=2950r/minm/s29.2824.3521.2919.1517.57等环量设计时沿程叶高为常数m35.53等环量设计时沿叶高为常数m/s51.4861.5270.3478.3485.45在R+S级中，(°)43.6435.2830.3426.9724.571.1380.7920.6050.5010.4110.1000.0940.0890.0840.080选用1.2000.9根据1/u最

42、大原则选择0.9480.456m1.0010.9410.8920.8430.802中间各截面的bZ插计算0.9840.7410.6150.5220.4551.2001.0680.9840.9600.902(°)8.707.736.906.165.50(°)52.3443.0137.2433.1330.07mm83.4278.4274.3370.2566.83Z=12mm8.347.376.625.905.35根据文献13中对翼型相对厚度懂得选取原则，在叶根及顶截面分别选0为0.1和0.8，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bZ由计算得到，

43、而中间各截面的bZ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3-4，当=0.6时，。又因为故选取叶片数目Z=12。表3-4 叶片数目与轮毂比之间的关系0.30.40.50.60.7通过计算可以得出、等曲线，将这些曲线绘制于图3-1中，可以看到各曲线光滑，证明计算是正确的。图3-1 叶片参数坐标3.2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：一是平底或接近平底的翼型，国内外常用的有CLARK-Y翼型，LS翼型和RAF-6E翼型等；二是等厚圆弧板翼型；三是NASA-65系列中的某些翼型13。由于NASA-65系列自成体系，其翼型及叶片中弧线的绘制方

44、法于一般方法不同，国内目前应用较少，故不考虑选择。本设计选定LS翼型。3.2.1 LS翼型坐标LS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。其结构形式如图3-2所示，其坐标如表3-5所示。图3-2 LS翼型结构图表3-5 LS翼型断面坐标值距前缘点距离5102030405060708090上表面坐标5.9278.696.110099.196.187.374.757.236.9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3-6。表3-6 弦长的投影的投影单位相对半径0.600.7210.820.9181.00mm66.053.545.038.433.5mm51.05

45、7.359.258.857.8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3-7。表3-7 LS翼型各参数投影项目单位相对半径0.600.7210.820.9181.00mm37.134.933.131.329.7mm3.53.12.82.52.2mm29.423.820.017.114.9mm22.725.526.326.225.7mm36.729.725.021.318.6mm28.331.832.832.632.13.3导轮参数的设计计算导轮参数的计算计算参数的确定：在叶片设计时，已经得出；风机的理论全压系数=0.406，由文献13得=0.2。导

46、流器叶片气流参数和空气动力负荷系数的计算结果列于表3-8。表3-8导向气流参数和几何尺寸计算表项目及公式单位计算截面12345m0.1680.2020.2310.2570.28m/s29.2824.3521.2919.1517.57m35.53m/s5.864.874.263.833.51m/s39.638.437.837.337.1(°)63.6967.6570.2272.0873.481.181.010.900.820.761.250.72m1.0481.0481.0481.0481.0480.990.830.720.650.601.191.231.251.261.27(

47、6;) 6.38.69.711.812.1(°)66.9976.2579.9283.8885.48mm95.2795.2795.2795.2795.27导流器叶片几何尺寸的计算导流器叶片数目的确定：选取后导流器叶片的展弦比稍大于叶轮叶片的展弦比，在前面叶轮计算中，已经得到，可取。可得后导流器叶片数目：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11。3.4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。3.4.1

48、 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，但是效率要差一些，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3-9。表3-9 弦长的投影的投影单位相对半径0.600.7210.820.9181.00mm93.8093.8093.8093.8093.80mm39.8422.9516.6710.067.424 结构部件的设计计算4.1集流器的设计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。但是考虑到掘进通风时，经常需要多个风机并联工

49、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。4.2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10%左右。流线罩通常为半球形或流线型。流线形流线罩是一种理想的形状，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

50、，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m。其结构如图4-1所示。图4-1 流线罩结构简图4.3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4-2、4-3、4-4、4-5所示图4-2 壳体为圆筒，芯筒为流线体图4-3 壳体和芯筒都为流线体图4-4 壳体为流线体，芯筒为圆筒图4-5 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4-2的形式。4.4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

51、轴向距离，如图所示4-6所示图4-6 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，即一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13所以mm=41.71mm4.5轴流通风机径向间隙的确定在轴流通风机的设计中，叶轮和壳体有一定的间隙。如图所示4-6。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，而我国目前对一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 mm= mm取mm。4.6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