轴流式通风机课程设计

1、轴流式通风机课程设计第一节设计原始条件和要求设计轴流式通风机时，一般应给出下列原始资料：流量Q(m3/h)、全压p(pa)、工作介质密度(kg/m3、或工作介质温度t、大气压力，以及结构上的要求和特殊要求等。初始条件：流量Q=4426m3/h，风机全压p=261Pa,介质为空气，其进口状态为标准状态(p0为1个大气压，温度为20C，空气密度1.24kg/m3)，设计一广泛应用于一般工厂、仓库、办公室、住宅内的轴流式通风机，要求全压效率不小于80%设计目的：要求学生熟练掌握轴流式通风机的基本理论和设计方法，并初步掌握用所学的理论和方法进行轴流式通风机的设计。设计要求：(1、满足所需流量和压力的工

2、况点应在最高效率点附近；(2) 最高效率值要尽量大些，效率曲线平坦；(3) 通风机结构简单、工艺性好、材料及附件选择方便；(4) 有足够的强度、刚度，工作安全可靠；(5) 运转稳定、噪声低；(6) 调节性能好，工作适应性强；(7) 通风机尺寸尽可能小，重量轻；(8) 操作和维护方便，拆装运输简单易行。第二节设计计算的主要内容设计计算的主要内容为：通风机类型的选择(离心式、轴流式)，方案选择与比较，驱动方式选取，计算比转速ns，叶轮设计计算，叶型选型与设计(确定叶轮外径及轮毂直径)，计算圆周速度ut及压力系数p，求轴向速度cz，计算扭速q，计算平均相对速度Wm及气流角m，选择叶片数z，选取各截面

3、的升力系数Cy及相应的攻角，求叶片宽度b，叶型的安装角A，叶片型线的绘制，集流器、整流罩和扩散筒的设计计算，通风机主要零部件材料选取，主要零部件强度计算与校核，通风机临界转速计算，零部件图和总装配图的绘制。目前大多数轴流通风机都是采用孤立叶型设计法，这种方法较为简便有效。此处就采用孤立叶型的设计法来设计一般用的轴流式通风机。其设计计算的主要内容有：、方案选择与比较方案类型：叶轮前设置前导叶；叶轮后设置后导叶；单独叶轮级；叶轮前后都设置导叶。要求：说明选择这种方案的原因与分析。根据给定条件，此处可直接选用：单独叶轮级：电机直接驱动叶轮的方式。实际通风机具体的结构方案选择问题涉及的因素较多，可根据

4、用户的使用要求及制造厂的生产经验，参照性能良好的已有产品，初步选定方案。二、选择电动机及转速风机的转速可根据用户使用要求选取。一般风机与电动机是直接驱动的。为了正确选择电动机，需要进行轴功率的计算，风机在设计工况下运转时的轴功率为：Qp10002273175360010000.80.14KW(1)(2)所需电机功率为：PdkP(1.21.3)0.140.168KW(k取1.21.3)根据所需要的电动机功率Pd，结合用户的情况，按PmPd来选取电动机型号,即可选择合适的电动机及相应的转速。电机额定转速选择1000，1500,3000三种，根据单级比转速选择如下T30例子型号:T3Q呵桃号转毬全H

5、i裁r1mVh證用血和机显号15-25120-13Snoo-i?«Aasnzd1230-35140-1502000-2280018f1S-9531-37550-1140AQtSfiUaeg12&5015-25165-1761780-2TS0AG6S1E2530-35183-isa3230-3670AQr«3140.IS141015-3540櫚890-1830AQ63M0.1S3128&C15225AOjGS0.3?I20-25225-240龄歸一400AOt«3S20.55302505150YWi-?0.7$35257S85O1,1141015-3

6、556-641410-2920AQe63140.18I429001$2934250Y8C.-2&,75S0-25翊714S570fi64OYSOt-2LIao7700Y9OS-2L5%133487SOY9OL-22,2H50742HOY9OL-22.220-307-832810-3880AQt63140,1635閒4410AOy63E4&2$5145015llfi4150At63Z41Q.E520-305450-7500Y8O|-40.55!35133fiSOOYKh-40.75我们可以选择AQ26332型号的电动机，机号为NO3.5,转速为2850r/min三、叶型设计计算1

7、计算比转速nsns2273/36004175347.07式中：n为叶轮转速（r/min）,由于采用直接驱动，即为电机的转速，由上可知n=2850r/min;依照有关比转速的应用，可大致确定通风机类型及叶片型式。一般轴流式通风机有ns1890（100500）。上式计算得ns47.07，符合要求。2、确定叶轮外径及轮毂直径由ns查图7-5和图7-6,选取轮毂比及系数Ku:般轮毂比的选择范围为：=0.250.75由图得Ku=2.6,2图7-5轮毂比u与比转速ns的关系图7-6比转速ns与系数Ku的关系则对于标准状态下的空气叶轮外径为：Dt轮毂外径为:=0.12m。77.4Kp77.42.6175门c

8、0.3mn3.142850DhvDt（0.250.75）0.30.080.23m取”=04则d由下表T30风机外形及安装尺寸可知，对于NO3.5的风机，D!360mm，而Dt300mmD1，所以NO3.5的风机合适。3、计算圆周速度ut及压力系数PDtnUt603.140.32850,44.7m/sP出Ut0.0731.244.72算出的圆周速度ut应满足强度条件及噪声要求；否则应作适当调整。从降低噪声的角度出发，应取Ut60：80m/s，但当叶轮直径一定时，过低的圆周速度,将降低风机的流量和风压。一般可取ut130m/s。根据算出的p及ns，即知道本方案的选择合理。4、求轴向速度Cz4Q22

9、(DtDh)9.21m/s2273436003.14(0.320.122)(9)5、将整个叶片分成几个截面，分别计算各截面的扭速cu值方法：这里就采用变环量设计D先计算平均直径'Dt2Dh2*20.320.1220.23m截面的扭速Cumc-P-umum由于n0.8，601750.8。1.20.83.140.23285060Cum5.31m/s，即设气流分布规律为cmrCumrmconst，则任一截面r处的扭速Cu值为CuCummr通常可选取5个截面进行叶栅的计算，则截面的半径为:Dl2(0.0150.025)Dt0.32(0.0150.025)0.30.14250.1455m1Dh(

10、0.0150.025)Dt0.122(0.0150.025)0.30.05250.0555m则取10.053m,心0.143m，则0.098m,r40.120m,r20.076m通常变环量指数a的取值为01，取a=0.5,0.5则0.313m0.540.346m,r,50.276m,50.230口，50.378m由Cu0.5Cumrmr0.5rm(Dm)0.5(2)0.339m得Cui7.83m/s,Cu26.52m/s,恥5.75m/s,cu45.20m/s,Cu54.76m/s式：n为风机的全压效率6、计算平均相对速度Wm及气流角marcsinCz7、选择叶片数Z对于同一轮毂比u和叶片弦长

11、b而言，叶片数Z增加，则叶栅稠度T亦增加，这将引起叶栅升力系数的下降，并使得流道内的流动损失迅速上升；如果叶片数过少，将使每个叶片的负荷增大，从而使气动性能变坏，导致风机的全压p降低。因此，对于一定的轮毂比和叶片弦长的风机，存在一个最佳叶片数（或最佳相对栅距）。根据国内设计轴流式风机的经验和试验数据，对于孤立叶型法设计的轴流式风机的最佳叶片数Z可按表7-1来选取：表7-1最佳叶片数轮毂比u0.20.40.50.60.7叶片数Z26486128161020本设计一般只选择3至9个叶片。由于v=0.4，则取Z=6。8、叶型选取有：RAF-6E叶型、CLARKy叶型、LS叶型、葛廷根叶型和圆弧板叶型

12、。注意要根据其坐标比值来绘制叶片各截面。选取CLARKy叶型，其相对厚度c0.19选取各截面的升力系数Cy及相应的攻角在选取Cy时，应使Cy值从叶尖向叶根逐渐增加，如果叶型的相对厚度C不变,可取额定工况点的c(一般c二(0.80.9)cymax)作为叶根的cy值，然后按直线规律依次向叶尖减小。如叶型的相对厚度C为变值，可按c选取值。各截面的Cy值确定后，相应的攻角可根据叶型的Cy曲线选取。注意：攻角从叶根到叶尖应逐渐减小10、求叶片宽度b由气动力基本方程式得：b4p(2n)CyzWm6011、叶型安装角AA=m+综上所述可得机翼叶型截面尺寸:项目单位计算截面12345Dm0.1060.1520

13、.1960.2400.286cCumrmm/s7.836.525.755.204.76CurDnu60m/s15.822.6729.2335.8042.66n0.80.80.80.80.8Czm/s9.219.219.219.219.21puCuN/m2118.77141.90161.35178.71194.9415.0421.4827.9234.4541.32wm世(u-m/sCu)2Czmarcsinwm(O)137.7625.3919.2615.5112.88Cy（选取）0.90.840.790.740.70a（选取）(O)54.43.93.43Am(O)42.7629.7923.161

14、8.9115.88z（选取）666662n601/s298.3298.3298.3298.3298.3b_4_p_CyZWnm0.0640.0570.0530.0510.04912、叶片型线的绘制根据上述计算的数据及所选取叶型剖面的几何尺寸，绘制截面的叶片型线，再按强度及结构工艺的要求作适当修正。为改善叶片的受力状况，各计算的截面叶型的重心，应当位于同一半径上。轴流式通风机翼型叶片设计四：风筒的设计1、风筒结构：采用圆柱形，其内部直径DDt(S为叶轮外缘与风筒内壁的径向间隙尺寸)由表得机号为No.3.5的风机的D1=360mm=0.36,即风筒内部直径D=D仁0.36m贝q0.06m2、风筒尺

15、寸的确定：长度L=(1.5-2.2)D=540792mD=360mr为风筒的内壁直径；另外，风筒长度也要兼顾考虑到电机和叶轮安装好后的轴向尺寸Lo，应使L>Lo。五、主要零部件材料选取，强度计算与校核1、叶片材料选取，强度计算与校核：动叶片在制造时，一般是将叶片的背面和腹面用薄钢板分别压制成型，然后在对缝焊接而成。叶片的材料一般选用A3钢，即Q235钢。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，一般来说，叶片根部的拉伸应力也最大。PcF式中一叶片根部的离心拉应力，单位为N/m5Pc叶片根部所受离心力，单位为Nf叶片根部最小

16、截面积，单位为m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b、相对厚度C可以表示为:c1k2(rrh)1k2xCh式中b半径r处的截面弦长，单位为mbh叶根截面弦长，单位为m心一弦长沿径向变化的系数；r叶片任意截面所在半径，单位为mrh叶根半径，单位为mc半径r处的截面的相对厚度;ch叶根截面相对厚度;k2相对厚度沿径向变化的系数；x叶轮半径r处叶片截面离叶根的距离，单位为m根据文献13，计算叶片所受的离心力22l2PcV2Rc2Fho(lkix)(1k2X)(rhx)dx由于叶片

17、是边截面的，应根据如前所述，可以知道的已知条式中I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变截面叶片的叶根离心力的计算公式计算离心力件为：b0.054m，bh0.05,c0.0436m,ch0.0192m,x0.053m>可以得到5Pc=6.010N计算叶根截面面积F1.210-2m。PcF50MPab235式中b为A3钢的拉伸极限强度。所以叶片选择A3钢可以满足条件2、风筒材料选取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

18、，减少漏风，节约通风电耗则风筒材料选择A3钢。3、电机固定件的设计与材料的选择(1) 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。(2) 键的选择键的基本尺寸选用键25X90(GB/T1095-1979)，其机构如图所示键结构简图键的尺寸为b=25mm,h=14mm,l=90mm

19、(3) 轴材料选用45钢，调质处理HB241286，许用应力5.88106N/m?六、转子的临界转速计算为保证风机安全可靠运行，应使工作转速n离开临界转速nc一定范围。设计时，要求满足如下条件：nnd的轴，称为刚性轴。对刚性轴工作转速的要求：n0.75n“;1.3ndn0.75nc2。nnd的轴，称为柔性轴。对柔性轴工作转速的要求:式中：nci,nc2分别为转子的一阶临界转速和二阶临界转速。,可采一般通风机的转速较低，通常在一阶临界转速以内工作（即刚性轴）用单盘临界转速的公式近似计算：|11nc9509506008r/minyo0.025式中nc的单位为r/min。此处，柔度y。取叶轮与风筒内

20、壁的径向间隙S的一半。七、零部件图和总装配图的绘制1、电机的选取2、叶片、叶轮（包括轮毂）的绘制;（叶片可采用焊接方式焊在轮毂上）3、风筒的绘制（包括电机4、总装陪图的绘制参考文献1、通用机械设计，潘英，中国矿业大学出版社，2000.2、流体机械原理（上、下册），张克危，北京：机械工业出版社，2000.3、流体输送设备，王荣祥、郭亚兵，等，北京：冶金工业出版社，2002.T30系列轴流通风机T30型轴流通风机是一种结构简单.媒声较小的低压轴流通风机.适用于厂房.仓库.办公室.住宅通风换气.加强坯气散热.可以去綽机壳安装在排气管逍内以提高管頂内气流的全JE.也可以带支架作为移动式轴流风机用.T30主要参数n号(«0.)(nm)»a(r/mm)鬼电枕心-P)»&#