防爆對旋式軸流局部通風機（附外文翻譯）

1、北京工商大學畢業(yè)論文（設計）誠信聲明誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）是我個人在導師指導下, 由我本人獨立完成。有關觀點、方法、數(shù)據(jù)和文獻等的引用已在文中指出,并與參考文獻相對應。我承諾，論文中的所有內(nèi)容均真實、可信。如在文中涉及到抄襲或剽竊行為，本人愿承擔由此而造成的一切后果及責任。 畢業(yè)論文（設計）作者簽名： 簽名日期： 年 月 日北京工商大學畢業(yè)論文（設計） 摘 要目前，我國部分礦井在通風系統(tǒng)中采用了兩級對旋式軸流式風機，以替代傳統(tǒng)的軸流式風機，本次設計的 bdj 局部通風機，其全稱是：防爆對旋式軸流局部通風機，是對旋式風機的一種。其名稱已經(jīng)決定了風機的結構設計、材料選擇等。

2、本次設計力爭突出 bdj 風機獨特的結構和優(yōu)越的性能。氣動部件的設計對于風機的整體性能至關重要，所以首先進行了風葉的設計，著重討論了兩級葉輪負載的分配問題，各參數(shù)的選擇。采用孤立翼型法設計風葉。接著設計了其他的重要部件，如：集流器、整流罩、擴散器、風筒、消聲結構等。然后對風機的葉輪、主軸進行強度校核，最后討論風機的安裝所遇到的問題。在風機各零部件材料的選擇方面，要滿足強度和防爆兩方面的要求。特別是風葉和風筒的材料，兩者至少一個要采用鋁合金材料。電動機的選擇對于防爆風機來說是很重要的，本次設計選擇了 ybf 電動機，這是專門的風機用防爆電動機，另一優(yōu)點是重量輕，適宜安裝在風機內(nèi)部。關鍵詞：關鍵詞

3、：bdj 風機；孤立翼型法；防爆北京工商大學畢業(yè)論文（設計）abstract at present, part of the mine ventilation system used in the two pairs of rotating axial flow fan, as an alternative to the traditional axial fan. this designing bdj local fans full name is: ex-rotating axial flow local fan is a rotating fan. its name has alread

4、y decided the fan structure design, material selection and so on. the unique fan design strives to highlight the bdj structure and superior performance.the designing of pneumatic components is critical to the overall performance for the fans, so the fan blade is designed first, focused on two wheel

5、load distribution, the parameter selection. blade airfoil design method is used in isolation. then the design of other important components, such as: collector, shrouds, diffuser, hair dryer, muffler structure. then check the fan impeller, shaft strength , and finally discuss the installation of win

6、d turbine problems encountered.various components in the fan is chosen to meet both the strength and explosion-proof requirements, especially the fan and the duct material, which at least one to two aluminum alloy. choice for the explosion-proof fan motor is very important. this design chosen ybf mo

7、tor, which is a special explosion-proof fan motor. the other advantage is light weight, suitable for installation in wind turbines.key words: bdj fan explosion；isolated airfoil method；explosion-proof北京工商大學畢業(yè)論文（設計）目錄前言-1第一章 緒 論-21.1 設計任務 -21.1.1 擬定通風機設計工礦點 -21.1.2 主要內(nèi)容 -31.2 對旋式軸流風機 -51.2.1 對旋式風機出現(xiàn)的背

8、景 -51.2.2 對旋式通風機的工作原理及結構-61.2.3 對旋式通風機的優(yōu)良性能 -61.3 bdj 風機-71.3.1 bdj 風機簡介-71.3.2 bdj 風機的工作原理-7第二章 葉輪設計-92.1 設計方法 -92.2 設計要點 -92.2.1 風機中負載的分配 -92.2.2 兩級葉輪速度三角形分析 -102.2.3 葉型的選擇 -112.2.4 電動機的選擇 -132.3 葉輪主要參數(shù)的選取與計算 -142.3.1 計算軸功率-152.3.2 計算比轉(zhuǎn)速-16sn2.3.3 輪轂比-16v2.3.4 葉輪外徑 -172.3.5 計算輪緣速度和壓強系數(shù)-182.3.6 計算軸

9、向速度-182.3.7 翼型相對厚度 的選擇-18c2.3.8 升力系數(shù)的選擇-19yc2.3.9 葉片數(shù)-19z2.4 第一級葉輪的設計 -202.4.1 確定安裝角-20a2.4.2 選取葉片數(shù) z -212.4.3 計算弦長-212.4.4 葉片繪制-22北京工商大學畢業(yè)論文（設計）2.5 第二級葉輪的設計 -242.5.1 確定安裝角-24a2.5.2 選取葉片數(shù) z -252.5.3 計算弦長-252.5.4 葉片繪制-26第三章 風機各部件的設計-283.1 風筒的設計 -283.1.1 內(nèi)風筒-283.1.2 外風筒 -293.1.3 電機與風筒的安裝-293.2 集流器與整流體

10、 -303.2.1 集流器 -303.2.2 整流罩（流線罩） -313.3 擴散筒 -323.4 風機底座 -333.5 法蘭環(huán)與密封 -343.5.1 法蘭環(huán) -343.5.2 密封性 -363.6 葉輪與輪轂的安裝 -36第四章 葉片強度校核-384.1 葉片強度的校核 -384.2 具體計算校核 -40結 論-41總 結-42致謝-43參考文獻-44附錄 a -45附錄 b -53北京工商大學畢業(yè)論文（設計）1前言隨著各行各業(yè)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，作為燃料和原料的煤炭越來越重要。我國大部分地區(qū)都是地下開采，在進行地下開采石油大量有害氣體（如瓦斯、二氧化碳、一氧化碳等）和煤塵都會

11、噴發(fā)出來，加之煙塵易爆，所以對井下工作人員和礦井安全都存在很大的威脅。我國煤礦安全規(guī)程對井下空氣的成份（包括各種有害氣體的濃度） 、濕度、風速和按人員計算的風量都作了嚴格的規(guī)定：有人工作或可能有人到達的井巷，二氧化碳不得大于 0.5% ，總會流中，二氧化碳不超過 1%。為了保障廣大煤礦職工有一個安全、可靠和良好的工作條件，必須向井下輸送足夠數(shù)量的新鮮空氣，以沖淡有害氣體的濃度和四處飛揚的煤塵。這次的畢業(yè)設計的課題就是有“礦井肺臟”之稱的通風設備。在采礦和地質(zhì)勘探等工程中，必須開掘大量的井巷，而掘進這些井巷的特點是只有一個出口，所以稱為獨頭巷道。獨頭巷道的通風常稱為局部通風或掘進通風，其任務是將

12、新鮮風流引至工作面，排除工作面的炮煙、礦塵等污濁空氣，以保證工人在良好的條件下工作。我國煤炭行業(yè)近年來發(fā)展情況良好，特別是隨著先進探測技術的應用，開采設備的改善，又開掘了許多新的井巷，所以局部通風機又有了用武之地?；谶@種認識，我選定了這次畢業(yè)設計的題目：局部軸流式通風機。北京工商大學畢業(yè)論文（設計）2第一章 緒 論通風機是用于輸送氣體的機械，從能量觀點來看，是把原動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量的一種機械。從氣體壓力升高的原理出發(fā)，主要可分為容積式、葉片式和噴射式。其中葉片式風機可分為離心式、混流式、軸流式和橫流式。bdj 局部通風機其實屬于軸流通風機的一種。軸流式通風機已有悠久的歷史，十九世紀已

13、經(jīng)應用于礦山和冶金工業(yè)上。由于當時工業(yè)等部門水平的限制。理論研究沒有很好的開展。這種風機的全壓為，而效率則只達。98294pa1525%二十世紀初期，由于航空事業(yè)的迅速發(fā)展對機翼理論進行了廣泛的實驗研究，其研究結果大大促進了軸流式風機的發(fā)展。迄今，孤立葉型的升力理論和實驗數(shù)據(jù)，仍然是軸流式通風機設計的主要依據(jù)之一。從三十年代開始，隨著航空發(fā)動機的日新月異，對葉柵理論又進行了大量的實驗研究，其研究結果即所謂平面葉柵實驗數(shù)據(jù)，是設計軸流式壓縮機或高壓軸流式通風計的主要依據(jù)。今天，在這種理論的推廣運用下，軸流式通風機家族成員在不斷增多，本次設計的局部通風機也是它的成員之一。目前軸流式風機，小的其葉輪

14、直徑只有 100 多毫米，大的直徑可達 20 多米。最大流量的通風機其流量可達 1500 萬每小時。風機的布置形式有立式、臥式和3米傾斜式三種，軸流式通風機很多是電機直聯(lián)傳動的。 下面就我設計的一些內(nèi)容簡單介紹如下。1.1 設計任務隨著礦井向深部發(fā)展，通風系統(tǒng)越來越顯復雜化，為了確保井下各個工作面有良好的作業(yè)環(huán)境，就勢必要求高風壓、高效率及低噪聲的局部通風機。本次的設計任務就是礦用局部通風機，局部通風機主要用于開發(fā)新的巷道時使用，給掘進工作面供風。1.1.1 擬定通風機設計工礦點流量 q=5.4，全壓 p=3020pa，總效率 ，工作介質(zhì)密度取為3ms80%北京工商大學畢業(yè)論文（設計）3，轉(zhuǎn)速

15、。31.20kg m2900minnr取值的原因：由于局部通風機是在獨頭巷道使用的，如前面所介紹的，風機為抽出式通風，故而巷道中的流量較小，風壓大，一般要求通風機的總效率大于 80%，本次設計中要求。轉(zhuǎn)速取得較高，這樣可以增大風壓。82%1.1.2 主要內(nèi)容圍繞著通風機設計中涉及的任務就多了，它主要包括以下內(nèi)容： 1) 方案的選取本次設計的風機為對旋式軸流風機，是一種較新的結構，由于它特殊的結構，使得其性能優(yōu)異，在煤礦業(yè)有很好的發(fā)展前景，所以這次局部通風機的設計，本人選擇了對旋式風機中的 bdj 系列，其優(yōu)點和結構后面會詳細介紹。2）工作輪葉片在本次設計中工作輪葉片的設計既是重點，又是難點，由

16、于工作輪葉片是風機中直接向氣流傳遞能量的裝置，所以工作輪葉片設計的好壞就直接關系到風機性能和效率的問題，從本次設計看，設計的好該風機效率可達 80%以上，故在設計中應力求葉片尺寸準確，曲線圓滑；考慮到風機的防爆性能，葉片采用了鋁合金；考慮到噪聲，采用了葉片數(shù)較少的一種方案。3）工作輪輪轂工作輪輪轂是工作輪葉片的固著體，由于它的高速旋轉(zhuǎn)來帶動葉片的旋轉(zhuǎn)從而使氣流能連續(xù)不斷地從進口到出口流動。可以想象到輪轂設計的優(yōu)劣，它的性能好壞將直接影響著葉片的轉(zhuǎn)動情況，也就是影響著風機的效率和性能。另外，工作輪輪轂和工作輪葉片這個組合體是風機的核心部分，只有在它的動、靜平衡實驗通過后才能用于安裝，否則就應修正

17、或報廢。從這點上說成功設計一臺通風機是比較困難的。本次設計中工作輪葉片和輪轂是焊成一體的，在以后章節(jié)敘述就把二者合在一塊去討論了。4）電動機的選擇根據(jù)風機的流量、風壓和轉(zhuǎn)速等參數(shù)選擇了小功率，防爆性電動機，即 ybf 系列，ybf 系列電動機為軸流式風機專用的防爆電機。電機的具體結構及尺寸會有詳細介紹。電動機為內(nèi)置，其重量較小，所以設計了固定筒，先將電機塞進固定筒中，北京工商大學畢業(yè)論文（設計）4再將電機固定筒與主機殼間用支撐筋板焊接在一起，這一結構簡單、可靠，在文中不再詳細介紹，具體結構見總裝圖。5）集流器與整流罩集流器與整流罩通過肋板的連接構成一個整體，是組成軸流式風機的必不可少的部件，它

18、可使氣流平穩(wěn)進入風機，所以避免了氣體從不同方向雜亂無章地進入風機，對降低噪音和提高風機性能都有好處。集流器設計中一般它的進口直徑等于通風機直徑的 1.22.3 倍，集流器形狀是按照雙曲線或圓弧畫出的。整流罩為半圓球形，加工工藝簡單。6）風筒風筒設計包括內(nèi)風筒和外風筒兩部分，在這部分設計中主要就風筒直徑（指內(nèi)徑） 、材料、厚度及安裝時要保證的間隙等方面進行了考慮，考慮到要填充吸聲材料，外風筒的設計主要以內(nèi)風筒的尺寸為依據(jù)。在這次設計中主要考慮了工作輪葉片和機殼間的徑向間隙，并根據(jù)徑向間隙的要求，選擇了葉片外緣到機殼內(nèi)壁間的距離，同時也由它確定了機殼內(nèi)徑的大小。工作輪葉片和機殼間的徑向間隙對軸流風

19、機的壓頭和效率有較大影響。若間隙太大效率效率將下降，太小會產(chǎn)生噪音，且可能發(fā)生工作輪葉片外緣和機殼內(nèi)壁碰撞。風筒的材料要考慮防爆性能，具體介紹如下文中。7) 擴散筒軸流風機的出口動壓一般很大，約占全壓的 30%以上。因此，必須在級的后面安置擴散筒，以進一步提高風機靜壓效率。擴散筒的結構有很多種，本次采用的是等直徑外筒。8）底座風機內(nèi)的電機接線一般采用的是電纜，為了便于接線和減少井下工作環(huán)境對電纜的損壞（包括砸斷和擠壞電纜等） ，所以電機的出線受到了限制，通常需要把接線盒放在通風機上方或者通風機兩側。要使這個位置固定下來就需要給風機在外殼上裝底座。安裝底座還有支撐風機和穩(wěn)定風機的作用，帶底座的風

20、機和不帶底座的風機相比較后者還較易損壞。另外考慮移動的方便，設計時要注意它的尺寸及形狀。本次設計的風機是一種小型局部通風機，尺寸不大，重量較輕，所以底座材料就是北京工商大學畢業(yè)論文（設計）5用一般鋼材也能滿足其功能要求。設計中選用的是等邊三角鋼板，該裝置在制造上是焊接而成的，對它的要求很低，故而生產(chǎn)成本很低，制造容易，價格也便宜。9）法蘭與密封裝置法蘭環(huán)的設計也是很重要的，它用于集流器、內(nèi)風筒、擴散筒的連接，法蘭的結構也決定了采用何種密封形式。本次設計的風機徑向尺寸較小，風壓不大，故采用整體法蘭，平面密封裝置。密封圈采用一般橡膠材料。10）消聲結構軸流式通風機的噪音一般都很大，所以必須設置消聲

21、裝置，本次設計中詳細介紹了噪聲的來源，及本次設計所采用的方法。本次采用的是填充吸聲材料的方法來降噪。11) 設計的零件是否符合強度要求，使用的材料是否符合要求，都是需要校核的，所以在設計完主要部件后，對風葉、主軸進行了校核，計算了轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。12）綜合考慮與風機的安裝不論設計何種產(chǎn)品，要從實用性、經(jīng)濟性、發(fā)展前途等多方面進行考慮。要權衡他們之間的關系，找到平衡點。對于總機的總體尺寸也要考慮，盡量使其整體尺寸縮短，以減輕重量。在這個專題里，主要完成了一些軸向間隙的計算與確定，某些結構的安裝合理性及風機在加強強度和搬運方便上做的一些結構設計。綜上所述，我們在完成了以上幾項設計之后，整個風機的形

22、象就完全展現(xiàn)在了我們面前，相應的風機性能也就隨之而確定了。1.2 對旋式軸流風機1.2.1 對旋式風機出現(xiàn)的背景葉輪是軸流式風機的主要工作構件，多年以來軸流式風機的技術改造，幾乎都集中北京工商大學畢業(yè)論文（設計）6在葉輪上，如改變?nèi)~輪數(shù)量，增加中、后導葉片，改變?nèi)~片形狀，扭曲葉片等等，但這未能從根本上大幅度提高風機改造效率，究其原因，此類措施都不能有效地減少風流在風機中的流動阻力，而兩級對旋式風機，正是針對此作了改造，取得了良好的效果。近年來，通過改進風機氣動設計方法，合理的選擇氣動參數(shù)，如：采用寬弦長葉片、靜子端彎、變幾何形狀靜子和機匣處理己經(jīng)使風機性能得到了很大改進。進一步研究證明，使用對

23、旋級、兩個轉(zhuǎn)子相反旋轉(zhuǎn)(不裝任何導葉)是改進風機性能最好的方法。對旋風機和同樣尺寸的有后導葉的雙級風機相比可以得到更大的壓力系數(shù)和更高的效率。因而在高壓通風系統(tǒng)中作為高壓風機，對旋風機經(jīng)常應用到礦山、隧道、地鐵的換氣風扇、鍋爐鼓、引風機及礦井坑口主通風機等。其具有結構緊湊、噪聲低、風壓高、風量大、效率高、高效區(qū)寬等特點。1.2.2 對旋式通風機的工作原理及結構對旋式通風機，是指前后串連兩個直徑、輪轂比、轉(zhuǎn)速都相同，而旋轉(zhuǎn)方向相反的漿葉，通常由兩個電極分別驅(qū)動的一種兩極軸流風機。其優(yōu)點在于：在流量相同的情況下，可以成倍地增加壓強增益（風機出口的總壓相對進口總壓的增量） ，克服軸流風機總壓增益相對

24、較低的固有弱點；第一級葉輪產(chǎn)生的氣流旋轉(zhuǎn)恰好由第二級葉輪方向旋轉(zhuǎn)而消除，直接產(chǎn)生符合出口要求的單一軸向流。不需要任何導流片，縮短軸向尺寸，使結構變得簡單。根本避免了導流片上的氣流分離，減小能量損失，提高效率并降低噪聲。因兩級對旋式風機去掉了中、后導葉片，在同等通風能力下，機身的尺寸大幅度縮短；風流運動阻力大大降低，使得風機總效率大為提高；由于采用了雙電機、雙端拖動，使每部電機容量大幅度下降，這不僅造成電控系統(tǒng)單機最大負荷大幅度下降，也使電控系統(tǒng)技術等級降低，從而使通風機的供電及電控設備的投資額和操作控制技術要求大幅度降低。1.2.3 對旋式通風機的優(yōu)良性能九十年代，國內(nèi)對于對旋通風機的研究十分

25、活躍，研究的重點主要為新型高效北京工商大學畢業(yè)論文（設計）7率、低噪音通風機產(chǎn)品的研制，優(yōu)化設計及流場計算與分析等。這些研究表明：1) 對旋式通風機因為沒有靜葉，不存在靜葉損失，因此，其效率比普通通風機要高；2) 對旋式通風機具有較大的逆向送風量，其一般可達，而普通通風70%80%機的逆向送風量僅為；30%40%3)根據(jù)不同的風量、風壓要求，對旋式通風機可以采用前置葉輪與后置葉輪同時運轉(zhuǎn)、前置葉輪停止后置葉輪運轉(zhuǎn)、前置葉輪運轉(zhuǎn)后置葉輪停止三種運行方式，大大擴寬了使用運行范圍；4) 對旋式通風機的壓力風量特性曲線較陡，因此，在高效區(qū)，較小的風量變化即可得到較大的風壓變化，較好地滿足局部通風的需求

26、；5)在設計對旋式通風機時，第二級葉片的氣動負荷比第一級葉片的氣動負荷要小因此，不容易出現(xiàn)失速，并且其小流量區(qū)特性得到明顯改善；6)采用雙電機雙端驅(qū)動的方式，使單部電機容量大幅降低，這不僅使電控系統(tǒng)的單機負荷大幅度下降，也使電控系統(tǒng)技術等級要求降低，從而使供電及電控設備的投資額和操作控制技術要求大大減低；7)由于前置葉輪與后置葉輪的干涉運轉(zhuǎn)，其噪音應比普通通風機大，但是，合理的軸向間隙、徑向間隙，前置葉輪與后置葉輪轉(zhuǎn)速的合理匹配，可以有效地降低噪音，此外還可采用外包復式消聲器的方法減低噪音。1.3 bdj 風機1.3.1 bdj 風機簡介 bdj 風機是對旋式通風機的一種。其全稱是：礦用防爆對

27、旋式通風機。其中“b” ，代表“隔爆” ；“d”代表“對旋” ；“j”代表“局部” 。該系列通風機防爆性能符合 gb3836.1爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第 1 部分：通用要求和gb383602爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第 2 部分：隔爆型“d” 的規(guī)定，防爆標志北京工商大學畢業(yè)論文（設計）8為 exdi。適用于大中型煤礦礦井做抽出或壓入式通風機，也適用于金屬礦山、化工礦山、隧道工程等場所，是我國老式風機理想替代產(chǎn)品。1.3.2 bdj 風機的工作原理第一級葉輪與第二級葉輪相距很近，分別由容量及型號相同或不相同的隔爆專用電動機驅(qū)動，第一級葉輪與第二級葉輪旋轉(zhuǎn)力向相反，兩個葉輪采用不同的葉片數(shù)，

28、葉片為氣功性能優(yōu)良的機翼葉型，第一級葉輪的葉片扭曲角和安裝角均大于第二級葉輪葉片的扭曲角和安裝角。當空氣流入第一級葉片獲得能量后并經(jīng)第二級葉輪排出。第二級葉輪兼?zhèn)渲胀ㄝS流風機中靜葉的功能，在獲得整直圓周方向速度分量的同時，增加氣流的能量，從而達到普通軸流式風機不能達到的高效率、高風壓。1-集流器 2-整流器 3-消聲筒體 4-一級葉輪 5-二級葉輪6-隔爆電動機 7-消聲尾錐體 8-擴散消聲器圖 1.1 bdj 對旋系列軸流通風機示意圖北京工商大學畢業(yè)論文（設計）9第二章 葉輪設計2.1 設計方法目前，軸流通風機的設計方法主要有兩種，一是利用單獨翼葉對空氣動力試驗所得到的數(shù)據(jù)進行設計，稱為孤

29、立葉型設計法。另一種是利用葉柵的理論和葉柵的吹風試驗結果來進行設計，成為葉柵設計法。對于軸流通風機來說，由于葉柵稠度不大，一般，可以把葉片當作()bt1bt一個個互不影響的孤立葉片，按孤立葉型設計法設計，即假定孤立葉型的升力系數(shù)與葉柵升力系數(shù)相等。鑒于此法計算簡便迅速、實驗數(shù)據(jù)較完整、計算結果ycyc也較準確可靠，因而國內(nèi)外都采用孤立葉型設計法設計軸流通風機，特別是對于壓軸流風機，可獲得很好的結果。其實無論采用何種葉型數(shù)據(jù)及計算公式，其基本理論都是一致的，只不過表現(xiàn)形式略有不同。由上面兩種方法的比較，本次設計中對葉輪的設計采取孤立葉型法。北京工商大學畢業(yè)論文（設計）102.2 設計要點2.2.

30、1 風機中負載的分配所謂負載是指氣流通過葉輪的壓強增益。兩級葉輪之間的負載分配是設計中的一個重要問題。第一級動葉是后扭型，而第二級是預扭型。重點討論前后兩級動葉有相同轉(zhuǎn)速的情況。這時，后者氣流與葉片之間的相對速度比較大，這就決定了第二級的負載可以適當增大。若使第一級的負載大于第二級，顯然是不合適的。由于第一級氣流相對速度小于第二級，即使兩級的負載相同，前后葉片的相對速度比值 v1/v2 范圍是(0.70.8)，要求第一級有相同甚至更大的負載，勢必需要增大葉片的升力系數(shù)或迎角，但這是很有限度的，升力系數(shù)或迎角過大很容易引起氣流分離甚至失速，出現(xiàn)氣流脈動和葉片振動的現(xiàn)象，而且，脈動氣流對第二級的影

31、響更甚于第一級，對于后一級，氣流脈動是全流場的，不像第一級那樣一般僅發(fā)生在翼型后部。例如，有的對旋式通風機，第一級葉輪發(fā)生失速，將會導致第二級葉片出現(xiàn)更為劇烈的振動甚至斷裂。若第二級葉輪由較大功率的電機驅(qū)動，可以使第二級的負載大于第一級。但一般前后兩級電機功率相同，由于第二級氣流相對速度大，雖然可能有比較大的負載，但速度大會使摩擦損失加大，因而效率降低，如在兩級負載相同的情況，第二級葉輪效率比第一級下降 6 個百分點左右，因而電機功率消耗增大為 1.1 倍左右。實踐中對旋式通風機經(jīng)常發(fā)生第二級電機燒毀的現(xiàn)象，其根源在于工作條件惡劣以及功率消耗比較大。所以在前后兩級葉輪由相同電機驅(qū)動的情況下，不

32、應該使第二級的負載大于第一級。綜上所述，應該使前后兩級葉輪有相同的負載要求，即 p1/p2=1。2.2.2 兩級葉輪速度三角形分析當兩個葉輪的圓周速度相同時，其速度三角形如圖 2.1 所示?？煽闯龅诙塼u入口前的氣流具有負的旋繞速度。12uc北京工商大學畢業(yè)論文（設計）11圖 2.1 對旋式通風機葉輪的速度三角形對旋軸流通風機每個葉輪的氣動計算方法和普通軸流通風的完全相同。在本次設計中采用了兩臺相同型號的電動機，則兩級葉輪的圓周速度相同，且第二級葉tu輪出口氣流旋繞速度非常小，可假設為零，同時分配每級所產(chǎn)生的理論全壓為22uc通風機理論全壓得一半。在此條件下，使，致使第一級葉輪的負荷系數(shù)大1

33、2mmww于第二級的，加之，將導致每級葉輪的葉片數(shù)目、葉片寬度及葉片安裝角等的不12mm同，在以下的計算結果中都有所體現(xiàn)。2.2.3 葉型的選擇從目前的資料來看，可用于孤立翼設計方法的翼型有三類。一是平底或接近于平底的翼型；二是等厚圓弧板翼型；三是 naca65 系列中的某些翼型。由于naca65 系列自成體系，翼型及葉片中弧線的繪制方法與一般不同，在國內(nèi)很少使用。已有的性能良好的機翼或螺旋葉型均可作為風機的翼型葉片的原始葉型。葉型的種類很多， 如：20 世紀初英國發(fā)表的 raf-6e 葉型，美國 naca（航空咨詢委員會）早期研究發(fā)表的 clarky 葉型，參照英國 ls 型螺旋漿翼型加以修

34、改而得到的 ls 葉型，德國哥廷根大學在 20 世紀初研究發(fā)表的葛廷根(gottingen)葉型等。由對這幾種葉型的研究可知，任何一種具有尖后緣的機翼葉型，都可在較寬廣的攻角范圍內(nèi)工作。各種葉型的空氣動力特性，只有數(shù)量上的差別，而無實質(zhì)上的區(qū)分。因而可以說，北京工商大學畢業(yè)論文（設計）12對已有的任何一種葉型，只要在無分離的攻角最佳范圍內(nèi)，均可被采用于設計中。圓弧板葉型的優(yōu)點是制造方便，但效率比機械翼型葉片低。在風冷和一般通風換氣用之軸流通風機上，這種圓弧板葉型應用較多。不同翼型的最佳升力系數(shù)、升阻比、翼型相對厚度、失速yoptc11yxccc性能及翼型形狀等都有些差別。他們對葉片尺寸、全壓效

35、率、穩(wěn)定工作區(qū)域及葉片制造難易等會有不同程度的影響，設計者可根據(jù)設計要求，對不同翼型的性能進行分析比較后，來選擇合適的翼型。例如，小功率通風機從制造簡便及降低成本等角度出發(fā)，可采用等厚圓弧板翼型；功率較大的通風機可選用機翼型翼型。為減小葉片尺寸可選用較大的翼型；為了提高效率可選用升阻比盡可能大的翼型；yoptcyxcc為了擴大通風機穩(wěn)定工作區(qū)域可選擇脫流電推遲的翼型。為了得到高的全壓系數(shù)，有時采用開襟翼型。在所查找的資料中，對旋式通風機翼型多選擇 ls 翼型和圓弧板型，本次設計采用了 ls 翼型。圖 2.2 ls 翼型ls 葉型的截面尺寸列于下表：表 2.1 ls 葉型截面尺寸距前緣坐標(%)

36、x b51020304050上表面坐標max(%)y c59.1278.696.1100.099.196.1距前緣坐標(%)x b60708090r1r2上表面坐標max(%)y c87.374.757.236.91.2000.9北京工商大學畢業(yè)論文（設計）13注：1.r1 為前緣相對半徑，r2 位后緣相對半徑；2.中心距翼弦的距離；0max0.42yc3.重心距翼型前緣的距離00.445xb圖 2.3 ls 葉型性能曲線2.2.4 電動機的選擇本次設計中選用的是 ybf 系列隔爆型三相異步電動機，是防爆軸流式通風機配套的專用電動機，防爆性能符合 gb3836. 2-83爆炸性氣體環(huán)境用隔爆型

37、電器設備“d” 的規(guī)定，并吸收國際上同類產(chǎn)品的優(yōu)點自行設計制造的，具有體積小、效率高、溫升裕度大、噪聲低、啟動及運行性能好等特點。該系列電動機制成隔爆型，防爆標志為 d ，dat4 ，dbt4，分別適用于煤礦井下及工廠a 級、b 級，溫度組別為 t1t4 組的可燃性氣體或蒸汽與空氣形成爆炸性混合物的場所。防護等級：主題外殼 ip44北京工商大學畢業(yè)論文（設計）14接線盒：ip54冷卻方式：ic0141絕緣等級：b額定電壓：380v額定頻率：50hz安裝形式：imb30型號說明圖 2.4ybf 型號說明圖 2.5 ybf 電機的結構圖2.3 葉輪主要參數(shù)的選取與計算根據(jù)下表，選取對旋式通風機型號

38、為 6.3/60，流量 q=5.4，全壓 3msp=3020pa，總效率 ，工作介質(zhì)密度取為，轉(zhuǎn)速。80%31.20kg m2900minnr北京工商大學畢業(yè)論文（設計）15表 2.2fdb 礦用防爆對旋式通風機技術性能參數(shù)表 2.3.1 計算軸功率在 2.2.2 速度三角形分析中已知，分配每級所產(chǎn)生的理論全壓為通風機理論全壓得一半，所以在計算軸功率時的全壓為給定全壓的一半。p1000sqp北京工商大學畢業(yè)論文（設計）16 則5.4 151010.21000 0.8spkw2.3.2 計算比轉(zhuǎn)速sn112233445.4290027.821510sqnpn2.3.3 輪轂比v輪轂比是一個重要的

39、結構參數(shù)，對風機的壓力、流量、效率等都有影響。因v而，當通風機的壓力、流量和轉(zhuǎn)速為一定的情況下，輪轂比 就不能任意選取。由v下式 (2-1)2sinmzytpvcuc 可看出，輪轂比與風機的全壓成正比，與成反比。說明，當風機的壓力vp或壓力系數(shù)較高時，應取較大的輪轂比。但輪轂比過大，葉片就過短，葉片流道中的氣體流動損失增加，使風機性能惡化，效率降低，并增加尾部擴散筒的軸向尺寸。從式(2-1)還可看出，與和成反比。如果選取的圓周速度較大時，可以vtuzc選擇較小的輪轂比；對于風壓高、流量小的風機，可去較大的值。v但是，輪轂比過小，對風機的性能也是不利的，會引起葉片根部氣流發(fā)生分離。另外，從結構方

40、面看，輪轂比過小，會使葉片變得很長，給葉片的布置帶來困難，尤其是在動葉可調(diào)的情況下，更是如此。一般輪轂比的選擇范圍是： (2-2)0.250.75v 當通風機級的方案采用單獨葉輪時，可取。對于其他方案的通風機，0.30.45v 北京工商大學畢業(yè)論文（設計）17可取，也有取 低于 0.5 者。根據(jù)=23.2，查圖 2.6 得0.50.7v vsn=0.6。v圖 2.6 輪轂比與之間的關系sn2.3.4 葉輪外徑選擇合理的輪轂比后，另一個重要的問題就是確定葉輪外徑。的大小直接tdtd影響到風機的性能和結構。在所要求的風機全壓和流量已給確定的情況下，當轉(zhuǎn)速給定時，風機的葉輪尺寸也基本上確定了。根據(jù)大

41、量試驗研究的統(tǒng)計結果，人們td發(fā)現(xiàn)葉輪尺寸與壓力、流量 q 及轉(zhuǎn)速 存在一定的關系，可用與比轉(zhuǎn)數(shù)來tdpnuksn描述，與基本上是成直線關系，可用下式表示： uksnuk (2-3)22uuukppgrr=將代入式 (2-3)得：t60ndup= (2-4)260utpkdnrp=式中 風機的全壓，；pap北京工商大學畢業(yè)論文（設計）18 氣體的質(zhì)量密度，則3/kg m對于標準狀態(tài)下的空氣，取，31.20/kg mr=則 (2-5)77.4tkpdnmp=由式(2-4)及式(2-5)求出的葉輪外徑還應受到圓周速度的限制。從降低噪tdtu聲的角度出發(fā)，應取，但是，當葉輪直徑一定時，過低的圓60/

42、80/tmmuss周速度，將降低風機的流量和壓頭。在流量和壓頭給定的情況下，過低的會使風tu機的尺寸增大。目前可取。 可按下列公式計算得到。max130/tmsukm，代入（2-5）得23.21.01.01.783030sknm=+=+=則2222h77.41.7815100.5862900d =0.60.586=0.3520.5860.3520.48322ttmtdmdmdddmhpn=+=2.3.5 計算輪緣速度和壓強系數(shù)29000.58690/6060ttn dm s2215100.2490.50.5 1.290tpu2.3.6 計算軸向速度22225.4=31.3/0.586 -0.3

43、5244zthqcm sdd2.3.7 翼型相對厚度 的選擇c同一翼型，增加時可以增加升力系數(shù)，但是翼型的升阻比也要隨之cycyxcc變北京工商大學畢業(yè)論文（設計）19化，為了提高通風機的全壓效率，目前在軸流通風機中，一般采用中等厚度的翼型，沿葉片高度可選為常數(shù)或按某種規(guī)律變化。按等0.050.12c c環(huán)量設計葉片時，葉片根部負荷系數(shù)較大，可選用較大的以減少葉根處的葉片寬c度及葉片安裝角，hbh的減小可使整個葉片扭曲的小些，制造較方便，為了增加葉片根部的強度，也hc可以選的大些。2.3.8 升力系數(shù)的選擇yc在軸流通風機氣動計算中，為使通風機獲得高的全壓效率，對于擴壓式葉柵，必須在最大升阻比

44、及其附近的區(qū)域內(nèi)選擇翼型的升力系數(shù)。為了減小葉片尺寸，則應盡可能選擇較大的值，但必須留有足夠的域度，避免產(chǎn)生脫流，以提高通風機運轉(zhuǎn)的可靠性，這可以從下述兩種情況來考慮：一是管網(wǎng)等幾孔不變或變化較小時，如地鐵通風機 ，可取。當葉片安裝角可調(diào)時，該值指的是最大max(0.80.9)yycc葉片安裝角時的升力系數(shù)。應當指出 ，按這種方法選擇升力系數(shù)時，計算工作yc點距脫流工況點較近，通風機工作區(qū)域會窄些。二是管網(wǎng)等積孔變化很大時，例如礦井主通風機，所選的升力系數(shù)應為。max0.5yycc按等環(huán)量設計葉片環(huán)時，從葉頂?shù)饺~根負荷系數(shù)是逐漸增加的，為了不使yc葉根處的葉柵稠度過大，從葉頂?shù)饺~根逐漸增加升力

45、系數(shù)是合理的。yc2.3.9 葉片數(shù)z由氣動基本方程式 （2-4tympc bw z6）及式 (2-7)02uymcbctw可知，當葉柵之速度三角形不變時，則，或值不變。也就是說，要求mwucdp北京工商大學畢業(yè)論文（設計）20或具有一定的值。()!yncbrnr-0ybct對于已選定的孤立葉型來說，在額定工況下，其升力系數(shù)是一定的，因而葉yc片數(shù)的改變，意味著變更葉片弦長 。葉片數(shù)增加，則 減??；減小，則 增加。bzbzb對于同一輪轂比和葉片弦長 而言，葉片數(shù)增加，則葉柵稠度亦增加。bzb(=)t這將引起葉柵升力系數(shù)的下降，并使得流道內(nèi)的流動損失迅速上升。如果葉片數(shù)過少，由式（2-6）可以看

46、出，將使每個葉片的負載增大，從而使氣動性能變壞，導致風機的全壓 的降低。p因此，對于一定的輪轂比和葉片弦長的風機，存在一個最佳葉片數(shù)（或最佳相對葉柵）問題。根據(jù)葉柵試驗數(shù)據(jù)，葉片數(shù)可按的范圍選取。根據(jù)國內(nèi)0.51.5tb設計軸流風機的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，對于按孤立葉型設計法設計的軸流風機的最佳葉片數(shù)推薦如下表。z表 2.3 孤立葉型法設計之軸流風機的最佳葉片數(shù)輪轂比0.20.40.50.690.7葉片數(shù) z264861281610202.4 第一級葉輪的設計2.4.1 確定安裝角a由上述計算已知，比轉(zhuǎn)速=23.2，葉輪外徑=0.586m，葉輪幾何平均直徑處sntd=0.48m，圓周速度=90，葉輪幾何平

47、均直徑處圓周速度mdt/m s，壓強系數(shù)=0.249，輪轂比 =0.6。29000.4872.9/6060mmn dm sv平均半徑處的扭速，選擇變環(huán)量葉柵：，21.6/mmupcm su0.5北京工商大學畢業(yè)論文（設計）21，則，選取 ls 葉形，；0.521.60.520.4810.62dmmuc0.510.6ruc0.1c 選取的 5 個設計計算斷面的直徑 d 分別為0.352，0.422，0.483，0.537，0.586（m） ，按下列公式在 5 個斷面上分別計算以下各量：通過下圖圖，依次選取 為 1.9、1.7、1.6、1.5、1.4，對應的為yc5.3、4.6 、4.2 、3.5

48、 、3 ，則=。am圖 2.7 ls 葉型性能曲線2.4.2 選取葉片數(shù) z由于=0.6，查表 2.3 可知，葉片數(shù) z 為 612，又由公式，其中11m mz 為平均半徑處的葉柵稠度，其最佳范圍為 0.31.1; 為平均半徑處葉片的展弦mm比，當=0.50.7 時，當=0.30.4 時，可達到 2.0 或更多些。0.91.5mm222211,/22zzmmuucucz wmcuccw和0.5110.6,arctan,zzuupuc c ucz urcc 2222(),2,arctan,uuuzzuuccccuc ucuc 北京工商大學畢業(yè)論文（設計）22則，選取葉片數(shù)為 z=9。1 0.60

49、.9 1.50.66.8 11.31 0.6z2.4.3 計算弦長，2900/60151.8/nrad s角速度4ympbc zw表 2.4 第一級葉輪各計算量d0.3520.4220.4830.5370.586r0.1760.2110.24150.26850.293u53.45 64.08 73.34 81.54 88.98 cu25.27 23.08 21.57 20.46 19.58 p1393.70 1526.00 1632.57 1721.41 1798.23 cz31.32 31.32 31.32 31.32 31.32 cz/u0.59 0.49 0.43 0.38 0.35 1

50、30.3726.05 23.13 21.01 19.39 u-c2u28.18 41.00 51.77 61.08 69.40 cz/(u-c2u)1.11 0.76 0.61 0.51 0.45 248.02 37.38 31.18 27.15 24.29 (u-0.5cu)21665.91 2760.44 3913.20 5085.36 6270.90 cz2981.23 981.23 981.23 981.23 981.23 wm51.45 61.17 69.96 77.89 85.16 cz/wm0.61 0.51 0.45 0.40 0.37 m36.40 30.80 26.6023

51、.37 21.27 cy1.90 1.70 1.60 1.50 1.40 5.304.604.20 3.50 3.00a41.70 35.4030.37 26.87 24.27 z99999151.8151.8151.8151.8151.8b0.157 0.138 0.127 0.122 0.118 2.4.4 葉片繪制1）計算弦長 b 在額線和軸線上的投影，列于下表：表 2.5 b 在額線和軸線上的投影北京工商大學畢業(yè)論文（設計）23公式 直徑 d 0.3520.4220.4830.5370.586bcosa0.117 0.112 0.110 0.109 0.108 bsina0.104 0

52、.080 0.064 0.055 0.049 2）根據(jù)下圖，確定重心坐標、重心距翼型前后緣的距離在葉柵額線及軸線方向的投影：圖 2.8 ls 翼型ls 葉型的截面尺寸列于下表:表 2.6 ls 葉型截面尺寸距前緣坐標(%)x b51020304050上表面坐標max(%)y c59.1278.696.1100.099.196.1距前緣坐標(%)x b60708090r1r2上表面坐標max(%)y c87.374.757.236.9129注：1.r1 為前緣相對半徑，r2 位后緣相對半徑；2.中心距翼弦的距離；0max0.42yc3.重心距翼型前緣的距離00.445xb表 2.7 重心坐標、重

53、心距翼型前后緣的距離在額線及軸線方向投影公式 直徑 d0.3520.4220.4830.5370.586北京工商大學畢業(yè)論文（設計）24x0=0.445b69.921 61.459 56.560 54.333 52.552 y0=0.42c6.6 5.8 5.35.1 5.0 x0sina45.450 34.803 28.59024.660 22.590 x0cosa50.090 49.835 48.880 48.400 47.869 bsina-x0sina56.68043.520 35.550 30.730 28.150 bcosa-x0cosa62.48062.326 60.73 60.

54、300 59.702 3）根據(jù)表中翼型斷面坐標值，可計算出各計算截面的翼型尺寸：表 2.8 各計算截面翼型尺寸d=0.352,b=0.157m 時x7.85 15.70 31.40 47.10 62.80 78.50 94.20 109.90 125.60 141.30 r1r2y9.28 12.34 15.09 15.70 15.54 15.09 13.71 11.73 8.98 5.79 1.8 1.41 d=0.422,b=0.138m 時x6.90 13.80 27.60 41.40 55.20 69.00 82.80 96.60 110.40 124.20 r1r2y8.16 10.

55、85 13.26 13.80 13.66 13.26 12.05 10.31 7.89 5.09 1.66 1.24 d=0.483,b=0.127m 時x6.35 12.70 25.40 38.10 50.80 63.50 76.20 88.90 101.60 114.30 r1r2y7.51 9.98 12.20 12.70 12.57 12.20 11.90 9.49 7.26 4.69 1.521.14d=0.537,b=0.122m 時x6.10 12.20 24.40 36.60 48.80 61.00 73.20 85.40 97.60 109.80 r1r2y7.21 9.59

56、 11.72 12.20 12.08 11.72 10.65 9.11 6.98 4.50 1.461.10 d=0.586,b=0.118m 時x5.90 11.80 23.60 35.40 47.20 59.00 70.80 82.60 94.40 106.20 r1r2y6.98 9.27 11.34 11.80 11.68 11.34 10.30 8.81 6.75 4.35 1.42 1.06 4）根據(jù)計算所得到的有關數(shù)據(jù)繪制以上五個截面的翼型，如圖截面 1 截面 2 截面 3 截面 4 截面 5 圖 2.9 截面翼型北京工商大學畢業(yè)論文（設計）252.5 第二級葉輪的設計2.5.1

57、 確定安裝角a由于第一級與第二級之間只存在負載系數(shù)的不同，所以，第二級比轉(zhuǎn)速=23.2，葉輪外徑=0.586m，葉輪幾何平均直徑處=0.48m，圓周速度=90sntdmdt，葉輪幾何平均直徑處圓周速度，壓強/m s29000.4872.9/6060mmn dm s系數(shù)=0.249，輪轂比 =0.6。v平均半徑處的扭速，選擇變環(huán)量葉柵：，21.6/mmupcm su0.7，則，選取 ls 葉形，；0.70.720.488221.6dmmuc0.78ruc0.1c 選取的 5 個設計計算斷面的直徑 d 分別為0.352，0.422，0.483，0.537，0.586（m） ，按下列公式在 5 個斷

58、面上分別計算以下各量：依次選取 為 2.5、2.2、2.0、1.9、1.7，對應的為yc5.5、5、4.2、3.9、3.5，則=。am2.5.2 選取葉片數(shù) z由于=0.6，查表 2.3 可知，葉片數(shù) z 為 612，又由公式，其11m mz 中為平均半徑處的葉柵稠度，其最佳范圍為 0.31.1; 為平均半徑處葉片的展mm弦比，當=0.50.7 時，當=0.30.4 時，可達到 2.0 或更多些。0.91.5mm則，選取葉片數(shù)為 z=7。1 0.60.9 1.50.55.7 9.41 0.6z222211,/22zzmmuucucz wmcuccw和0.718,arctan,zzuupuc c

59、 ucz urcc 2222(),2,arctan,uuuzzuuccccuc ucuc 北京工商大學畢業(yè)論文（設計）262.5.3 計算弦長，2900/60151.8/nrad s角速度4ympbc zw表 2.9 第二級葉輪各計算量d0.3520.4220.4830.5370.586r0.1760.2110.24150.26850.293u53.45 64.08 73.34 81.54 88.98 cu26.99 23.77 21.63 20.08 18.89 p1488.85 1572.10 1637.09 1689.97 1734.83 cz31.32 31.32 31.32 31.3

60、2 31.32 cz/u0.59 0.49 0.43 0.38 0.35 130.37 26.05 23.13 21.01 19.39 u-c2u26.46 40.30 51.71 61.46 70.09 cz/(u-c2u)1.18 0.78 0.61 0.51 0.45 249.82 37.85 31.21 27.01 24.08 (u-0.5cu)21596.25 2723.93 3909.46 5112.04 6325.70 cz2981.23 981.23 981.23 981.23 981.23 wm50.77 60.87 69.93 78.06 85.48 cz/wm0.62 0