軸流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)

1、摘 要在礦井掘進(jìn)巷道時(shí)，為了供給工作人員呼吸新鮮空氣，稀釋掘進(jìn)工作面的瓦斯及產(chǎn)生的有害氣體，礦塵，創(chuàng)造良好工作條件，必須對掘進(jìn)工作面進(jìn)行通風(fēng)。目前對掘進(jìn)工作面進(jìn)行通風(fēng)的主要設(shè)備為JBT系列軸流式通風(fēng)機(jī)。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是對JBT62軸流式通風(fēng)機(jī)總體方案和通風(fēng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)械傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)，對軸流風(fēng)機(jī)工作原理，主要工況參數(shù)的意義的掌握。具體內(nèi)容包括：通風(fēng)方式的選擇，總體結(jié)構(gòu)方案的確定，軸的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算，葉輪的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算，導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)計(jì)算，疏流罩、擴(kuò)散器和集流器的設(shè)計(jì)和選擇，殼體的設(shè)計(jì)，通風(fēng)機(jī)消聲裝置的設(shè)計(jì)，電機(jī)的選擇和固定方式的設(shè)計(jì)，聯(lián)軸器、鍵和法蘭等零件的選型校核。關(guān)鍵詞 軸流風(fēng)機(jī)

2、0;；局部通風(fēng)設(shè)備 ；機(jī)械設(shè)計(jì)緒論通風(fēng)機(jī)是煤礦的主要能耗設(shè)備，軸流式通風(fēng)機(jī)主要由進(jìn)風(fēng)口、工作輪、整流器、主體風(fēng)筒、擴(kuò)散器和傳動(dòng)軸等部件組成，它的主要原理是風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣沿著風(fēng)機(jī)的軸向方向進(jìn)入葉輪，被葉片擠壓向前推動(dòng)，經(jīng)擴(kuò)散器排出（軸向進(jìn)入，軸向流出），其主要特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊，便于調(diào)節(jié)風(fēng)量、風(fēng)壓，但構(gòu)造復(fù)雜，較難維護(hù)。葉輪是由固定在軸上的輪轂和以一定角度安裝其上的葉片組成。葉片的形狀為中空梯形，橫斷面為翼形。沿高度方向可做成扭曲形，以消除和減小徑向流動(dòng)。葉輪的作用是增加空氣的全壓。葉輪有一級和二級兩種。二級葉輪產(chǎn)生的風(fēng)壓是一級兩倍。整流器安裝在每級葉輪之后，為固定輪。其作用是整直由葉片流出的旋轉(zhuǎn)

3、氣流，減小動(dòng)能和渦流損失。通風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能參數(shù)設(shè)計(jì)是通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的重要部分，過去氣動(dòng)參數(shù)大多通過手工運(yùn)算獲得，工作量大、精確度低、周期長。同時(shí)，在氣動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，繪制葉片截面圖過程中，大量尺寸數(shù)據(jù)通過手工輸入完成，工作重復(fù)程度高、易出錯(cuò)，從而延長設(shè)計(jì)周期，降低工作效率。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展為計(jì)算人員帶來了福音。如今計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用已經(jīng)滲透到科學(xué)研究工作的各個(gè)角落，通過編程可以使繁雜的計(jì)算工作一揮而就。性能優(yōu)良的風(fēng)機(jī)葉型也不斷涌現(xiàn)。采用先進(jìn)的航空空氣動(dòng)力學(xué)理論設(shè)計(jì)動(dòng)葉、靜葉。應(yīng)用先進(jìn)的航空葉片機(jī)s2流場計(jì)算程序，精確計(jì)算s2流場并相應(yīng)進(jìn)行s1流面計(jì)算，最后運(yùn)用葉柵理論及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選定動(dòng)葉和靜葉

4、的葉片型面參數(shù)，可以設(shè)計(jì)出氣動(dòng)性能較好的風(fēng)機(jī)葉型。當(dāng)前所使用的主要葉型有RAF-6E葉型、CLARK-y 葉型、LS葉型、葛廷根葉型、圓弧板葉型、C-4葉型和NACA-65葉型，其中C-4葉型和NACA-65葉型最為常用。隨著壓氣機(jī)第一級負(fù)荷的不斷提高，簡單的、固定彎度的可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，對繼續(xù)滿足壓氣機(jī)穩(wěn)定有效的運(yùn)行來說，已經(jīng)不太合適。為了進(jìn)步改善可調(diào)導(dǎo)葉的性能，國外60年代末提一種新型進(jìn)口導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)，即將導(dǎo)分成兩部分，或者三部分。葉片的前緣部分固定，后面的部分可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。這種導(dǎo)葉的優(yōu)點(diǎn)是能在保證進(jìn)口氣流條件不變的情流況下，改變出口氣流方向，使其滿足后排葉柵進(jìn)口氣流方向的要求。從而緩解流攻角

5、對進(jìn)口流場的均勻性和氣流的穩(wěn)定性會帶來不利影響。目前，對于變尾緣導(dǎo)葉還缺乏深入、系統(tǒng)的試驗(yàn)研究1.2通風(fēng)機(jī)的發(fā)展歷史通風(fēng)機(jī)已有悠久的歷史，在國內(nèi)外的得到了較快的發(fā)展，并取得了還多優(yōu)秀的成果。中國在公元前許多年就已制造出簡單的木制礱谷風(fēng)車，它的作用原理與現(xiàn)代離心通風(fēng)機(jī)基本相同。1862年，英國的圭貝爾發(fā)明離心通風(fēng)機(jī)，其葉輪、機(jī)殼為同心圓型，機(jī)殼用磚制，木制葉輪采用后向直葉片，效率僅為40左右，主要用于礦山通風(fēng)。1880年，人們設(shè)計(jì)出用于礦井排送風(fēng)的蝸形機(jī)殼，和后向彎曲葉片的離心通風(fēng)機(jī)，結(jié)構(gòu)已比較完善了。1892年法國研制成橫流通風(fēng)機(jī)；1898年，愛爾蘭人設(shè)計(jì)出前向葉片的西羅柯式離心通風(fēng)機(jī)，并為各

6、國所廣泛采用；19世紀(jì)，軸流通風(fēng)機(jī)已應(yīng)用于礦井通風(fēng)和冶金工業(yè)的鼓風(fēng)，但其壓力僅為100300帕，效率僅為1525，直到二十世紀(jì)40年代以后才得到較快的發(fā)展。1935年，德國首先采用軸流等壓通風(fēng)機(jī)為鍋爐通風(fēng)和引風(fēng)；1948年,丹麥制成運(yùn)行中動(dòng)葉可調(diào)的軸流通風(fēng)機(jī)；旋軸流通風(fēng)機(jī)、子午加速軸流通風(fēng)機(jī)、斜流通風(fēng)機(jī)和橫流通風(fēng)機(jī)也都獲得了發(fā)展。在當(dāng)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，由于風(fēng)機(jī)屬于在發(fā)電、化工等行業(yè)應(yīng)用范圍較廣的通用機(jī)械，對國民經(jīng)濟(jì)具有重大影響，發(fā)達(dá)國家以及包括我國在內(nèi)的發(fā)展中國家對風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的制造都很重視。世界上比較大的風(fēng)機(jī)制造國主要有日本、德國、意大利、瑞士、美國等。比較大的風(fēng)機(jī)制造商主要有日本的日立制作所、

7、荏原制作所、三菱重工業(yè)株式會社、川嶼重工業(yè)株式會社等；英國主要有詹姆斯豪登公司；德國有德馬格德拉瓦透平機(jī)械公司和KKK公司；瑞士主要有蘇爾壽公司等。風(fēng)機(jī)方面，我國國情不同于工業(yè)發(fā)達(dá)國家，中小型風(fēng)機(jī)是勞動(dòng)力密集型產(chǎn)品，附加值較低，先進(jìn)的工業(yè)國家不會再在技術(shù)和工藝方面大量投資，但仍在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、便于維護(hù)、環(huán)保四個(gè)方面注重對產(chǎn)品的改進(jìn)。國外先進(jìn)發(fā)達(dá)國家主要對技術(shù)含量高的離心、軸流壓縮機(jī)等大型風(fēng)機(jī)較為關(guān)注。一些著名廠商，如瑞士蘇爾壽公司不但生產(chǎn)風(fēng)機(jī)，還生產(chǎn)汽輪機(jī)、鍋爐、大型柴油機(jī)等用于大型項(xiàng)目的設(shè)備。對于風(fēng)機(jī)產(chǎn)品，國外公司在質(zhì)量上注重于提高機(jī)械效率及延長使用壽命，向節(jié)約資源和節(jié)省能量方向發(fā)

8、展；在成本上則加強(qiáng)新材料的研制，降低物耗，并注重整個(gè)系統(tǒng)總成本的降低；在維護(hù)上從部件的通用化、維護(hù)換件簡易化向自動(dòng)化、無需維修、節(jié)省人力方向發(fā)展；在環(huán)保方面，注重于謀求安全可靠、向低噪聲、低振動(dòng)等防公害技術(shù)方向發(fā)展。近幾年我國風(fēng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)通過加大科研投入，加強(qiáng)科研攻關(guān)和技術(shù)改造，采用新技術(shù)、新工藝、新材料努力開發(fā)適銷對路產(chǎn)品，同時(shí)采用引進(jìn)技術(shù)、與國外合作等方式發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)品，使我國風(fēng)機(jī)行業(yè)企業(yè)在產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、大型化、高效、節(jié)能、低噪聲等方面有了長足進(jìn)步，出現(xiàn)了一大批處于國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，縮短了與發(fā)達(dá)國家的差距。但就行業(yè)整體而言，一些歷史長、包袱重的國有企業(yè)受資金、體制等因素

9、困撓，技術(shù)水平較低。當(dāng)前世界先進(jìn)工業(yè)國家大型風(fēng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的主要特點(diǎn)是：1) 以節(jié)能、節(jié)約資源為核心，提高單件效率和耐久性，進(jìn)而提高整個(gè)系統(tǒng)的效率；2) 加強(qiáng)系統(tǒng)的自動(dòng)化、事故警報(bào)系統(tǒng)的研制，節(jié)省維護(hù)、監(jiān)控方面的人力；3) 為提高競爭能力，力求包括附屬部件在內(nèi)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化和組合化；4) .進(jìn)一步加強(qiáng)了對低噪聲、低振動(dòng)技術(shù)的研究；5) 不斷針對新的需要，開發(fā)新的產(chǎn)品；6) 在工藝上引進(jìn)柔性制造系統(tǒng)，最大限度地提高產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。風(fēng)機(jī)產(chǎn)品大多根據(jù)用戶需要有不同特性要求，多屬小批量生產(chǎn)，特別是一些大型風(fēng)機(jī)產(chǎn)品甚至是單件小批生產(chǎn)，對工藝要求復(fù)雜。目前國內(nèi)生產(chǎn)自動(dòng)化程度很低，而國外通過研制和采用柔性

10、制造系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。以美國為例，中小風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)已全部通過自動(dòng)線完成，從工藝角度提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了產(chǎn)品成本。通風(fēng)機(jī)未來的發(fā)展將進(jìn)一步提高通風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)效率、裝置效率和使用效率，以降低電能消耗；用動(dòng)葉可調(diào)的軸流通風(fēng)機(jī)代替大型離心通風(fēng)機(jī)；降低通風(fēng)機(jī)噪聲；提高排煙、排塵通風(fēng)機(jī)葉輪和機(jī)殼的耐磨性；實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和自動(dòng)化調(diào)節(jié)。1.4通風(fēng)機(jī)的發(fā)展趨勢1.進(jìn)一步提高通風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)效率、裝置效率和使用效率，以降低電能消耗2.用動(dòng)葉可調(diào)的軸流通風(fēng)機(jī)代替大型離心通風(fēng)機(jī)3.降低通風(fēng)機(jī)噪音4.提高排煙、排塵通風(fēng)機(jī)葉輪和機(jī)殼的耐磨性5.實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)變速調(diào)節(jié)和自動(dòng)化調(diào)價(jià)1.5通風(fēng)機(jī)的應(yīng)用 通風(fēng)機(jī)廣泛的應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)

11、部門，一般講，離心式通風(fēng)機(jī)適用于小流量、高壓力的場所，而軸流式通風(fēng)機(jī)則常用于大流量、低壓力的情況。通風(fēng)換氣用通風(fēng)機(jī) 這類通風(fēng)機(jī)一般是供工廠及各種建筑物通風(fēng)換氣及采暖通風(fēng)用，要求壓力不高，但噪聲要求要低，可采用離心式或軸流式通風(fēng)機(jī)。 工業(yè)爐（化鐵爐、鍛工爐、冶金爐等）用通風(fēng)機(jī) 此種通風(fēng)機(jī)要求壓力較高，一般為294014700N/m2，即高壓離心通風(fēng)機(jī)的范圍。因壓力高、葉輪圓周速度大，故設(shè)計(jì)時(shí)葉輪要有足夠的強(qiáng)度。 礦井用通風(fēng)機(jī) 它有兩種：一種是主通風(fēng)機(jī)（又稱主扇），用來向井下輸送新鮮空氣，其流量較大，采用軸流式較合適，也有用離心式的；另一種是局部通風(fēng)機(jī)（又稱局扇），用于礦井工作面的通風(fēng)，其流量、壓

12、力均小，多采用防爆軸流式通風(fēng)機(jī)。 煤粉通風(fēng)機(jī) 輸送熱電站鍋爐燃燒系統(tǒng)的煤粉，多采用離心式風(fēng)機(jī)。煤粉通風(fēng)機(jī)根據(jù)用途不同可分兩種：一種是儲倉式煤粉通風(fēng)機(jī)，它是將儲倉內(nèi)的煤粉由其側(cè)面吹到爐膛內(nèi)，煤粉不直接通過風(fēng)機(jī)，要求通風(fēng)機(jī)的排氣壓力高；另一種是直吹式煤粉通風(fēng)機(jī)，它直接把煤粉送給爐膛。由于煤粉對葉輪及體殼磨損嚴(yán)重，故應(yīng)采用耐磨材料。1.6通風(fēng)機(jī)的性能通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)主要有流量、壓力、功率、效率和轉(zhuǎn)速。另外，噪聲和振動(dòng)的大小也是通風(fēng)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)。1.6.1風(fēng)量Q單位時(shí)間內(nèi)通過通風(fēng)機(jī)輸送氣體的體積量，稱為風(fēng)量。其單位為/s、/min或/h.1.6.2風(fēng)壓H單位體積的空氣流經(jīng)通風(fēng)機(jī)后所獲得的全部能量，

13、稱為風(fēng)壓，也叫做風(fēng)壓。其單位為Pa。通風(fēng)機(jī)的全壓H有靜壓兩部分組成，即靜壓用于克服礦井通風(fēng)阻力，而動(dòng)壓為擴(kuò)散器出口（抽出式通風(fēng)時(shí)）或出風(fēng)井出口（壓入式通風(fēng)時(shí)）的能量損失。1.6.3功率N電動(dòng)機(jī)傳遞給通風(fēng)機(jī)軸的功率，即通風(fēng)機(jī)的輸入功率，又稱軸功率。其單位為KW。當(dāng)通風(fēng)機(jī)工作時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)空氣自通風(fēng)機(jī)所獲得的實(shí)際能量，即通風(fēng)機(jī)的輸出功率，稱為有效功率，用表示上式風(fēng)壓是用全壓表示的，故也叫全壓輸出功率。如果用靜壓表示式中 Q-通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，；H、-通風(fēng)機(jī)的全壓，靜壓，Pa。1.6.4效率（全效率）全效率是指通風(fēng)機(jī)的有效功率與軸功率的比值如通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓參數(shù)是用靜壓表示，則稱為靜效率1.6.5轉(zhuǎn)速n 指

14、通風(fēng)機(jī)軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為。流量、風(fēng)壓、功率和效率等參數(shù)之間有一定的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)其中一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，其他各量也隨著變化。將它們之間的關(guān)系繪成曲線，稱為性能曲線。性能曲線形狀與通風(fēng)機(jī)類型有關(guān)。改變通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓，以滿足使用工況變化的要求稱為性能調(diào)節(jié)。常用的調(diào)節(jié)方法有5種。在進(jìn)氣管或排氣管中安置節(jié)流閥或風(fēng)門控制流量。這種方法最簡單，但調(diào)節(jié)效果差。葉輪進(jìn)口前安置導(dǎo)流器改變氣流方向。改變通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種方法經(jīng)濟(jì)性能最好，但比較復(fù)雜。改變轉(zhuǎn)速需考慮葉輪強(qiáng)度和電動(dòng)機(jī)負(fù)荷條件。改變?nèi)~輪寬度?？墒构r改變時(shí)，通風(fēng)機(jī)的使用效率變化不大，但比較復(fù)雜。改變動(dòng)葉片安裝角。采用這種方法設(shè)備費(fèi)用最高、維護(hù)最復(fù)雜

15、，但流量變化范圍大、經(jīng)濟(jì)性好，一般用于大型軸流通風(fēng)機(jī)。 1.6.6無因次的流量系數(shù)風(fēng)機(jī)性能也可用無因次的流量系數(shù), 壓力系數(shù)和功率系數(shù)來表示。這些無因次性能參數(shù)(也稱無因次系數(shù))的換算公式是由相似理論推導(dǎo)出來的。同一類型的風(fēng)機(jī)相似(包括幾何相似, 運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似), 因此, 同一類型風(fēng)機(jī)的無因次性能參數(shù)相等。即式中 、分別為流量系數(shù)、壓力系數(shù)、功率系數(shù)，無因次；空氣密度，kg/ m3；風(fēng)機(jī)的葉輪外徑，m；葉輪周邊切線速度，m/s；風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，Pa；風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，m3/s。根據(jù)相似理論及上式無因次系數(shù)式，可得同類型風(fēng)機(jī)性能的換算關(guān)系式為:式中分別為所要換算的兩臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，m3/s；分別為所要

16、換算的兩臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，Pa；分別為所要換算的兩臺風(fēng)機(jī)的功率，kW；分別為所要換算的兩臺風(fēng)機(jī)的葉輪直經(jīng)，m；分別為所要換算的兩臺風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，rad/min；分別為所要換算的兩臺風(fēng)機(jī)工作的空氣密度，kg/ m3。上式可用于同類型風(fēng)機(jī)中任意兩臺風(fēng)機(jī)之間的性能參數(shù)換算，也可用于同臺風(fēng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速, 不同空氣密度條件下的性能變化的分析。1.7軸流通風(fēng)機(jī)原理 軸流式通風(fēng)機(jī)原理是依靠葉輪旋轉(zhuǎn)，葉片產(chǎn)生升力來輸送流體，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流體能量。由于流體進(jìn)入和離開葉輪都是軸向的,故稱為軸流式風(fēng)機(jī)。軸流風(fēng)機(jī)屬于高比轉(zhuǎn)數(shù)，其特點(diǎn)是流量大，風(fēng)壓低。軸流式風(fēng)機(jī)風(fēng)壓一般在450 Pa4500 Pa 之間，主要用于礦井、隧道、

17、船艦倉室的通風(fēng)；紡織廠通風(fēng)、工業(yè)作業(yè)場所的通風(fēng)、降溫；化工氣體排送；熱電廠鍋爐的通風(fēng)、引風(fēng)；熱電站、冶金、化工等冷卻塔通風(fēng)冷卻。1.7.2 軸流通風(fēng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)上圖是軸流通風(fēng)機(jī)的典型結(jié)構(gòu)簡圖。氣體從集流器進(jìn)入。通過葉輪使氣流獲得能量，然后流入導(dǎo)葉，導(dǎo)葉將一部分偏轉(zhuǎn)的氣流動(dòng)能變?yōu)殪o壓能，最后，氣流通過擴(kuò)散筒將一部分軸向氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，然后從擴(kuò)散筒流出，輸入管路。低壓軸流式通風(fēng)機(jī)的壓力在490Pa以下，高壓軸流式通風(fēng)機(jī)的壓力一般也在4900Pa以下，因此，相對于離心式通風(fēng)機(jī)而言，軸流式通風(fēng)機(jī)具有流量大、體積小，壓頭低的特點(diǎn)。除上述的典型結(jié)構(gòu)外，軸流通風(fēng)機(jī)的型式和構(gòu)造是多種多樣的，小的軸流風(fēng)機(jī)，

18、其葉輪直徑只有100多毫米，大的直徑可有20多米。目前最大的軸流通風(fēng)機(jī)的流量可達(dá)1500萬m3/h。小型低壓軸流通風(fēng)機(jī)由葉輪、機(jī)殼和集流器等部件組成，通常安裝在建筑物的墻壁或天花板上；大型高壓軸流通風(fēng)機(jī)由集流器、葉輪、流線體、機(jī)殼、擴(kuò)散筒和傳動(dòng)部件組成。葉片均勻布置在輪轂上，數(shù)目一般為224。葉片越多，風(fēng)壓越高；葉片安裝角一般為10°45°，安裝角越大，風(fēng)量和風(fēng)壓越大。軸流式通風(fēng)機(jī)的主要零件大都用鋼板焊接或鉚接而成。風(fēng)機(jī)布置形式有立式、臥式和傾斜式三種。軸流通風(fēng)機(jī)很多是電機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)的，也可通過其他裝置進(jìn)行變速傳動(dòng)。為了便于安裝和維護(hù)，軸流風(fēng)機(jī)廣泛采用滾動(dòng)軸承。由于葉輪強(qiáng)度和

19、噪聲等原因，軸流風(fēng)機(jī)葉輪外徑的圓周速度一速高時(shí)，將產(chǎn)生比離心風(fēng)機(jī)大的噪聲?，F(xiàn)代軸流通風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉或?qū)~常做成可調(diào)節(jié)的，即其安裝角可調(diào)。這樣不僅大大擴(kuò)大了運(yùn)行工況范圍，而且顯著提高了變工況下的效率，因此，其使用范圍和經(jīng)濟(jì)性均比離心式風(fēng)機(jī)好。尤其是近年來，動(dòng)葉可調(diào)機(jī)構(gòu)被成功地采用，使得軸流風(fēng)機(jī)在大型電站（80萬千瓦以上）、大型隧道、礦井等通風(fēng)、引風(fēng)裝置中獲得日益廣泛的應(yīng)用。此外，軸流風(fēng)機(jī)還廣泛應(yīng)用于廠房、建筑物的通風(fēng)換氣、空氣調(diào)節(jié)、冷卻塔通風(fēng)、鍋爐鼓風(fēng)引風(fēng)、化工、風(fēng)洞風(fēng)源等方面。目前單級軸流通風(fēng)機(jī)的全壓效率可達(dá)90%以上，帶有擴(kuò)散筒的單級風(fēng)機(jī)的靜壓效率可達(dá)到80%。一般軸流風(fēng)機(jī)的壓力系數(shù)較低，<

20、;0.3。而流量系數(shù)=0.30.6。單級軸流風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)=1890（即100500）。近年來，軸流風(fēng)機(jī)逐漸向高壓發(fā)展，例如日本某電站用的丹麥VARIAx型動(dòng)葉可調(diào)軸流送風(fēng)機(jī)，其全壓已達(dá)到14210Pa，因此，許多大型離心風(fēng)機(jī)有被軸流風(fēng)機(jī)取代的趨勢。1.7.3主要問題及解決方法本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容及工作量是確定JBT62軸流式通風(fēng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)，總體結(jié)構(gòu)及其組成，掌握軸流風(fēng)機(jī)工作原理，主要工況參數(shù)的意義。完成主要機(jī)械部分設(shè)計(jì)。JBT62軸流式通風(fēng)機(jī)過流部件由集流器，葉輪，導(dǎo)葉，擴(kuò)散器等幾部分組成。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：擬定總體結(jié)構(gòu)方案的確定，軸的設(shè)計(jì)計(jì)算，葉輪的設(shè)計(jì)計(jì)算，導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)計(jì)算，疏流罩的設(shè)計(jì)計(jì)算，

21、擴(kuò)散器的設(shè)計(jì)計(jì)算，集流器的設(shè)計(jì)計(jì)算，殼體的設(shè)計(jì)，聯(lián)軸器、法蘭等零件的選型校核。保證設(shè)計(jì)參數(shù)流量達(dá)到Q=5.6m3/s、全壓達(dá)到H=3100Pa、效率在以上。此外還包括設(shè)計(jì)說明書的編寫，外文資料的翻譯工作。圖紙的繪制工作。包括：總體裝配圖 1張；葉輪零件圖 1張；導(dǎo)葉零件圖1張；殼體零件圖1張；軸零件圖1張。其中主要的任務(wù)是對葉片葉型、葉片整體及葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和通風(fēng)機(jī)其他結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)等。（1）葉型設(shè)計(jì)目前，軸流通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法主要有兩種，一是利用單獨(dú)翼葉進(jìn)行空氣動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，稱為孤立葉型設(shè)計(jì)法；另一種是利用葉柵的理論和葉柵的吹風(fēng)試驗(yàn)成果來進(jìn)行設(shè)計(jì)，稱為葉柵設(shè)計(jì)法。對于軸流通風(fēng)機(jī)

22、來說，由于葉柵稠度不大，一般b/t < 1 ,可以把葉片當(dāng)作一個(gè)個(gè)互不影響的孤立葉片而按孤立葉型法設(shè)計(jì)，即假定孤立葉型的升力系數(shù)與葉柵中葉型的升力系數(shù)相等。由于這種方法計(jì)算簡便迅速，試驗(yàn)數(shù)據(jù)較完整，計(jì)算結(jié)果也較準(zhǔn)確，因而國內(nèi)外都廣泛采用孤立葉型法設(shè)計(jì)軸流通風(fēng)機(jī)，特別是對于低壓軸流風(fēng)機(jī)，可獲得很好的結(jié)果。但是不論采用何種葉型數(shù)據(jù)及計(jì)算公式，其基本理論都是完全一致的，只不過其表現(xiàn)形式略為不同而已。這兩種設(shè)計(jì)方法，在整個(gè)過程中都需要根據(jù)現(xiàn)有的軸流式通風(fēng)機(jī)的基本理論對葉片的空氣動(dòng)力特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，參照廣泛應(yīng)用的基本的原始葉型，構(gòu)造出該葉片葉型主要形式結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用了孤立葉型進(jìn)行葉

23、片葉型的設(shè)計(jì)。通風(fēng)機(jī)主要部件設(shè)計(jì)通風(fēng)機(jī)的主要部件包括葉片整體結(jié)構(gòu)、集流器、中導(dǎo)風(fēng)筒、主風(fēng)筒、流線體、輪盤、擴(kuò)散筒等。對于這些部件的設(shè)計(jì)，其難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)出合理的結(jié)構(gòu)、尺寸以及指定各部件具體的加工方法、工藝過程和加工過程所應(yīng)滿足的技術(shù)要求等。為了設(shè)計(jì)出滿足要求、便于加工的結(jié)構(gòu)，主要采取了以下幾種方法：實(shí)習(xí)參觀制造通風(fēng)機(jī)的企業(yè)車間，實(shí)地考察整個(gè)通風(fēng)機(jī)加工、裝配的實(shí)際操作過程，通過與工人師傅、公司技術(shù)人員交流，了解基本技術(shù)要求；查閱有關(guān)通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)資料，嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)，參照現(xiàn)有的在實(shí)際應(yīng)用的軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)加工的圖紙；設(shè)計(jì)過程中向指導(dǎo)老師請教，不斷的發(fā)現(xiàn)、糾正錯(cuò)誤，優(yōu)化整體、局部結(jié)構(gòu)和加工過程

24、。軸流通風(fēng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)2.1通風(fēng)方式的確定局部通風(fēng)機(jī)是井下局部地點(diǎn)通風(fēng)所用的通風(fēng)設(shè)備。局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)是利用局部通風(fēng)機(jī)作動(dòng)力，用風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)把新鮮風(fēng)流送入掘進(jìn)工作面。局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)按其工作方式不同分為壓入式、抽出式、混合式三種。2.1.1壓入式通風(fēng)壓入式通風(fēng)是把局部通風(fēng)機(jī)和啟動(dòng)裝置安裝在離掘巷道口10m外的進(jìn)風(fēng)側(cè)，局部通風(fēng)機(jī)把新鮮風(fēng)流經(jīng)風(fēng)筒壓送到掘進(jìn)工作面，污風(fēng)沿巷道排出。工作面爆破后，煙塵充滿迎頭形成炮煙拋擲區(qū)。風(fēng)流由風(fēng)筒射出后，按紊動(dòng)射流的特性使炮煙被卷吸到射出的風(fēng)流中，二者摻混共同向前移動(dòng)。用于以排出瓦斯為主的煤巷、半煤巖巷掘進(jìn)通風(fēng)。其機(jī)構(gòu)如圖2-1所示壓入式通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)是局部通風(fēng)機(jī)和啟動(dòng)

25、裝置都位于新鮮風(fēng)流中，不易引起瓦斯和煤塵爆炸，安全性好；風(fēng)筒出口風(fēng)流的有效射程長，排煙能力強(qiáng)，工作面通風(fēng)時(shí)間短；可用柔性風(fēng)筒，其成本低、重量輕，便于運(yùn)輸，而抽出式通風(fēng)的風(fēng)筒承受負(fù)壓作用，必須使用剛性或帶剛性骨架的可伸縮風(fēng)筒，成本高，重量大，運(yùn)輸不便。缺點(diǎn)是污風(fēng)沿巷道排出，污染范圍大；炮煙從掘進(jìn)巷道排出的速度慢，需要的通風(fēng)時(shí)間長。適用于以排出瓦斯為主的煤巷、半煤巖巷掘進(jìn)通風(fēng)。壓入式通風(fēng)的缺點(diǎn)是污風(fēng)沿巷道排出，污染范圍大；炮煙從掘進(jìn)巷道排出的速度慢，需要的通風(fēng)時(shí)間長。適用于以排出瓦斯為主的煤巷、半煤巖巷掘進(jìn)通風(fēng)。圖2-1 壓入式通風(fēng)2.1.2抽出式通風(fēng)抽出式通風(fēng)是把局部通風(fēng)機(jī)安裝在離巷道口10m以

26、外的回風(fēng)側(cè)。新鮮風(fēng)流沿巷道流入，污風(fēng)通過鐵風(fēng)筒由局部通風(fēng)機(jī)排出。其機(jī)構(gòu)如圖2-2所示在瓦斯礦井中一般不使用抽出式通風(fēng)。抽出式通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)是污風(fēng)經(jīng)風(fēng)筒排出，掘進(jìn)巷道中為新鮮風(fēng)流，勞動(dòng)衛(wèi)生條件好；放炮時(shí)人員只需撤到安全距離即可，往返時(shí)間短；而且所需排煙的巷道長度為工作面至風(fēng)筒吸入口的長度，故排煙時(shí)間短，有利于提高掘進(jìn)速度。抽出式通風(fēng)的缺點(diǎn)是風(fēng)筒吸入口的有效吸程短，風(fēng)筒吸風(fēng)口距工作面距離過遠(yuǎn)則通風(fēng)效果不好，過近則放炮時(shí)易崩壞風(fēng)筒；因污風(fēng)由局部通風(fēng)機(jī)抽出，一旦局部通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生火花，將有引起瓦斯、煤塵爆炸的危險(xiǎn)，安全性差。在瓦斯礦井中一般不使用抽出式通風(fēng)。圖2-2 抽出式通風(fēng)2.1.3混合式通風(fēng)安裝兩臺局部

27、通風(fēng)機(jī)，一臺作壓入式，一臺作抽出式。新鮮風(fēng)流由壓入式風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒壓入，氫氣工作面后由抽出式風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒排出。這種通風(fēng)方式綜合了抽出式和壓入式的有點(diǎn)，避免了各自的缺點(diǎn)。但它有引起瓦斯、煤塵爆炸的危險(xiǎn)，及有電耗打與管理復(fù)雜的缺點(diǎn)。以上三種通風(fēng)方式中，為了避免產(chǎn)生循環(huán)風(fēng)流，應(yīng)當(dāng)滿足：（1） 風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不得超過風(fēng)機(jī)所在的巷道風(fēng)量的70%；（2） 壓入式風(fēng)機(jī)應(yīng)置于貫穿風(fēng)流巷道的上風(fēng)側(cè)，抽出式風(fēng)機(jī)置于下風(fēng)側(cè)，風(fēng)機(jī)距掘進(jìn)巷道口不得小于10m；（3） 混合式通風(fēng)除應(yīng)滿足上述要求外，還應(yīng)使抽出式風(fēng)機(jī)風(fēng)量大于壓入式風(fēng)機(jī)風(fēng)量的20%-30%，且抽出式風(fēng)筒入口與壓入式風(fēng)機(jī)入口之間的重疊距離應(yīng)大于10m。綜上所述，三種通風(fēng)

28、方式各有利弊。但壓入式通風(fēng)安全可靠性較好，故在煤礦中得到廣泛應(yīng)用。考慮到本風(fēng)機(jī)應(yīng)用環(huán)境為礦井掘進(jìn)段，瓦斯含量較高故采用壓入式。2.2結(jié)構(gòu)方案型式采用多段式殼體，即用徑向剖分面將殼體垂直于軸線一段一段地分割開為多個(gè)部分。將風(fēng)機(jī)葉輪、導(dǎo)葉軸等分別裝各段殼體，然后用螺栓將這些零件緊固在一起。已知設(shè)計(jì)參數(shù)Q=5.6m3/s、全壓達(dá)到H=3100Pa、效率在以上，以電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，二級普通軸流的條件下，設(shè)計(jì)所需風(fēng)機(jī)。一般的礦用軸流式風(fēng)機(jī)主要?dú)鈩?dòng)部件有葉輪，前導(dǎo)葉，中導(dǎo)葉，后導(dǎo)葉，外殼，集流器，疏流罩以及出口處的擴(kuò)散器組成軸流通風(fēng)機(jī)采用如圖2-3所示。2.2.1葉輪葉輪是風(fēng)機(jī)的主要部件，決定著風(fēng)機(jī)性能的主要

29、因素是風(fēng)機(jī)翼型，葉輪外徑，外徑對輪轂直徑的比值和葉輪轉(zhuǎn)速。適用于礦用風(fēng)機(jī)的翼型有對稱翼型，CLARK-Y翼型，LS翼型和RAF-6E等。葉輪外徑和風(fēng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速決定圓周速度，直接影響到風(fēng)機(jī)全壓。輪轂比與風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。一般說來,輪轂比大時(shí),軸向速度Ca增大，葉片數(shù)目z和葉片相對寬度b/l(b為弦長，l為葉展)也相應(yīng)增大,風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓系數(shù)提高；反之。輪轂比小,多數(shù)取0.6，風(fēng)壓系數(shù)也較低。葉輪葉片安裝角直接影響旋繞速度的增量，影響風(fēng)機(jī)全壓。通常，可在1045°范圍內(nèi)調(diào)整。圖2-3 風(fēng)機(jī)方案簡圖1-軸；2-殼體；3-中導(dǎo)輪；4-后導(dǎo)輪；5-擴(kuò)散器；6-葉片；7-葉輪；8集流器；9-流線體2.2

30、.2導(dǎo)葉現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的軸流式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式很多，對于本設(shè)計(jì)而言，只考慮葉輪前加前置導(dǎo)葉、葉輪后加后置導(dǎo)葉、葉輪前后均加導(dǎo)葉以及兩級軸流式通風(fēng)機(jī)這四種形式。圖2.1 軸流式通風(fēng)機(jī)幾種方案1-葉輪，2-前導(dǎo)葉，3-后導(dǎo)葉1、 葉輪前加前置導(dǎo)葉如圖2-1-a 所示，這種方案的通風(fēng)機(jī)中，氣流在前置導(dǎo)葉中加速并扭轉(zhuǎn)方向，使進(jìn)氣產(chǎn)生旋繞。在通風(fēng)機(jī)中大多數(shù)采用的是負(fù)旋繞（即c1u<0）,如圖2-2-a 所示，這樣出口氣流的絕對速度方向?yàn)檩S向，以便將氣體能直接輸入管道。這種級的特點(diǎn)是壓力系數(shù)高，反應(yīng)度>1，一般=1.251.50左右。這種級的效率=0.780.82。其常用于要求體積盡可能小的場合

31、。2、 葉輪后置后導(dǎo)葉如圖2-1-b 所示這種方案在軸流通風(fēng)機(jī)中應(yīng)用最廣，氣體軸向進(jìn)入葉輪，從葉輪流出的氣體絕對速度尚有一定的旋轉(zhuǎn)，如圖2-2-b 所示，經(jīng)過后導(dǎo)葉擴(kuò)壓整流后，使氣體軸向流出。其反應(yīng)度1，一般為=0.750.90左右。這種級主要應(yīng)用于壓頭較高的通風(fēng)機(jī)，而效率也較高可達(dá)到=0.820.88，設(shè)計(jì)制造良好的甚至可達(dá)0.9。圖2.2 兩種形式通風(fēng)機(jī)的速度三角形3、葉輪前后均設(shè)置導(dǎo)葉如圖2-1-c 所示，此方案前導(dǎo)葉使氣流在葉輪進(jìn)口產(chǎn)生旋繞，后導(dǎo)葉使葉輪出口氣流整流后排出。這種方案其實(shí)是第一、二種方案的綜合，其性能也是介于兩者之間。其布置往往使葉輪進(jìn)出口氣流的絕對速度大小相等，而旋轉(zhuǎn)方

32、向相反，故而反應(yīng)度=1，這種風(fēng)機(jī)的效率=0.820.85。4、 兩級軸流式通風(fēng)機(jī)如圖2-1-d 所示該方案一般是一個(gè)葉輪和一個(gè)導(dǎo)葉組成一級，也可以在第一級前設(shè)置導(dǎo)葉。在某些情況下，為了使風(fēng)壓較高，而徑向尺寸較小，也可以采用兩個(gè)葉輪中間加一個(gè)導(dǎo)葉的方法，這可以看作兩極軸流式通風(fēng)機(jī)的改造形式?？傮w來說兩級風(fēng)機(jī)效率較高，其中每一級葉輪單獨(dú)工作時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)壓之和都低于兩級葉輪同時(shí)工作時(shí)風(fēng)壓的一半，這樣通風(fēng)機(jī)的壽命較高。本設(shè)計(jì)，在通風(fēng)機(jī)方案選擇過程中，主要是對以上四種形式進(jìn)行考慮，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面進(jìn)行取舍。圖2-3表示了兩種通風(fēng)機(jī)級的特性對比。壓力系數(shù)、流量系數(shù)及功率系數(shù)的特性對比。總體上來說，這

33、四種方案各有特點(diǎn)，其適用范圍也在一定程度上有重疊。由于軸流是通風(fēng)機(jī)具體結(jié)構(gòu)方案的選擇問題比較復(fù)雜，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，一般情況下需要根據(jù)制造廠現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)的具體情況，參照相似條件下已有的典型產(chǎn)品的實(shí)際結(jié)構(gòu)選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，并在該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上予以改進(jìn)。圖2.3 兩種通風(fēng)機(jī)特性比較1-設(shè)置前導(dǎo)葉，2-設(shè)置后導(dǎo)葉在進(jìn)行方案選擇的時(shí)候，也可以大致參考風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)ns或壓力系數(shù)進(jìn)行。其方法大體如下：當(dāng)=0.150.25或ns=20.8 32.5（115180）時(shí)，可以采用葉輪加后導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)；當(dāng)>0.25或ns=14.520.8（80115）時(shí)，可以采用前導(dǎo)葉加葉輪加后導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu) 。通過查閱相關(guān)技術(shù)資料

34、，參照與該設(shè)計(jì)所給條件相似的已經(jīng)投入生產(chǎn)和使用的我國現(xiàn)有的典型軸流式風(fēng)機(jī)的具體結(jié)構(gòu)形式，綜合以上所述結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，最終決定采用動(dòng)葉可調(diào)式兩級軸流式通風(fēng)機(jī)。軸流式風(fēng)機(jī)其他基本結(jié)構(gòu)，如集流器、流線體、擴(kuò)散器等都予以保留，并且按照國家相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)加以設(shè)計(jì)。采用這種方案，相比于其他幾種形式，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：兩級軸流式通風(fēng)機(jī)的形式，可以使每一級葉輪所承受的風(fēng)壓低于整個(gè)風(fēng)機(jī)全壓的一半，改善了葉輪的工作條件，這就大大提高了整個(gè)風(fēng)機(jī)的壽命，并且效率較高，對于礦用產(chǎn)品而言，可以顯著的降低總體成本；采用動(dòng)葉可調(diào)的形式，能夠改變?nèi)~片的安裝角，這就使該風(fēng)機(jī)可以根據(jù)礦井的具體情況，調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況，使通風(fēng)機(jī)的適應(yīng)范圍

35、更廣；采用電動(dòng)機(jī)與葉輪直接聯(lián)接的形式，相對于其他的結(jié)構(gòu)形式，可以使通風(fēng)機(jī)的整體穩(wěn)定型更好，安裝更方便。同時(shí)降低了裝置的局部阻力，能夠避免了傳動(dòng)裝置損壞事故，消除了傳動(dòng)裝置的能量損耗，在另一個(gè)方面上提高了風(fēng)機(jī)裝置效率。中導(dǎo)葉和后導(dǎo)葉后在多級軸流式風(fēng)機(jī)葉輪級后設(shè)置。它的作用是將前級葉輪的流出氣流方向，轉(zhuǎn)為軸向流入后級葉輪。后導(dǎo)葉的作用是將最后一級葉輪的出流方向轉(zhuǎn)為接近軸向流出。剩余的旋繞速度使氣流不僅沿軸向，而且是沿螺線方向在擴(kuò)散器中流動(dòng)，有利于改善擴(kuò)散器的工作。進(jìn)風(fēng)口(集流器和整流罩)集流器是強(qiáng)力風(fēng)機(jī)上的一個(gè)關(guān)鍵部件，它是用2mm厚的A3鋼板，通過剪板、焊接、翻邊制成。 由于其直徑較大，板厚較薄

36、，在翻邊時(shí)容易起皺和出現(xiàn)裂紋，這是不允許的。 以前生產(chǎn)廠家做了一付工裝，焊成喇叭口，將圓弧部分在工裝上用手工一點(diǎn)一點(diǎn)敲成的。作用是使氣流順利地進(jìn)入風(fēng)機(jī)的環(huán)行入口信道，并在葉輪入口處,形成均勻的速度場。目前，礦用通風(fēng)機(jī)集流器型線為圓弧形，疏流罩的型面為球面或橢球。2.2.4擴(kuò)散器軸流通風(fēng)機(jī)級的出口動(dòng)壓在全壓中所占的比例比離心通風(fēng)機(jī)大的多，這是因?yàn)檩S流風(fēng)機(jī)工作時(shí)，通風(fēng)機(jī)級的出口氣流軸向速度相當(dāng)大，與之相對應(yīng)的動(dòng)壓約占通風(fēng)機(jī)全壓的。為了減少軸流風(fēng)機(jī)出口流速，提高靜壓，同時(shí)由于井下的空氣潮濕有毒,所以作為擴(kuò)散器口消聲器的吸聲材料應(yīng)具有防潮，防腐和阻燃性質(zhì)。此外由于通風(fēng)機(jī)的出口處安裝擴(kuò)散器還可以顯著降低

37、通風(fēng)機(jī)的排氣噪音。一般由錐形筒芯和筒殼組成,裝在風(fēng)機(jī)出口側(cè)。2.2.5外殼風(fēng)機(jī)外殼呈圓筒形,重要的是葉輪外緣與外殼內(nèi)表面的徑向間隙應(yīng)盡可能地減小。通常 徑向間隙和葉片展長在0.010.06之間。2.2.6軸軸是傳遞機(jī)械能的重要零件,原動(dòng)機(jī)的扭矩通過它傳給葉輪。軸是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的主要零件，軸上裝有葉輪、軸套、軸承等零件。軸靠兩端軸承支承，在通風(fēng)機(jī)中作高速回轉(zhuǎn)，因而軸要承載能力大、耐磨、耐腐蝕。軸的材料一般選用碳素鋼或合金鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。2.3通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式的確定2.3.1確定通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速.3.2確定通風(fēng)機(jī)的級型式在二級軸流風(fēng)機(jī)中，常用的級型式有R+R（葉輪級+葉輪級）的對旋軸流風(fēng)機(jī)、R+S+R+S級

38、（葉輪級+中導(dǎo)流級+葉輪級+后導(dǎo)流級）、以及P+R+S+R+S(前導(dǎo)流級+葉輪級+中導(dǎo)流級+葉輪級+后導(dǎo)流級)?？紤]到掘進(jìn)段工作空間相對狹小，所以本設(shè)計(jì)采用R+S+R+S級，可以減少風(fēng)機(jī)的軸向尺寸。2.3.3確定通風(fēng)機(jī)各級風(fēng)壓比風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓比是決定各級葉輪和導(dǎo)葉的主要參數(shù)之一?？紤]到如果采用風(fēng)壓比為1：1，那么只需要單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以降低所設(shè)計(jì)通風(fēng)機(jī)成本，還可以減小風(fēng)機(jī)的體積，有利于在相對狹小的掘進(jìn)工作面使用。2.3.4葉頂圓周速度ut和葉輪直徑D 的選擇計(jì)算圓周速度是軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)之一。實(shí)踐表明，提高軸流通風(fēng)機(jī)的圓周速度，可以提高風(fēng)機(jī)的全壓。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，葉輪葉頂圓周速度=m/s比較合適

39、。但是圓周速度的提高，風(fēng)機(jī)的噪音也將隨之提高，因?yàn)橥L(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的噪音與成正比，而渦流噪音與成正比。葉輪直徑是軸流通風(fēng)機(jī)的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，其大小直接影響通風(fēng)機(jī)的性能和結(jié)構(gòu)。常用的一種方法是根據(jù)大量試驗(yàn)研究現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)的統(tǒng)計(jì)資料。人們發(fā)現(xiàn)葉輪直徑與全壓、流量、及轉(zhuǎn)速之間存在一定的關(guān)系，即與通風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速存在一定的關(guān)系。分別計(jì)算各種預(yù)選方案中通風(fēng)機(jī)的計(jì)算比轉(zhuǎn)數(shù)，由比轉(zhuǎn)數(shù)查得對應(yīng)軸流風(fēng)機(jī)的全壓系數(shù)及全壓效率。初步計(jì)算出不同方案通風(fēng)機(jī)的葉輪直徑，然后圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，在求出其葉頂圓周速度。具體計(jì)算結(jié)果列與表2-1。由表計(jì)算結(jié)果看出，當(dāng)通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1450r/min，=77,一般當(dāng)100時(shí),優(yōu)先采用離心風(fēng)

40、機(jī)，所以不能滿足要求。所以選擇轉(zhuǎn)速n=2950r/min，可以滿足要求。表2-1 不同方案的計(jì)算結(jié)果n/(r/min)14502950備注/Pa1550155077157級型式R+S+R+SR+S+R+S0.35由級型式的范圍0.85計(jì)算D/m0.556圓整D/m0.56按文獻(xiàn)12/（m/s）86.502.4計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率并選擇電機(jī)型號按下式計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率為kW kW式中電動(dòng)機(jī)功率儲備系數(shù)，對于軸流風(fēng)機(jī)，一般。本題K取1.10P=22.59424.706kw。所以根據(jù)計(jì)算功率和風(fēng)機(jī)使用環(huán)境的要求，選擇電機(jī)型號YB200L1-2,風(fēng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇在進(jìn)行葉輪葉柵氣動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須合理地選取葉輪的

41、結(jié)構(gòu)參數(shù)，如輪轂比、葉片數(shù)和外徑等。 輪轂比 （2.3）式中：為輪轂直徑；為外徑。輪轂比是一個(gè)重要參數(shù)，對風(fēng)機(jī)的壓強(qiáng)、流量和效率都有影響。經(jīng)推導(dǎo)，可得： （2.4）由上式可以看出，與全壓成正比，與成反比。當(dāng)風(fēng)機(jī)壓強(qiáng)或壓強(qiáng)系數(shù)較高時(shí)，應(yīng)取較大的，但是過大，葉片過短，流速損失大，效率降低，使風(fēng)機(jī)性能惡化，如圖2.2所示。當(dāng)較大時(shí)，可以選較小一些的，這樣較高。對于風(fēng)壓高流量小的風(fēng)機(jī)可取較高的，風(fēng)壓低流量大的風(fēng)機(jī)取較小的。太小，葉片過長，會引起葉片根部氣流發(fā)生分離。一般常用的輪轂比范圍為0.250.75。當(dāng)采用單獨(dú)葉輪時(shí)，可取0.30.45。對于其他方案的通風(fēng)機(jī)級，可取0.50.7，也有取低于0.5的

42、。圖2.2軸流通風(fēng)機(jī)壓強(qiáng)系數(shù)和效率隨輪轂比的變化曲線根據(jù)大量試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，與的關(guān)系如圖2.3所示： 圖2.3 軸流通風(fēng)機(jī)輪轂比隨比轉(zhuǎn)速的變化曲線且近似滿足下列關(guān)系式：， 35 （2.5）， （2.6） 葉輪外徑在給定風(fēng)機(jī)全壓和流量的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，葉輪外徑也就基本確定了。由圖2.4可知： 圖2.4 軸流通風(fēng)機(jī)葉輪外徑系數(shù)隨比轉(zhuǎn)速的變化曲線比轉(zhuǎn)速與系數(shù)基本呈直線關(guān)系。其中 （2.7）根據(jù)圖2.4，求出下的，然后可以計(jì)算出： （2.8）與的近似關(guān)系為： （2.9）對于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣（）： （2.10） 計(jì)算圓周速度及壓力系數(shù) （2.11） （2.12）圓周速度限制如下：如果現(xiàn)場要求低噪聲

43、，則一般為6080m/s；受材料限制即使采取降噪措施仍需130m/s。 葉片數(shù)的選取一般規(guī)律是：葉片數(shù)少，葉片寬，支桿直徑大；葉片數(shù)多，葉片窄，支桿直徑小。根據(jù)國內(nèi)設(shè)計(jì)軸流風(fēng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對于按孤立葉型設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的軸流風(fēng)機(jī)，其最佳葉片數(shù)推薦如下：輪轂比 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7葉片數(shù) 26 48 612 816 10203 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1葉輪參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.1流量系數(shù)和全壓系數(shù)的確定葉輪是通風(fēng)最主要的部件，其主要作用是把原動(dòng)機(jī)的能量傳遞給流體。葉輪常用鑄鋁合金、鋼板焊接或其他材料制成。葉片的空氣動(dòng)力計(jì)算，是在滿足流量和全壓的條件下，為獲得高效率低噪音而進(jìn)行的

44、葉片集合尺寸的計(jì)算。為此，把整個(gè)葉片分成若干個(gè)計(jì)算截面，然后通過計(jì)算得出個(gè)基元截面所采用翼型的葉片寬度及安裝角。根據(jù)上述參數(shù)，引入如下幾個(gè)無量綱系數(shù)及其關(guān)系表達(dá)式。（1） 流量系數(shù)：=流量系數(shù)代表不同型號風(fēng)機(jī)在相同葉輪直徑和相同轉(zhuǎn)速下風(fēng)量的相對值。（2） 壓力系數(shù)：壓力系數(shù)代表不同型號風(fēng)機(jī)在相同葉輪直徑和相同轉(zhuǎn)速下風(fēng)壓的相對值。（3） 直徑系數(shù)： 直徑系數(shù)代表不同型號風(fēng)機(jī)在相同風(fēng)量和相同風(fēng)壓下葉輪直徑的相對值。（4） 轉(zhuǎn)速系數(shù)：轉(zhuǎn)速系數(shù)代表不同型號風(fēng)機(jī)在相同風(fēng)量和相同風(fēng)壓下轉(zhuǎn)速的相對值。（5） 直徑系數(shù)、轉(zhuǎn)速系數(shù)與壓力系數(shù)、流量系數(shù)的關(guān)系流量系數(shù)、壓力系數(shù)、直徑系數(shù)和轉(zhuǎn)速系數(shù)這四個(gè)無量綱系數(shù)由

45、以上的式子可得：可見，上述四個(gè)無量綱系數(shù)的最佳結(jié)合就成為每兩個(gè)最佳無量綱系數(shù)、或、之間的排列問題。若已知最佳的、可以方便的計(jì)算一臺一定風(fēng)量風(fēng)壓的通風(fēng)機(jī)的最佳葉輪直徑和最佳轉(zhuǎn)速。由以上公式可得最佳直徑和最佳轉(zhuǎn)速的表達(dá)式在軸流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)中，通常是在給定風(fēng)量和風(fēng)壓的情況下求最佳的葉輪直徑和最佳轉(zhuǎn)速，所以，無量綱系數(shù)對葉輪的最佳設(shè)計(jì)具有重要的意思。二級軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓比為1：1，所以第一級葉輪和第二級葉輪參數(shù)相同。故不需要分別計(jì)算。以第一級葉輪計(jì)算為例，設(shè)計(jì)計(jì)算步驟如下：流量系數(shù)：0.263全壓系數(shù)：=0.3453.1.2輪轂比和輪轂直徑的確定輪轂比的計(jì)算公式為=式中：為輪轂直徑，為外徑。輪轂比是一

46、個(gè)重要的參數(shù)，對于風(fēng)機(jī)的全壓、流量和效率都有影響由文獻(xiàn)可推導(dǎo)出：由上式可以看出，輪轂比和全壓成正比，與成反比。當(dāng)風(fēng)機(jī)生壓或壓力系數(shù)較高時(shí)，應(yīng)取較大的，但是過大，葉片過短，流速損失大，效率降低，使風(fēng)機(jī)性能惡化，當(dāng)較大時(shí)，可以選較小一些的。太小，葉片過長，會引起葉片根部氣流發(fā)生分離。輪轂比由文獻(xiàn)13 ，當(dāng)通風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)=157時(shí)，可選用=0.6。按表3-1, 可見，當(dāng)=0.345時(shí)，=0.50.6，取=0.6是合適的。由此得到葉輪輪轂直徑為：d=D=0.60.56m=0.336m表3-1 不同全壓系數(shù)時(shí)所推薦采用的輪轂比0.202.0.40.40.350.450.50.60.60.73.1.3輪轂

47、比檢驗(yàn)為了判斷葉輪葉片根部和后導(dǎo)流器根部是否會發(fā)生氣流分離，應(yīng)驗(yàn)算是否所取的輪轂比；求得通風(fēng)機(jī)的軸向速度為：=m/s= 35.53m/s則得到通風(fēng)機(jī)的無因次軸向速度為：= /=35.53/0.85=0.411由表2-1的計(jì)算結(jié)果得到通風(fēng)機(jī)的全壓效率=0.85，則通風(fēng)機(jī)的理論全壓系數(shù)為：=0.345/.86=0.406最佳計(jì)算參數(shù)，由文獻(xiàn)13 ，查得=0.2。根據(jù)表3-2，可以計(jì)算出二級R+S+R+S級型式通風(fēng)機(jī)葉輪的計(jì)算函數(shù)為：表3-2 不同通風(fēng)機(jī)級型式的與計(jì)算公式級型式函數(shù)RR+SP+RP+R+S-；可以計(jì)算葉輪的最小允許輪轂比為：=1/=1/2.531=0.395由于所決定的輪轂比=0.6

48、，所以在葉輪葉片根部不會產(chǎn)生氣流分離。對于導(dǎo)流器，可計(jì)算函數(shù)為：=可以得到導(dǎo)流器的最小允許輪轂比為：由于所決定的輪轂比=0.5，所以在后導(dǎo)流器葉片根部也不會產(chǎn)生氣流分離。3.1.4葉片翼型參數(shù)的計(jì)算1. 確定計(jì)算截面將整個(gè)葉片分成5個(gè)計(jì)算截面，其中相對平均半徑為2. 各計(jì)算截面葉片環(huán)的氣流參數(shù)和空氣動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)計(jì)算葉片各參數(shù)計(jì)算結(jié)果列于3-3。從表中可以看出，各計(jì)算截面的葉柵稠度均未超過1.0，所以按孤立翼型設(shè)計(jì)是合適的。表3-3 葉輪氣流參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算表項(xiàng)目及公式單位計(jì)算截面?zhèn)渥?2345m0.1680.2020.2310.2570.28D=0.56m0.60.7210.820.9181

49、.0m為葉輪半徑m/s51.9062.4072.3679.3986.50n=2950r/minm/s29.2824.3521.2919.1517.57等環(huán)量設(shè)計(jì)時(shí)沿程葉高為常數(shù)m35.53等環(huán)量設(shè)計(jì)時(shí)沿葉高為常數(shù)m/s51.4861.5270.3478.3485.45在R+S級中，(°)43.6435.2830.3426.9724.571.1380.7920.6050.5010.4110.1000.0940.0890.0840.080選用1.2000.9根據(jù)1/u最大原則選擇0.9480.456m1.0010.9410.8920.8430.802中間各截面的bZ插計(jì)算0.9840.7

50、410.6150.5220.4551.2001.0680.9840.9600.902(°)8.707.736.906.165.50(°)52.3443.0137.2433.1330.07mm83.4278.4274.3370.2566.83Z=12mm8.347.376.625.905.35根據(jù)文獻(xiàn)13中對翼型相對厚度懂得選取原則，在葉根及頂截面分別選0為0.1和0.8，中間各截面的可按直線規(guī)律變化，通過插值計(jì)算得出。葉根幾葉頂?shù)娜~片總寬度bZ由計(jì)算得到，而中間各截面的bZ可按直線規(guī)律變化，通過插值計(jì)算得出。對于葉片數(shù)目的選擇計(jì)算，由表3-4，當(dāng)=0.6時(shí)，。又因?yàn)楣蔬x取葉

51、片數(shù)目Z=12。表3-4 葉片數(shù)目與輪轂比之間的關(guān)系0.30.40.50.60.7通過計(jì)算可以得出、等曲線，將這些曲線繪制于圖3-1中，可以看到各曲線光滑，證明計(jì)算是正確的。圖3-1 葉片參數(shù)坐標(biāo)3.2葉片翼型的選擇從目前資料來看，可用于孤立翼型設(shè)計(jì)方法的翼型主要有三種：一是平底或接近平底的翼型，國內(nèi)外常用的有CLARK-Y翼型，LS翼型和RAF-6E翼型等；二是等厚圓弧板翼型；三是NASA-65系列中的某些翼型13。由于NASA-65系列自成體系，其翼型及葉片中弧線的繪制方法于一般方法不同，國內(nèi)目前應(yīng)用較少，故不考慮選擇。本設(shè)計(jì)選定LS翼型。3.2.1 LS翼型坐標(biāo)LS翼型的原始翼型為英國L

52、S螺旋槳翼型，后來稍加修改用于軸流通風(fēng)機(jī)。其結(jié)構(gòu)形式如圖3-2所示，其坐標(biāo)如表3-5所示。圖3-2 LS翼型結(jié)構(gòu)圖表3-5 LS翼型斷面坐標(biāo)值距前緣點(diǎn)距離5102030405060708090上表面坐標(biāo)5.9278.696.110099.196.187.374.757.236.93.2.2葉片的繪制弦長在葉柵額線及葉柵軸向方向的投影列于下表3-6。表3-6 弦長的投影的投影單位相對半徑0.600.7210.820.9181.00mm66.053.545.038.433.5mm51.057.359.258.857.8各計(jì)算截面翼型的重心坐標(biāo)、重心距翼型前后邊緣的距離在葉柵額線及葉柵軸向方向的投影

53、列于表3-7。表3-7 LS翼型各參數(shù)投影項(xiàng)目單位相對半徑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導(dǎo)輪參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1導(dǎo)輪參數(shù)的計(jì)算計(jì)算參數(shù)的確定：在葉片設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)得出；風(fēng)機(jī)的理論全壓系數(shù)=0.406，由文獻(xiàn)13得=0.2。導(dǎo)流器葉片氣流參數(shù)和空氣動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)的計(jì)算結(jié)果列于表3-8。表3-8導(dǎo)向氣流參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算表項(xiàng)目及

54、公式單位計(jì)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(°) 6.38.69.711.812.1(°)66.9976.2579.9283.8885.48mm95.2795.2795.2795.2795.273.3.2導(dǎo)流器葉片幾何尺寸的計(jì)算導(dǎo)流器葉片數(shù)目的確定：選取后導(dǎo)流