通风机毕业设计.doc

1、山东科技大学学士学位论文 I 摘要 研究设计一个好的风机对节能有很重大的意义。合理的设计、选择和使用通风机，关系到矿井的安全生产和煤矿职工的身体健康，对矿井的主要技术经济指标也有一定影响。 本设计查阅有关轴流式通风机设计的技术资料，严格执行相应的国家或国际标准，参照现有的在实际应用的轴流风机设计加工的图纸，对相应的尺寸、技术要求等取经验值。采用了目前国内外对于中、高压轴流式通风机设计中广泛应用的叶栅设计法进行叶片叶型的设计。引入了计算机辅助设计，专门编制了相应的计算机应用程序，来自动进行验算，最后直接得到计算结果。采用扭曲机翼型叶片，气动 效率高，节能效果极为显著；叶片安装角度可调，可根据矿井

2、生产的变化，随时调节风机状况。 关键词： 轴流式通风机；动叶可调；计算机辅助设计；平面叶栅设计法 山东科技大学学士学位论文 II ABSTRACT The research and design a good fan of the energy has a tremendoussignifica-nce. Reasonable design, selection and use of a fan, put a great impact on the mines safety and physical health of miners,as well as on the mines main t

3、echnical and economic indicators. The design of axial fl-ow fan design access to technical information, strict implementation of re-levant national or international standards, reference to the practical applic-ation of the existing axial fan design and processing of the drawings, thesize of the corr

4、esponding technical requi-rements from experience the va-lue . For use at home and abroad in the design of high-pressure axial fa-n blade design widely used method BLADE design.The introduction of c-omputer-aided design, specifically the preparation of the c-orresponding c-omputer applications to au

5、tomatic checking, the final results dir-ectly. Usi-ng twisted aerofoil blades, aerodynamic efficiency, energy conservation is the most effective; blade angle can be adjusted, according to changes in mine production, adjust fan status at any time. Keywords: Axial fan; Blade adjustable; computer-aided

6、 design; Cascade Design 山东科技大学学士学位论文 III 目录 摘要 . I ABSTRACT . II 目录 . III 1 绪论 . 1 1.1 通风机综述 . 1 1.1.1 通风机的分类 . 1 1.1.2 通风机的主要参数 . 2 1.1.3 通风机发展 . 2 1.2 轴流式通风机 . 5 1.2.1 轴流通风机原理 . 5 1.2.2 轴流通风机基本结构 . 6 1.3 毕业设计综述 . 7 1.3.1 设计任务 . 7 1.3.2 主要问题及解决方法 . 8 1.3.3 设计成果及风机优点 . 9 2 方案选择 . 11 2.1主要结构方案比较 . 11

7、 2.2 方案的确定 . 13 3 设计计算 . 15 3.1 设计计算过程 . 15 3.1.1 主要结构参数的设计计算 . 15 3.1.2 叶型参数的设计计算 . 18 3.2 应用程序设计 . 22 3.2.1 程序介绍 . 23 3.2.2 程序主函数 . 23 3.2.3 程序运行截图 . 23 山东科技大学学士学位论文 IV 4 强度校核 . 26 4.1 动叶片结构设计 . 27 4.2 支杆强度校核 . 27 4.2.1 由离心力引起的应力 . 27 4.2.2 由气流载荷力引起的应力 . 32 4.2.3 强度校核 . 34 4.3 叶轮结构设计 . 34 4.4 轮盘强度

8、校核 . 35 4.4.1 支杆及螺母等质量及离心力的计算 . 35 4.4.2 轮盘强度的校核 . 36 4.5 应用程序设计 . 38 4.5.1 程序介绍 . 38 4.5.2 主程序 . 38 4.5.3 程序运行截图 . 38 4.6校核结论 . 39 5 其他零部件设计 . 41 5.1 集流器 . 41 5.2 整流体和扩散筒 . 42 参考文献 . 44 致谢 . 45 附录一 . 46 外文翻译 . 46 附录二 . 56 部分程序代码及运算结果 . 56 山东科技大学学士学位论文 1 1 绪论 在煤矿井下开采时，不但煤层中所含的有毒有害气体（如 等 CH4、 CO、H2、

9、SCO2等）会大量涌出，而且伴随着采煤过程还会产生大量易燃易爆的煤尘；同时，由于地热和机电设备散发的热量，石井下的空气温度和湿度也随之升高。这些有毒的气体、过高的温度以及容易引起爆炸的煤尘和瓦斯，不但严重影响井下工作人员的身体健康，而且对矿井安全也产生了很大的威胁。因此，通风在煤矿生产作业中具有不可忽视的作用。 矿井通风的主要动力是通风机。通风机是用于输送气体的机械，从能量的观点来看，它是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械。可以说它是矿井的“肺脏”。其日夜不停地运转，加之其功率大 ，因此其能耗很大。据统计，全国部属煤矿主要通机平均电耗约占矿井电耗的 16%。风机用电约占全国发电量的 10

10、%； 另据 1988年原冶金部的规划资料，我国金属矿山的风机用电量占采矿用电的 30%；钢铁工业的风机用电量占其生产用电的20% ；煤炭工业的风机用电量占全国煤炭工业用电的 17%。除此之外，输送气体的各种风机在冶炼厂的输送空气，工厂车间、居民住房、影剧院、宾馆以等的通风和降温方面也有广泛的应用。由此可见，风机节能在国民经济各部门中的地位和作用是举足轻重的。因此研究设计一个好的风机对节能有很重大的意义。所以合理的 设计、选择和使用通风机，不仅关系到矿井的安全生产和煤矿职工的身体健康，而且对矿井的主要技术经济指标也有一定影响，并且对加快四化建设也有十分重要的意义。 1.1 通风机综述 1.1.1

11、 通风机的分类 山东科技大学学士学位论文 2 通风机根据其气体流动方向不同，可以分为离心式、轴流式和混流式等类型。 离心通风机工作时，动力机 (主要是电动机 )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。 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

12、上。 混流通风机又称斜流通风机，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。 1.1.2 通风机的主要参数 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。 1.1.3 通风机发展

13、 通风机已有悠久的历史 ，在国内外的得到了较快的发展，并取得山东科技大学学士学位论文 3 了还多优秀的成果。 中国在公元前许多年就已制造出简单的木制砻谷风车，它的作用原理与现代 离心通风机 基本相同。 1862年，英国的圭贝尔发明离心通风机，其叶轮、机壳为同心圆型，机壳用砖制，木制叶轮采用后向直叶片，效率仅为 40左右，主要用于矿山通风。 1880年，人们设计出用于矿井排送风的蜗形机壳，和后向弯曲叶片的离心通风机，结构已比较完善了。 1892年法国研制成横流通风机； 1898年，爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心通风机，并为各国所广泛采用； 19世纪，轴流通风机已应用于矿井通风和冶金工业的鼓

14、风，但其压力仅为 100 300帕，效率仅为 15 25，直到二十世纪 40年代以后才得到较快的发展。 1935年，德国首先采用轴流等压通风机为锅炉通风和引风； 1948年 ,丹麦制成运行中动叶可调的轴流通风机；旋轴流通风机、子午加速轴流通风机、斜流通风机和横流通风机也都获得了发展。 在当代经济发展过程中，由于风机属于在发电、化工等行业应用范围较广的通用机械，对国民经济具有重大影响，发达国家以及包括我国在内的发展中国家对风机产品的制造都很重视。世界上比较大的风机制造国主要有日本、德国、意大利、瑞士、美国等。比较大的风机制造商主要有日本的 日立制作所、荏原制作所、三菱重工业株式会社、川屿重工业株

15、式会社等；英国主要有詹姆斯豪登公司；德国有德马格德拉瓦透平机械公司和 KKK公司；瑞士主要有苏尔寿公司等。 风机方面，我国国情不同于工业发达国家，中小型风机是劳动力密集型产品，附加值较低，先进的工业国家不会再在技术和工艺方面大量投资，但仍在提高产品质量、降低成本、便于维护、环保四个方面注重对产品的改进。国外先进发达国家主要对技术含量高的离心、轴流压缩机等大型风机较为关注。一些著名厂商，如瑞士苏尔寿公司山东科技大学学士学位论文 4 不但生产风机，还生产汽轮机、锅炉、大型柴油机等用于大 型项目的设备。对于风机产品，国外公司在质量上注重于提高机械效率及延长使用寿命，向节约资源和节省能量方向发展；在成

16、本上则加强新材料的研制，降低物耗，并注重整个系统总成本的降低；在维护上从部件的通用化、维护换件简易化向自动化、无需维修、节省人力方向发展；在环保方面，注重于谋求安全可靠、向低噪声、低振动等防公害技术方向发展。 近几年我国风机生产企业通过加大科研投入，加强科研攻关和技术改造，采用新技术、新工艺、新材料努力开发适销对路产品，同时采用引进技术、与国外合作等方式发展高新技术产品，使我国风机行业企业在产品的 标准化、系列化、通用化、大型化、高效、节能、低噪声等方面有了长足进步，出现了一大批处于国际先进水平的产品，缩短了与发达国家的差距。但就行业整体而言，一些历史长、包袱重的国有企业受资金、体制等因素困挠

17、，技术水平较低。 当前世界先进工业国家大型风机产品开发的主要特点是： 1) 以节能、节约资源为核心，提高单件效率和耐久性，进而提高整个系统的效率； 2) 加强系统的自动化、事故警报系统的研制，节省维护、监控方面的人力； 3) 为提高竞争能力，力求包括附属部件在内的产品标准化和组合化； 4) .进一步加强了对低噪声、低振动技术的研究； 5) 不 断针对新的需要，开发新的产品； 6) 在工艺上引进柔性制造系统，最大限度地提高产品生产的自动化程度。 山东科技大学学士学位论文 5 风机产品大多根据用户需要有不同特性要求，多属小批量生产，特别是一些大型风机产品甚至是单件小批生产，对工艺要求复杂。目前国内

18、生产自动化程度很低，而国外通过研制和采用柔性制造系统，提高了生产的自动化程度。以美国为例，中小风机的生产已全部通过自动线完成，从工艺角度提高了产品质量，降低了产品成本。 通风机未来的发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。 1.2 轴流式通风机 1.2.1 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

19、大，风压低。轴流式风机风山东科技大学学士学位论文 6 压一般在 450 Pa 4500 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。 1.2.2 轴流通风机基本结构 图示 1是轴流通风机的典型结构简图。气体从集风器 1进入。通过叶轮 2使气流获得能量，然后流入导叶 8，导叶将一部分偏转的气流动能变为静压能，最后，气流通过扩散筒 4将一部分轴向气流动能转变为静压能，然后从扩散筒流出，输入管路。叶轮和导叶组成级、轴流式通风机因压力较低，一般情况下都采用单级。 低压轴流式通风机的压力

20、在 490Pa以下，高压轴流式通风机的压力一般也在 4900Pa以下，因此，相对于离心式通风机而言，轴流式通风机具有流量大、体积小，压头低的特点。 除上述的典型结构外 ，轴流通风机的型式和构造是多种多样的，小的轴流风机，其叶轮直径只有 100多毫米，大的直径可有 20多米。目前最大的轴流通风机的流量可达 1500万 m3/h。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、扩散筒和传动部件组成。叶片均匀布置在轮毂上，数目一般为 2 24。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。风机布置形式有立式、卧式和倾斜式三种 。轴流通风机很多是电机直联传动的，也可通过其他装置进行变速传动。为了便于安装和维护，轴流风机广泛采用滚动轴承。 由于叶轮强度和噪声等原因，轴流风机叶轮外径的圆周速度一速高时，将产生比离心风机大的噪声。 现代轴流通风机的动叶或导叶常做成可调节的，即其安装角可调。这