KZ25-64-8 型軸流式通風(fēng)機設(shè)計【說明書+CAD】

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；煤炭工業(yè)的風(fēng)機用電量占全國煤炭工業(yè)用電的 17%，由此可見，風(fēng)機節(jié)能在國民經(jīng)濟各部門中的地位和作用是舉足輕重的。研究設(shè)計一個好的風(fēng)機對節(jié)能有很重大的意義。所以合理地選擇和使用通風(fēng)機，不僅關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)和職工的身體健康，而且對礦井的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)也有一定影響。 本課題研究目的是了解通風(fēng)機在現(xiàn)代工業(yè)中的重要作用，了解通風(fēng)機以及原理相似的汽輪機結(jié)構(gòu)原理各部分作用，加深對大型機械實際加工過程以及所采用的典型的加工工藝方法，、工藝路線和實際加工過程所涉及的主要設(shè)備。了解通風(fēng)機葉片以及其他各部分構(gòu)件在實際中的設(shè)計方法，能夠自行設(shè)計出合理的通風(fēng)機結(jié)構(gòu)，通過本次設(shè)計掌握整體機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法程序和步驟，掌握新學(xué)術(shù)論文的寫作格式，為以后的參加工作或深入學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。 二、 本課題的主要研究內(nèi)容 1、通風(fēng)機總體方案設(shè)計 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定：葉輪外徑，輪轂比ν，葉片數(shù)。 選擇電動機：計算風(fēng)機軸功率N。注意容量富裕系數(shù)以及風(fēng)機運行工況變化時功率的變化，按最大值選取。參考同類型風(fēng)機確定。一般電動機的功率應(yīng)為風(fēng)機設(shè)計點功率的1.05～1.8倍。 2、 動葉片的空氣動力學(xué)設(shè)計 沿葉片高度劃分30個以上的基元級（從葉根到葉頂間距逐漸加大），要求對每一個柵面都要進(jìn)行計算。 要求用一種熟悉的高級語言編寫相應(yīng)的計算程序，借助于計算機來完成動葉片的空氣動力學(xué)設(shè)計計算。 3 、動葉片的強度校核 動葉片在工作中受力如下：1）葉片的離心力。2）由于離心力作用點與支桿中心不重合而產(chǎn)生的離心力附加彎矩。3）動葉片受到的氣動力（氣流對葉片的作用力）。4）動葉氣動力合力作用點與葉片支桿中心不重合而產(chǎn)生的氣動力扭矩。一個柵面的氣動力合力一般位于距葉型頭部25%-40%處（可近似認(rèn)為葉片受到的氣動力合力作用于葉片中間柵面且距離葉型前緣點25b％處）。 動葉片的危險部位：1）葉片根部。2）第一鉚釘孔處。在本設(shè)計中，只要求對葉片根部進(jìn)行強度校核，安全系數(shù)n≥2。 4 、動葉片結(jié)構(gòu)和輪轂結(jié)構(gòu)設(shè)計 動葉片采用鋼板模壓與支桿鉚接結(jié)構(gòu)。進(jìn)行支桿根部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，要求葉片在輪轂上可以改變角度，以使葉片調(diào)節(jié)方便。輪轂采用焊接結(jié)構(gòu)，輪轂上的支桿孔應(yīng)結(jié)合動葉根部結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計。 根據(jù)葉片與輪轂的加工工藝，選擇合適的材料。 5 、輪轂強度校核 對固定葉片的輪轂均應(yīng)進(jìn)行強度校核?？刹捎媒朴嬎悖床豢紤]輪轂圓環(huán)表面的影響，認(rèn)為葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力全部由輪轂的圓盤來承擔(dān)。安全系數(shù)n≥2。 6 、各主風(fēng)筒的設(shè)計 風(fēng)機外殼的設(shè)計應(yīng)依據(jù)國標(biāo)和有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)中對風(fēng)筒法蘭的的形狀尺寸等有明確的要求。 對于主風(fēng)機，主風(fēng)筒一般均采用中間剖分結(jié)構(gòu)。 7 、集流器和擴散器的設(shè)計 集流器由外集流風(fēng)筒和流線體形疏流罩構(gòu)成；擴散器由外筒及流線體形芯筒構(gòu)成。當(dāng)電動機位于通風(fēng)機的出氣側(cè)時，應(yīng)考慮如何消除傳動軸的旋轉(zhuǎn)影響。 8 、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 指的是將以上各部分按實際的順序組合在一起，組成風(fēng)機的總裝圖。在總裝圖中風(fēng)機的外殼上要畫出銘牌示意圖、兩級葉輪轉(zhuǎn)向和氣流方向箭頭標(biāo)志。 三、 文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外研究情況及其發(fā)展） 通風(fēng)機已有悠久的歷史。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)機基本相同。1862年，英國的圭貝爾發(fā)明離心通風(fēng)機，其葉輪、機殼為同心圓型，機殼用磚制，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)計出用于礦井排送風(fēng)的蝸形機殼，和后向彎曲葉片的離心通風(fēng)機，結(jié)構(gòu)已比較完善了。 1892年法國研制成橫流通風(fēng)機；1898年，愛爾蘭人設(shè)計出前向葉片的西羅柯式離心通風(fēng)機，并為各國所廣泛采用；19世紀(jì)，軸流通風(fēng)機已應(yīng)用于礦井通風(fēng)和冶金工業(yè)的鼓風(fēng)，但其壓力僅為100～300帕，效率僅為15～25％，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)機為鍋爐通風(fēng)和引風(fēng)；1948年,丹麥制成運行中動葉可調(diào)的軸流通風(fēng)機；旋軸流通風(fēng)機、子午加速軸流通風(fēng)機、斜流通風(fēng)機和橫流通風(fēng)機也都獲得了發(fā)展。 離心通風(fēng)機工作時，動力機(主要是電動機)驅(qū)動葉輪在蝸形機殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，空氣經(jīng)吸氣口從葉輪中心處吸入。由于葉片對氣體的動力作用，氣體壓力和速度得以提高，并在離心力作用下沿著葉道甩向機殼，從排氣口排出。因氣體在葉輪內(nèi)的流動主要是在徑向平面內(nèi)，故又稱徑流通風(fēng)機。 離心通風(fēng)機主要由葉輪和機殼組成，小型通風(fēng)機的葉輪直接裝在電動機上中、大型通風(fēng)機通過聯(lián)軸器或皮帶輪與電動機聯(lián)接。離心通風(fēng)機一般為單側(cè)進(jìn)氣，用單級葉輪；流量大的可雙側(cè)進(jìn)氣，用兩個背靠背的葉輪，又稱為雙吸式離心通風(fēng)機。 葉輪是通風(fēng)機的主要部件，它的幾何形狀、尺寸、葉片數(shù)目和制造精度對性能有很大影響。葉輪經(jīng)靜平衡或動平衡校正才能保證通風(fēng)機平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動。按葉片出口方向的不同，葉輪分為前向、徑向和后向三種型式。前向葉輪的葉片頂部向葉輪旋轉(zhuǎn)方向傾斜；徑向葉輪的葉片頂部是向徑向的，又分直葉片式和曲線型葉片；后向葉輪的葉片頂部向葉輪旋轉(zhuǎn)的反向傾斜。 前向葉輪產(chǎn)生的壓力最大，在流量和轉(zhuǎn)數(shù)一定時，所需葉輪直徑最小，但效率一般較低；后向葉輪相反，所產(chǎn)生的壓力最小，所需葉輪直徑最大，而效率一般較高；徑向葉輪介于兩者之間。葉片的型線以直葉片最簡單，機翼型葉片最復(fù)雜。 為了使葉片表面有合適的速度分布，一般采用曲線型葉片，如等厚度圓弧葉片。葉輪通常都有蓋盤，以增加葉輪的強度和減少葉片與機殼間的氣體泄漏。葉片與蓋盤的聯(lián)接采用焊接或鉚接。焊接葉輪的重量較輕，流道光滑。低、中壓小型離心通風(fēng)機的葉輪也有采用鋁合金鑄造的。 軸流式通風(fēng)機工作時，動力機驅(qū)動葉輪在圓筒形機殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，氣體從集流器進(jìn)入，通過葉輪獲得能量，提高壓力和速度，然后沿軸向排出。軸流通風(fēng)機的布置形式有立式、臥式和傾斜式三種，小型的葉輪直徑只有100毫米左右，大型的可達(dá)20米以上。 小型低壓軸流通風(fēng)機由葉輪、機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)機由集流器、葉輪、流線體、機殼、擴散筒和傳動部件組成。葉片均勻布置在輪轂上，數(shù)目一般為2～24。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)機的主要零件大都用鋼板焊接或鉚接而成。 斜流通風(fēng)機又稱混流通風(fēng)機，在這類通風(fēng)機中，氣體以與軸線成某一角度的方向進(jìn)入葉輪，在葉道中獲得能量，并沿傾斜方向流出。通風(fēng)機的葉輪和機殼的形狀為圓錐形。這種通風(fēng)機兼有離心式和軸流式的特點，流量范圍和效率均介于兩者之間。 橫流通風(fēng)機是具有前向多翼葉輪的小型高壓離心通風(fēng)機。氣體從轉(zhuǎn)子外緣的一側(cè)進(jìn)入葉輪，然后穿過葉輪內(nèi)部從另一側(cè)排出，氣體在葉輪內(nèi)兩次受到葉片的力的作用。在相同性能的條件下，它的尺寸小、轉(zhuǎn)速低。 與其他類型低速通風(fēng)機相比，橫流通風(fēng)機具有較高的效率。它的軸向?qū)挾瓤扇我膺x擇，而不影響氣體的流動狀態(tài)，氣體在整個轉(zhuǎn)子寬度上仍保持流動均勻。它的出口截面窄而長，適宜于安裝在各種扁平形的設(shè)備中用來冷卻或通風(fēng)。 通風(fēng)機的性能參數(shù)主要有流量、壓力、功率，效率和轉(zhuǎn)速。另外，噪聲和振動的大小也是通風(fēng)機的主要技術(shù)指標(biāo)。流量也稱風(fēng)量，以單位時間內(nèi)流經(jīng)通風(fēng)機的氣體體積表示；壓力也稱風(fēng)壓，是指氣體在通風(fēng)機內(nèi)壓力升高值，有靜壓、動壓和全壓之分；功率是指通風(fēng)機的輸入功率，即軸功率。通風(fēng)機有效功率與軸功率之比稱為效率。通風(fēng)機全壓效率可達(dá)90％。 通風(fēng)機未來的發(fā)展將進(jìn)一步提高通風(fēng)機的氣動效率、裝置效率和使用效率，以降低電能消耗；用動葉可調(diào)的軸流通風(fēng)機代替大型離心通風(fēng)機；降低通風(fēng)機噪聲；提高排煙、排塵通風(fēng)機葉輪和機殼的耐磨性；實現(xiàn)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和自動化調(diào)節(jié)。 四、 擬解決的關(guān)鍵問題 1、 風(fēng)機的葉片數(shù)，葉片的弦長及其沿動葉片高度的分布規(guī)律，葉面與支桿的連接結(jié)構(gòu)，支桿的結(jié)構(gòu)形式，支桿與輪轂的相對關(guān)系如何。葉輪的輪轂比，葉片的厚度，葉片的相對扭轉(zhuǎn)角，葉輪所用的材料，葉輪的整體結(jié)構(gòu)形式以及對旋風(fēng)機兩級葉輪有何不同；軸流風(fēng)機導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)形式，葉片數(shù)。導(dǎo)葉片與相鄰動葉片的數(shù)量對應(yīng)關(guān)系。 2、 風(fēng)機所選用電機的型號，性能和結(jié)構(gòu)形式。電機在風(fēng)筒中的固定方式。電機軸線和風(fēng)機風(fēng)筒軸線的同心度如何調(diào)節(jié)。 3、風(fēng)機主風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)形式。主風(fēng)筒的中分結(jié)構(gòu)形式，內(nèi)筒直徑與外筒直徑的相對大小。風(fēng)筒所用的材料厚度，法蘭的厚度。以及當(dāng)對風(fēng)機葉片角度進(jìn)行調(diào)節(jié)時，應(yīng)該怎樣操作。 4、進(jìn)氣風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)形式，集流器的形狀尺寸，內(nèi)外風(fēng)筒的直徑，所選用的材料。通風(fēng)機是如何考慮消聲的，吸聲材料是如何更換的，從結(jié)構(gòu)設(shè)計上如何實現(xiàn)材料的更換，并能保證更換方便。 5、 出風(fēng)風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)形式，擴散器的結(jié)構(gòu)尺寸，同樣應(yīng)注意其消聲結(jié)構(gòu)的形式。 6、 通風(fēng)機的總體長度，風(fēng)機的支撐情況，風(fēng)機的轉(zhuǎn)向、氣流方向標(biāo)志，銘牌位置。 7、通風(fēng)機的防爆性能體現(xiàn)在那些方面。 8、動葉片支桿的結(jié)構(gòu)形式，葉片和支桿的連接方式，支桿和輪轂各部分材料的選擇，如何防止銹蝕。 9、葉片在運行中各種力的平衡方式與平衡裝置的結(jié)構(gòu)形式。 五、 研究思路和方法 1、學(xué)習(xí)通風(fēng)機的相關(guān)理論知識，了解通風(fēng)機、汽輪機基本結(jié)構(gòu)和各部分作用 2、根據(jù)老師的安排外出參觀實習(xí)，了解風(fēng)機具體加工過程，尤其重視觀察其加工工藝過程以及各單位具體設(shè)計方法和加工過程 3、首先采用葉柵設(shè)計法設(shè)計葉輪和葉片的參數(shù)，需要編寫程序 4、然后進(jìn)行整流罩、集流器和擴散筒的設(shè)計計算 5、進(jìn)行通風(fēng)機的強度檢核 6、繪制葉型圖、支桿圖和葉片圖以及整體結(jié)構(gòu)圖 六、 本課題的進(jìn)度安排 總體時間安排： 1、根據(jù)畢業(yè)實習(xí)報告完成畢業(yè)實習(xí)，并完成畢業(yè)實習(xí)報告，實習(xí)報告的內(nèi)容篇幅應(yīng)為所發(fā)報告書的2/3 以上 3.8－3.22 2、熟悉文獻(xiàn)資料、完成開題報告及初步設(shè)計 3.23－4.1 3、總體方案設(shè)計 4.2－4.4 4、動葉片氣動力設(shè)計及強度校核 4.5－4.30 5、輪轂設(shè)計及輪轂強度計算 5.4－5.8 6、進(jìn)出風(fēng)筒設(shè)計 5.9 7、集流器、流線體、擴散器設(shè)計 5.10－5.14 8、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 5.15－5.18 9、繪制圖紙（圖幅最好不超過1號） 5.19－6.6 10、整理資料、撰寫說明書和和外文資料翻譯（約5000漢字） 6.7－6.12 11、提交論文、圖紙和外文資料譯文 6.13 12、畢業(yè)答辯（大會答辯和小組答辯）和成績評定 6.16 七、 參考文獻(xiàn) 1.吳玉林, 陳慶光. 通風(fēng)機和壓縮機[M], 北京: 清華大學(xué)出版社, 2005, 14-200. 2.李慶宜. 通風(fēng)機，北京?:?機械工業(yè)出版社，1981. 3.商景泰. 通風(fēng)機手冊，北京?:?機械工業(yè)出版社，1994.8. 4.吳玉林等. 通風(fēng)機和壓縮機，北京: 清華大學(xué)出版社，:2005.2. 5.昌澤舟，安慶豐. 軸流式通風(fēng)機實用技術(shù)，北京: 機械工業(yè)出版社，2005-3-1. 6.劉鴻文．材料力學(xué)．第四版，北京∶高等教育出版社，2004.1. 7.Albert Ruprecht. Unsteady Flow Analysis in Hydraulic Turbomachinery[D]. Institute of Fluid Mechanics and Hydraulic MachineryUniversity of Stuttgart, Germany，1993, 45-56. 8. W.J. Calvert, Detailed ˉow measurement and predictions for a three-stage transonic fan.[J] .ASME Journal of Turbomachinery ,1994,116: 298-305. 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日 所在系（所）意見 負(fù)責(zé)人（簽章）： 年 月 日