轴流式通风机课程设计文档格式.docx
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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：
（1）
所需电机功率为：
（2）
（k取1.2—1.3）
根据所需要的电动机功率，结合用户的情况，按来选取电动机型号，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
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、计算比转速
式中：
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（100~500）。
上式计算得，符合要求。
2、确定叶轮外径及轮毂直径
由查图7－5和图7－6，选取轮毂比及系数：
一般轮毂比的选择范围为：
＝0.25~0.75。
由图得Ku=2.6，
图7－5 轮毂比υ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：
轮毂外径为：
，取ν=0.4，则Dh=0.12m 。
由下表T30风机外形及安装尺寸可知，对于NO3.5的风机，，而，所以NO3.5的风机合适。
3、计算圆周速度及压力系数
算出的圆周速度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，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。
根据算出的及，即知道本方案的选择合理。
4、求轴向速度
（9）
5、将整个叶片分成几个截面，分别计算各截面的扭速值
方法：
这里就采用变环量设计
先计算平均直径截面的扭速
，由于η≥0.8，
则，取，即。
设气流分布规律为，则任一截面r处的扭速值为
通常可选取5个截面进行叶栅的计算，则截面的半径为：
，
则取，则
通常变环量指数ɑ的取值为0~1，取ɑ=0.5，
则，
由，得
式：
η为风机的全压效率
6、计算平均相对速度及气流角
，
7、选择叶片数Z
对于同一轮毂比υ和叶片弦长b而言，叶片数Z增加，则叶栅稠度τ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可按表7－1来选取：
表7－1 最佳叶片数
轮毂比υ
0.2
0.4
0.5
0.6
0.7
叶片数Z
2~6
4~8
6~12
8~16
10~20
本设计一般只选择3至9个叶片。
由于ν=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。
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
9、选取各截面的升力系数及相应的攻角
在选取时，应使值从叶尖向叶根逐渐增加，如果叶型的相对厚度不变，可取额定工况点的（一般＝（0.8~0.9））作为叶根的值，然后按直线规律依次向叶尖减小。
如叶型的相对厚度为变值，可按选取值。
各截面的值确定后，相应的攻角可根据叶型的~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：
（）
11、叶型安装角
＝+
综上所述可得机翼叶型截面尺寸：
项目
单位
计算截面
1
2
3
4
5
m
0.106
0.152
0.196
0.240
0.286
m/s
7.83
6.52
5.75
5.20
4.76
15.8
22.67
29.23
35.80
42.66
η
0.8
9.21
N/m2
118.77
141.90
161.35
178.71
194.94
15.04
21.48
27.92
34.45
41.32
（º
）
37.76
25.39
19.26
15.51
12.88
（选取）
0.9
0.84
0.79
0.74
0.70
α（选取）
4.4
3.9
3.4
42.76
29.79
23.16
18.91
15.88
z（选取）
6
1/s
298.3
0.064
0.057
0.053
0.051
0.049
12、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（δ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=0.36m，即风筒内部直径D=D1=0.36m，则。
2、风筒尺寸的确定：
长度L=（1.5-2.2）D=540~792m，D=360mm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L0，应使L>
L0。
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。
式中—叶片根部的离心拉应力，单位为N/m3
—叶片根部所受离心力，单位为N
—叶片根部最小截面积，单位为m2
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、相对厚度可以表示为：
式中—半径处的截面弦长，单位为m；
—叶根截面弦长，单位为m；
—弦长沿径向变化的系数；
—叶片任意截面所在半径，单位为m
—叶根半径，单位为m；
—半径处的截面的相对厚度；
—叶根截面相对厚度；
—相对厚度沿径向变化的系数；
—叶轮半径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
式中—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。
由于叶片是边截面的，应根据变截面叶片的叶根离心力的计算公式计算离心力。
如前所述，可以知道的已知条件为：
m，,m,m,m。
可以得到
=6.0105N
计算叶根截面面积m2。
50MPa
式中为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，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25×
90（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。
（3）轴材料选用45钢，调质处理，许用应力N/m2。
六、转子的临界转速计算
为保证风机安全可靠运行，应使工作转速离开临界转速一定范围。
设计时，要求满足如下条件：
的轴，称为刚性轴。
对刚性轴工作转速的要求：
；
的轴，称为柔性轴。
对柔性轴工作转速的要求：
。
分别为转子的一阶临界转速和二阶临界转速。
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），可采用单盘临界转速的公式近似计算：
式中nc的单位为r/mi
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