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山东科技大学学士学位论文摘 要通风机是用于输送气体的机械，广泛应用于矿井、隧道等通风、引风装置中，这使得对风机技术的研究具有较强的实际意义，世界各国对通风机需求逐年增加。在传统的传统的设计方法中存在不少问题，设计方法比较复杂，计算量大，又不便于计算机编程处理，从而导致计算结果误差较大，设计出的通风机效率较低。本设计对传统设计方法的改进，运用计算机编程进行设计，减小了设计误差，提高了风机效率。对选择的流量和压力参数进行分析，设计一台大型普通两级轴流式矿用通风机。本设计重点对两级普通轴流式通风机的动叶和动叶轮以及导叶的设计，及动叶片和轮毂的强度校核。其次对该通风机的主风筒、集流器、扩散器进行了设计计算，并对支杆和轮盘进行强度校核。关键词：轴流式通风机；叶轮；强度校核AbstractFan is used to transport gas machinery, widely used in mines, tunnels, ventilation, air device, which makes the study of fan technology with strong practical significance. The world to the increasing demand fan. In the traditional design method of the traditional design method of the existing problems, more complex, large amount of calculation and not easy to handle, and computer programming calculation results, the design of the error ventilator low efficiency. the design of traditional design method, using computer programming design, reduces the design error, improve efficiency. Fan, The choice of flow and pressure parameters are analyzed, and the design of a large common axial mine ventilator two levels.Focus on two levels of common axial fan, and move the guide vane impeller and design, and the blade wheel and intensity. Next to the washroom, collector of the ventilator, diffuser, and the design calculation of roulette lbb3530/50 enable delegates and check intensityKey words: axial fan; impeller; intensity examination目录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1通风机的国内外发展状况11.2通风机性能参数和研究的目的41.3通风机的工作原理及结构52通风机总体方案设计82.1通风机设计的原始数据82.2通风机总体方案设计92.3通风机总体结构布局103 动叶片的设计123.1 通风机结构参数选择123.2风机主要结构参数的计算163.3设计方法概述173.4 孤立叶型设计法173.5叶栅设计法194 辅助件的结构设计及选型314.1 支杆强度校核314.2 叶轮轮盘的选型435 通风机其他结构设计505.1 主风筒结构设计505.2 集流器结构设计515.3 整流体和扩散筒52经济性可行性分析54总结55参考文献56致谢58附录一 叶栅图59附录二 计算机编程60附录三 英文文献及翻译67151 绪 论1.1通风机的国内外发展状况从通风机发展的历史看，轴流通风机比离心通风机发展的要晚些，在19世纪末已应用于生产。由于轴流式通风机具有风量系数大，压力系数小，通风效率高等特点，所以在国内外很多矿山采用轴流式通风机作为矿井通风系统的主扇风机。轴流式通风机应用的早期由于受到工业水平和技术手段的限制，其理论和实验研究都不够深入，产品的性能也非常低下。20世纪初期，随着航空工业的迅速发展，对机翼理论进行了大量的实验研究，其研究成果极大地促进了轴流式通风机的发展17。1.1.1通风机的国内发展新中国建立以前，我国风机制造工业几乎是空白，只有少数几个大城市有一些修配厂，大部分风机依赖进口。新中国成立后，风机制造工业获得迅速发展。在第一个五年计划期间，先后建立了一些专业工厂，开始大量生产风机。1958年后，在沈阳、上海、北京、天津、广州、重庆、武汉等地又陆续兴建了一批风机制造厂。50年代我国风机行业基本上是采用苏联产品或按苏联图纸生产。60年代我国开始自行设计和仿苏产品的制造，在国务院科学规划委员会机械组的指导下，分工协作、设计新品种、进行定型与标准化工作，同时迅速采取措施以提高现有产品质量，大大地促进了我国风机设计制造技术的提高。70年代我国自行研制了许多风机产品，联合设计水平不断提高，引进国外风机专利生产技术，消化吸收、试制，使风机产品水平大幅度提高。80年代，引进国外风机先进技术见成效，使我国的透平压缩机和大型通风机跨入世界八十年代先进行列。进入90年代以来，我国风机行业得到更大的发展，风机行业完成的总产值迅速增长。1999年国家机械工业局系统内61家生产企业不变价工业总产值为26.14亿元，出口交货值17587万美元，实现销售收入25.45亿元。风机的产量和技术基本上满足了国民经济各部门的需要，有些产品已达到或接近国际先进水平。近年来中国风机行业已研制一系列高效新型风机，特别是随着引进技术的不断消化与完善，上鼓、沈鼓、成都电力机械的电站风机，上风的隧道风机，四平、重通的高温风机、北京西山、沈鼓、上鼓的工业锅炉风机等逐渐得到用户的认可，这给工厂带来极大的经济效果。但中国仍有多种低效旧风机需要更新换代，新推广的风机也有待于进一步完善。因此，中国应该不断提高风机产品质量、稳定市场需求，还要积极引进先进技术，提高技术开发能力，以经济规模促进风机企业发展。 所设计通风机其结构如下：图1.1 结构图1集流器 2整流罩 3叶轮 4导叶 5后级叶轮6后导叶 7整流体 8机壳 9扩散筒2通风机总体方案设计本设计达到的性能指标，风机设计完成后，安装角可以在0到60之间变化；在设计工况点叶栅的设计效率可以达到88%；风压在设计工况点能达到6400pa；流量在设计工况点能达到120m3/s。2.1通风机设计的原始数据矿用轴流风机一般为对旋式和普通轴流风机两种，对旋式风机结构紧凑，但是效率低于普通轴流式风机。为适应国家政策、节约能源，选择设计的总体形式为普通轴流式风机，由于所选定设计参数中，压强高于4900Pa。根据已有经验，选择动叶可调的两级轴流风机6。叶轮设计方案的筛选，是在满足给定的设计参数条件下，确定叶轮直径、工作转速和轮毂比匹配的可行方案。设计计算时，首先把给定参数转换成标准进口状态的参数。根据压强系数或比转速，进行方案选择。方案筛选应满足如下判据要求：32.5 单独叶轮级；=0.150.25或=20.832.5 叶轮加后导叶；0.25或=14.520.8叶轮加前导叶。符合上述判据要求者，保留；不符合上述判据要求者，去除。出口流道部分，其作用是把叶轮后出口气流的动能转换成压强。2.2通风机总体方案设计1. 通风机总体方案设计个富裕系数k=1.05，作为选择电动机功率的参考值。2. 动叶片的设计设计计算。3. 动叶片的强度校核动叶片在工作中受力如下：处。动叶的危险部位：3。4. 动叶片结构和轮毂的结构设计便。5. 轮毂强度校核当叶片中心线与轮毂中心截面不共面的时候，要进行附加弯矩的计算。6. 主风筒设计分结构。7. 进出风筒的设计进组成。出风筒由扩散器和芯筒组成。 2.3通风机总体结构布局集风器，减压。轴流风机的、30、35（如图2.2所示）。 图2.1 轴流风机叶轮3 动叶片的设计3.1 通风机结构参数选择3.1.1 电动机的选择风机在设计工况下运转时的轴功率为：= 式（3.1）式中：流量；全压升；全压效率；传动效率。所需要的电动机功率为： =1.0=1806.84 （KW） 式（3.2）择直联传动形式。3.1.2 风机主要结构参数选择在进行叶轮叶栅气动设计时，必须合理地选取叶轮的结构参数，如轮毂比、叶片数和外径等。图3.1 轴流通风机压强系数和效率随轮毂比的变化曲线根据大量试验的统计结果，与的关系如图3.2所示： 图3.2 轴流通风机轮毂比随比转速的变化曲线3.2风机主要结构参数的计算3.2.1计算比转数ns3.2.2 确定叶轮外径及轮毂比由图查图3.2和图3.3根据标准系列GB3235-82选取轮毂比=0.64，=1.82。3.3设计方法概述轴流式通风机的传统设计方法主要有两种即：孤立叶型设计法和叶栅设计法。孤立叶型法叶栅中的升力系数并不等于孤立叶型得值而且一般相差较大。这时就必须采用叶栅设计法，以提高设计准确度和风机效率。3.4 孤立叶型设计法主要结构参数上面已进行了选择和计算。下面进行叶型参数设计计算。首先确定环截面叶型的重心，应位于同一半径上。3.5叶栅设计法3.5.1 叶型参数的设计计算首先确定环量设计），的单位为mm。图3.5 单圆弧形叶型中心线 式（3.32） 叶型安装角 式（3.33）有了各个栅面的安装角，就可以知道各个栅面之间的相对扭转角。中4 辅助件的结构设计及选型4.1 支杆强度校核4.1.1 动叶片的结构设计设计叶片结构，使动叶片做成中空的全封闭的形式。叶片的材料选用Q235，支杆的材料可根据其强度大小进行选择。4.1.2 支杆的强度校核轴流式通风其进行具体分析： 受力分析1.1)由离心力引起的应力强度要求。4.2 叶轮轮盘的选型4.2.1叶轮结构设计 叶轮结构轮毂和轮m支杆距右端380mm。4.2.2轮盘强度校核轮盘上产生的应力主要来源下的长度根据初选的支杆检： 5 通风机其他结构设计5.1 主风筒结构设计风机外壳的设穿孔率为25%。5.2 集流器结构设计集流器的作用是使气流加速，在压强损失很小的情况下，保证进气速度均匀。加集流器的图5.2 集流气结构图1法兰 2.集流气壳 3.法兰4 .法兰5.加强筋 5.3 整流体和扩散筒5.3.1 结构型式标准轴流通风机的扩压器机的扩压器形式。5.3.2 扩散筒的长度扩散筒的5508.8)mm L=4000mm5.3.3 扩散筒的当量扩散角因为有整处直径2504mm，出口处直2923mm。经济性可行性分析对于工程设计来说，所设计的产品既要考虑满足技术方面的可行性，又要考虑产品的经济性。普通两级动叶可调式轴流式通风机结构简单，通风量大，庞大的机架可以拆装成尺寸小、质量轻、易与运输的单独部分，使装拆灵活、运输机动。设计风机主要结构材料多采用Q235，材料价格便宜，性能优良，有很好的焊接性能，风机叶轮结构拟采用直筒型轮毂和轮盘铸造形式，直筒型轮毂结构简单，容易制造，易保证通道表面的平滑，不宜产生分离气流,效率高，制造方便，抗震性好，比其他同种类型的通风机节省几千元。 两级轴流式通风机有其他类型的通风机不可比拟的优点。通风机是用电量很大的工程产品，本设计的电动机的选型和风机材料的选择中，在保证能够满足可靠性的要求条件下充分考虑到风机的经济性。并且该风机具有较高的叶栅效率，动叶可调，能够适应多种工况，因此在其他条件相同时，风机总体效率也较高，有利于能源的节约，因此有良好的经济性。总结毕业设计是对本科学习的全面总结，是一个弥补不足的过程；更进一步来说，是所学专业知识的再认识再理解的全面升华。通过本次设计，我充分认识了轴流式通风机结构和各部件的作用，在设计过程中，我们借阅了大量的资料，并查找了有关轴流式通风机的许多新信息，对其有了更进一步深入的了解。对那些不懂得问题，通过向指导老师请教，小组成员讨论，最后达到满意结果。鉴于这些，增强了自己检索资料的能力，提升了自己的合作能力，熟练掌握了CAD绘图的专业技能，比较系统全面的学习了通风机的工作原理和工作过程。在整个毕业论文设计的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事倍功半。本次毕业设计培养了我们综合运用基础课程和专业知识独立解决工程实践的能力，通过调查研究，收集资料，解决生产中实际问题以及在总结编写设计资料过程中，初步树立了工程技术工人必须具备的基本品质，培养了我严肃、认真的工作作风，独立思考、解决问题的能力。总之毕业设计对提高毕业生全面素质具有重要意义。参考文献1 范祖尧. 现在机械设备设计手册. 机械工业出版社，1996.102 智乃刚，萧滨诗. 风机噪声控制技术. 机械工业出版社，1984.093 孙研. 通风机选型实用手册，2000.01 4 李玉振.食品科学手册、北京轻工业出版社，1989.5 采暖通风设计经验交流会编，采暖通风设计手册、北京、中国建筑出版社，19796 陈树义等著、燃料燃烧及燃烧装置。北京、冶金工业出版社，1985.7 哈尔滨工业大学热能工程教研室编。小型锅炉设计与改装北京科学出版社，19878 续魁昌.风机手册 机械工业出版社，1999.9 秦树人.虚拟仪器及其最新发展J.振动、测试与诊断，2000，20:123-129.10 GB:1236-85通风机空气动力性能试验方法，2001.11 路林吉，饶家明.虚拟仪器论.电子技术，2000(l):44-45.12 林正盛.虚拟仪器技术及其应用J.微型机与应用，1997(8).13 机械设计手册编委会机械工业出版社，2007.14 曹承志.电机、拖动与控制M.北京:机械工业出版社，1987.15 李庆宜. 通风机M. 北京: 机械工业出版社，2005.16 黄东涛，高效、低噪风机现代设计方法和风机噪声预估J，通用机械，2005，03.17 国家发展和改革委员会.节能中长期专项规划J. 节能与环保（产经动态）, 2004（11）：03-1018 Burguburu S.Toussaint C.Bonhomme C Numerical optimization of turbomachinery bladings 2004(1) 19 Arensa K.Rentropa P.Stollb S O An adjoint approach tooptimal design of turbine blades 2005(2) 20 Gu C G.Miao Y M Blade design of axial-flow compressors by the method of optimal control theory,I:Physical model and mathematical expression 1987(1) 21 Wang X.Damodaran M Comparison of deterministic and stochastic optimization algorithms for generic wing design problems 2000(5) 致谢毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。本次设计能最后，再次感谢我的母校山东科技大学两年来对我的大力栽培。附录一 叶栅图附录二 计算机编程程序主要部分#define pi 3.141592附录三 英文文献及翻译(5000字左右）The Strength of Mechanical ElementsIdeally in desinging any machine element, the engineer should have at his disposal the results of a great many strenf standard deviations and confidence levels that apply to each approach as used in a given inspection situation.机械零件的强度设计任何机械零件的选用的材工业界按照适当的程序进行材料选择，可以大大减少诉讼的数量。质量成本的四出，就应用这种方法所产生的标准偏差或置信水平做出的。