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1、60kw矿用防爆局部通风机系统及叶片磨具设计+系 别 专 业班 级学 号姓 名指导教师负责教师摘 要本文介绍了通风机行业的现况个发展前景，阐述了通风机在国民经济中的重要地位，重点介绍了矿用防爆通风机的性能和特点，并结合大学所学的到的知识，对通风机的系统进行设计同时对通风机核心的叶片进行模具设计。为了更直观的表达通风机的系统设计和叶片的模具设计根据系统设计和模具设计中所设计的零件，用Solid works软件对通风机和叶片模具进行模具三维实体建模，然后利用Solid works软件的工程图里，生成装配体的工程图。关键词：防爆局部轴流通风机；对旋；叶片；模具设计 AbstractThis arti
2、cle describes the current status of development prospects ventilator industry, describes the ventilator important position in the national economy, focusing on the mine explosion fan performance and features, combined with the university is to the knowledge of ventilation system while the machine is
3、 designed fan blades core mold design. In order to express a more intuitive design and system fan blade mold design and mold design based on system design components that are designed with Solid works software for fan blade mold and the mold three-dimensional solid modeling software and then use Sol
4、id works drawing, the generated drawing of the assembly. Keywords: partial proof axial fan; rotating; blade; mold design目 录摘 要IAbstractII目 录III1 绪论11.1 风机在国民经济中的地位和作用11.2 矿用对旋式局部轴流通风机的可行性分析12 方案设计可分为32.1 风机的分类32.1.1 透平式32.1.2 容积式32.2 离心式通风机与轴流通风机的比较32.2.1 离心风机工作原理和主要部件32.2.2 轴流风机的工作原理和主要部件52.2.3 方案比
5、较62.3 子午轴流通风机与对旋轴流通风机比较62.3.1 子午轴流通风机62.3.2 对旋轴流通风机62.3.3 方案比较72.4 方案确定73 系统设计83.1 风机的主要参数83.2 轴流风机叶轮基本理论83.3 轴流风机的工作过程83.4 叶型和叶栅的主要几何参数83.4.1 叶型及其主要几何参数83.4.2 叶栅及其主要几何参数93.4.3 气流参数103.5 轴流风机的结构形式103.6 轴流通风机的空气动力设计113.6.1 级型式的选择及有关参数的确定113.6.2 叶片计算截面的确定 选用LS翼型113.6.3 叶片的绘制133.7 壳体零件设计183.7.1 支撑架183.
6、7.2 集流器193.7.3 整流罩193.7.4 尾罩203.7.5 内筒203.7.6 消声材料233.7.7 外筒243.7.8 接线盒254 通风机能耗分析274.1 能耗分析274.2 实现通风机经济运行的几种途径275 叶片模具设计295.1 概念295.2 选择模具305.3 风机叶片冲压模具设计305.3.1 模具总体设计305.3.2 模具工作零件的设计336 Solid Works 软件的应用366.1 Solid works 软件简介366.2 通风机三维设计实例366.3 叶片模具的三维设计实例407 结论467.1 成本分析467.2 优缺点分析46参考文献49致 谢
7、50- V -1 绪论1.1 风机在国民经济中的地位和作用从生长的各个阶段我们可以看到，通风机等在百姓经济各产业中的职位地方和作用是举足轻重的。众所周知，风机是应用量大、应用面广的通用性呆板，与风机配套用的电机耗用电量约占天下总发电量的20%。因此在鼓风机、引风机等风机类配置上，推广节能技能，代替落后的档风板或阀门载流调治要领，使风机始终处于科学、经济运行状态，提高企业综合经济效益和社会效益，具有非常紧张的意义。此前，国内有多种声音认为中国风机制造技能已近成熟，加上自上而下的政策配置，临时间，风电配置制造企业在各地屡见不鲜。现在，中国风机制造企业已有七八十家，整机制造企业也有二三十家。问题在于
8、，掌握核心知识产权的风机制造企业寥寥无几，拥有自主研发团队的更是寥寥无几。据我国的中小风机企业不可胜数，这些大大小小的风机企业之间由于产品和市场的同质性，导致了它们之间的竞争非常的猛烈。大部门风机企业为了得到更多的市场空间绞尽脑汁。要变化这一现状，就必须要依据代价纪律利用市场这双无形的手和国家宏观调控这双有形的手，理顺模具生产中的重复配置。在优胜劣汰的原则下，迫使部门企业退出，从而使该产业的团体利润率光复到社会平均水平，从而创建一个康健的风机市场，否则，只能自毁出息。现在，环球经济一体化趋势越来越明显，各国经济将进一步相互依存，国际经济相助和来昔日趋精密，国际市场处在大幅度交错和融合阶段。同时
9、，环球性产业布局调解步调正在加快，国际分工范围和深度都出现庞大盼望，发达国家不停将工业生产转向资本密集型和技能密集型行业，劳动密集型产品向生长中国家和地区转移。这为我国发挥自身优势，跻身国际市场提供了很好的生长机会。1.2 矿用对旋式局部轴流通风机的可行性分析通风机在国民经济中占有重要的位置，用途十分广泛。例如，在矿山开采过程中有害粉尘不断大量涌出及一些易燃易爆气体浓度不断增加，将大大的威胁矿下工人的生命安全，所以需要通风机不断将这些气体粉尘排出，同时向开采工作场所补给新鲜空气。矿井通风机分主通风机和局部通风机两种，但是随着巷道不断深入，由于主扇体积过大，不能深入巷道内排出有害气体及粉尘，而局
10、扇体积小，这时候需要局扇把巷道内有害气体粉尘排出，所以矿井局部通风机是一种不可缺少的重要通风机。 2 方案设计可分为2.1 风机的分类按工作原理可分为容积式，和透平式两类。2.1.1 透平式透平式风机依靠高速旋转的叶轮，使叶轮道中的流体增加速度和压力能称为透平式流体机械，透平式流体机械又可分为：(1)离心式：流体轴向进入叶轮后，主要延径向流动，高速旋转的叶轮对流体做功，提高流体的压力能与动能。(2)轴流式：流体轴向进入叶轮后，近似地在圆柱形表面上延轴线方向流动，并借旋转叶轮上的叶片产生升力来输送，同时提高其能量。轴流风机所输送流体的流量比离心式大，但全压要比离心式低。(3)混流式：流体进入叶轮
11、后，流动的方向处于轴流式和离心式之间，近似沿锥面流动。混流风机的性能亦介于离心式轴流式之间，其流量大于离心式小于轴流式全压大于轴流式而小于离心式。2.1.2 容积式它是利用活塞，柱塞以及各种形式转子在机械内部空腔中对流体进行挤压，使流体的压力提高。还可按挤压的方式不同分为回转式（如罗茨风机）和往复式（如活塞式气体压缩机等）。2.2 离心式通风机与轴流通风机的比较2.2.1 离心风机工作原理和主要部件1.工作原理离心式通风机是一种靠叶轮的旋转使气体获得能量的换能机械。离心式通风机的工作原理：气体在离心式通风机中的流动先为轴向、后转变为垂直于风机的径向运动。当气体通过旋转叶轮时，由于叶片的作用，气
12、体获得能量，即气体压力升高和动能增加。当气体获得的能量足以克服其流动阻力时，则在通风机内形成连续的流动，并将气体输送到远处，或压入到用风场所，或从工作场所吸出。离心式通风机的损失、功率和效率。离心式通风机由结构决定气流沿轴向流入风机，而后折转90度进入叶轮叶道，在叶轮获得能量后，再由蜗壳收集、导流，最后从出风口排出。由于气流流动过程复杂，必将产生各种流动损失。目前，对离心式通风机的各种损失的理论计算方法尚不完善，但是仍有必要知道这些损失产生的原因、机理进行定性分析，并对其数值的大小有一个粗略的估计，以便采取有效措施，尽可能减少这些损失，使通风机能够获得较高的效率。根据损失性质不同，离心式通风机
13、的损失可分为流动损失、泄露损失、轮组损失和机械损失等。其中流动损失引起通风机压力的降低；泄露损失引起能量的降低；轮组损失和外部机械损失引起轴功率的增加，加大通风机的能耗。2.主要部件(1)叶轮叶轮是离心风机传递能量的主要部件，它由前盘、后盘、叶片及轮毂等组成。离心式风机叶轮的后弯式叶片有机翼型、直板型及弯板型等三种。机翼型叶片具有较高的效率，但若输送的气体中含有固体颗粒（灰粒、煤粒），则空心的机翼型叶片一旦被磨穿，在叶片内积灰或颗粒时，叶轮失去平衡引起风机的振动，甚至无法工作。直板型叶片制造方便，但效率低。弯板型叶片如空气动力性能设计优化，其效率会接近机翼型叶片，用作锅炉引风机效果良好。(2)
14、集流器集流器装置在叶轮前，它应使气流能均匀地充满叶轮的入口截面，并且气流通过它时的阻力损失应该最小，气流进入通风机的集流器后，由于集流器过流断面越来越小，气流逐渐加速，在喉部达到最大值，之后进行均匀扩散，并均匀充满叶轮的叶道。集流器的喉部形状和过流断面面积，对风机效率有很大影响。集流器和叶轮入口之间间隙的形式和大小，对容积损失和流动阻力损失有重要影响。4-72和4-73模型机采用径向间隙，通过这种间隙泄露的气流方向，与主气流方向一致，不会干扰主气流。另外，为了减少容积损失，在工艺允许的条件下，应尽可能减小这一间隙尺寸。集流器有圆筒形、圆锥形、弧形、锥筒形及锥弧形等。(3)进气箱气流进入集流器有
15、两种方式：集流器直接从周围吸取气体，这种方式称为自由进气。另一种方式是集流器从进气箱吸取气体。有些通风机由于结构上的需要，如锅炉引风机及风机进风口前装接弯管（气流转弯流速分布不均匀），就要求在集流器前装有进气箱，以改善气流的流动状况。(4)蜗壳蜗壳的任务是汇集叶轮流出的气流，然后引向出口，与此同时将气流的一部分动能转变成压力能。蜗壳的外形，如采用阿基米德螺旋线或对数螺旋线时，效率最高。2.2.2 轴流风机的工作原理和主要部件1.工作原理 该风机的工作原理是第一级叶轮和第二级叶轮相距很近，分别由容量及型号相同或不相同的防爆专用电动机驱动，第一级叶轮和第二级叶轮旋转方向相反，即第一级叶轮顺时针旋转
16、，第二级叶轮则逆时针旋转，两个叶轮采用不同的叶片数，叶片为扭曲圆弧叶型，第一级叶轮的叶片扭曲角和安装角均大于第二级叶轮叶片的扭曲角和安装角。当空气流入第一级叶轮获得能量后并经第二级叶轮排出，第二级叶轮兼备着普通轴流风机中静叶的功能，在获得整直圆周方向速度分量的同时，增加气流的能量，从而达到高效率、高风压。2.主要部件1）叶轮轴流式通风机的叶轮是主要的增能部件，通风机的性能主要由叶轮的参数决定，如叶轮叶片的翼型形状、叶轮外径、叶轮外径与轮毂直径的比值和叶轮转速等。由轴流式通风机的理论压头特性可知，叶轮的外径和转速决定其圆周速度，直接影响通风机的全压。轮毂比与通风机的比转速有关。一般情况下，轮毂比
17、大时，轴向速度增大，叶片数目和叶片的相对宽度也相应增大，通风机的风压系数提高；反之，轮毂比小，风压系数也较低。通风机轴上的叶片安装角也直接影响通风机的全压，这样可通过此方法实现对轴流式通风机风压的调节。2）集流器 集流器和流动罩的作用都是调节通风机出入口的风流流畅，使风流尽可能均匀的流动，集流器形状为喇叭口形。3）流线罩4）导叶 两极和两极以上的轴流式通风机都没有中导叶，设置此部件的目的是将由前级叶轮输出的带有旋转的风速强制为轴向风流，使各级叶轮入口具有相同入口条件这样可以保证风流在下一级获得尽可能大的能量。5）扩散器 通风机的扩散器是一换能部件，他的断面积沿风流方向逐渐扩大，风流流速逐步降低
18、，从而将风机产生的部分动能转换成静压能，提高通风机的静压效率。2.2.3 方案比较轴流风和离心风机同属于叶片式风机，所不同的是，轴流式风机的比转速高于离心风机的比转速，因而，轴流式风机的特点是，流量大，全压低。按动叶片和导叶是否可在工作位置绕自身轴转动，轴流式风机可分为动叶可调式、静叶可调式和固定叶片式等结构型式。与相同容量的离心式风机相比较，轴流式风机结构比较紧凑，外形尺寸小，重量轻。空间尺寸可减小30%。但轴流式风机噪声大，可达110130Db(A)。叶片安装角根据需要可以调整，所以工况范围比较宽；叶轮反转时可以有反方向的流动（即返风）。综上所诉，轴流通风机要优于离心式通风机。2.3 子午
19、轴流通风机与对旋轴流通风机比较2.3.1 子午轴流通风机子午轴流通风机与一般通风机不同，它沿着气流通道的子午截面尺寸显著缩小，因而使气流在子午面中获得加速。2.3.2 对旋轴流通风机工作原理：该风机的工作原理是：工作时两极叶轮分别由两个容量相同，旋转方向相反的电动机驱动，当气流通过集流器进入第一级叶轮获得能量后，再经第二级叶轮升压排出，两极叶轮互为导叶，从而达到普通轴流式通风机不能达到的高效率、高风压。对旋式系列风机室无静叶轴流式通风机，省掉了导叶，从理论上讲，使风机内耗减少了，阻力损失降低了，从而提高了风机的效率。局部通风机的性能好，高效区宽，驼峰区风压平稳，风流稳定，气流喘振与冲击现象微弱
20、，噪声较低。局部通风机有两级叶轮，1级和2级均可单独运行。这样既节省了电能消耗，又可以互为备用。单级运行时，有效风量不低于96.新型风机与老型风机比较，它的风量有所提高，风压增加更多，适应性增强，掘进巷道的长度可大可小。结构：该对旋通风机由集流器、前后消声器、前后机壳、两个电动机和两个叶轮组成。风机外筒可拆卸，便于清洗和更换消声材料，以确保该风机长期保持在低噪声状态下运行。2.3.3 方案比较对选轴流通风机与子午流通风机相比，优点在于：对旋式轴流通风机因为有两级叶片所以风量、风压、效率都要比子午轴流通风机高，对旋式轴流通风机的体积要小于子午轴流通风机，因为有两极叶轮叶片所以对旋式轴流通风机还能
21、返风，而且子午轴流通风机必须要安装可调节的前导叶片后才能调节通风机。综上所述，对旋式轴流通风机要优于子午轴流通风机。2.4 方案确定经过上诉方案比较所得，选择对旋轴流通风机，但是因为在矿井中使用，所以要选择防爆对旋轴流通风机。3 系统设计3.1 风机的主要参数流量 qv=500m3/min (额定风量)额定全压 p=5000Pa电机转速 n=2930r/min电机功率 P=2*30kw效率 =80%3.2 轴流风机叶轮基本理论轴流风机叶轮中流体的流动，类似于飞机飞行时机机翼与空气之间的作用关系。因此，在研究轴流风机叶片和流体之间的能量转换关系时，一般采用机翼理论。轴流风机的基本原理的依据是翼型
22、升力原理，即流体绕流翼型时对翼型要产生升力作用；相反，翼型在流体中运动时对流体也要产生与升力方向相反的作用力，从而使流体获得能量。3.3 轴流风机的工作过程当叶轮在原动机驱动下旋转时，气体通过进气室沿轴向被叶轮吸入。叶轮通过叶片将原动机的机械能传递给气体，气体在1级叶轮中获得能量后流入下一级。进入2级叶轮的气流主要是沿轴向运动，同时还伴有旋转运动。3级叶轮将旋转的气流整流转换为压力能，最后使具有较高能量的气流均匀地流出风机，进入管路。与气体不断流出的同时，风机进口气体连续被吸入。3.4 叶型和叶栅的主要几何参数3.4.1 叶型及其主要几何参数叶型就是叶片的横截面形状。如果叶片的截面形状为机翼行
23、，则称之为翼型，翼型的轮廓线称为型线。(1)翼型中线 翼型上、下型线之间内切圆圆心的联机，是构成翼型形状的基础，它对翼型的空气动力学特性有重要的影响。(2)翼型前、后缘点 翼型中线与翼型型线之间的前、后交点。(3)翼型前缘方向角1 是通过翼型前缘点向翼型中线所作的切线所作的切线与翼旋之间的夹角。(4)翼型后缘方向角2 是通过翼型后缘点向翼型中线所作的切线与翼旋之间的夹角。(5)翼型弯曲角c=1+2(6)旋长 连接翼型前、后缘点的直线，称为翼旋，翼旋长度即为旋长，记住b。(7)翼型安装角 是翼型内旋与额线之间的夹角，在轴流通风机中i=1020。(8)叶片安装角 是翼型外旋与额线之间的夹角。(9)
24、翼展(10)展弦比(11)翼型厚度C(12)翼型最大厚度Cmax(13)翼型相对厚=Cmax/b 在轴流风机中，弧形板叶片=0；翼型叶片中，通常取=0.050.12。(14)=e/b 沿翼旋方向，翼型最大厚度处距前缘点的相对距离，轴流通风机翼型叶片的=0.250.4。(15)翼型弯曲 是翼型中线到翼旋间的垂直距离，其最大距离称为翼型最大弯度max。(16)翼型相对弯度=max/b 在轴流风机中=0.030.15。3.4.2 叶栅及其主要几何参数t栅距 平面直列叶栅中相邻两翼型上对应点间的距离。=b/t叶栅稠度 在轴流通风机回转叶栅中，一般=0.22。=t/b相对栅距。1A翼型进口几何角。2A翼
25、型出口几何角。3.4.3 气流参数1气流进口相对速度。2气流出口相对速度。1进口气流角。2出口气流角。i=1A-1气流进口冲角。=2A-2气流出口冲角。=2-1气流转折角。1u、1a分别为叶栅进口气流相对速度1在叶栅旋转方向（u方向）和轴向（a方向）的分速度。2u、2a叶栅出口气流相对速度2在u及a方向的分速度。m=（1+2）/2平均相对速度矢量。mu、ma平均相对速度m在u及a方向的分速度。m平均相对速度m与u方向间的夹角。冲角。平均相对速度m与翼旋间的夹角。翼型参数、叶栅参数与气流参数间的关系为：e=2A-1A=+-i3.5 轴流风机的结构形式（1）传动形式 轴流通风机的传动形式通常有电动
26、机直联、带轮、联轴器等3种形式，本次毕设我选用电动机直联。（2）风口位置 轴流通风机的风口位置，用入（出）若干角度表示，基本风口位置有4个。表3.1风口位置角度基本090180270补充451352253153.6 轴流通风机的空气动力设计3.6.1 级型式的选择及有关参数的确定在轴流通风机中，轮毂直径通常用它的相对值轮毂比（=d/D）表示。根据图表可差得=0.55.既求得d=348mm。圆周速度u1=Dn/60级数及级型式选择，叶轮直径D的确定。给定风机在标准状态下的计算全压PtF=5000Pa、转速n=2930r/min、流量qv=500m3/min时，由下式求出单级风机的全压PtF.1及
27、其比转速ns；PtF.1=ptF/Rn=5000/2=2500Pans=5.54n=185.3式中 R轴流通风机的级数由图表查得 全压系数t1=0.23 效率tF=0.8；根据风机的叶轮外径D=630mm，进而求出叶轮外缘圆周速度ut：ut=3.14*0.63*2930/60=96.6m/s。根据资料查得Z=816之间，取一级叶轮Z1=13，二级叶轮Z2=11。流量系数=0.28无因次轴向速度为：=/(12)=0.39则得到轴向速度ca为：ca=ut=0.39*96.6=37.674m/s3.6.2 叶片计算截面的确定 选用LS翼型将叶片分为五个计算截面，其中相对平均半径为：=0.807各截面
28、气流参数及叶片几何尺寸的计算当采用cu=的变环量流型时，注意到对于R级轴流通风机cu=c2u（r）=常数，可得到：（r）=2c2u(u-c2u)+C积分常数C可由平均半径处c2a(rm)=c2am来确定。平均速度c2am为：c2am=m/s=38.35m/s平均半径rm=0.2445m及um=74.98m/s，取自下表。又由：ptf=则得：c2u=33.8m/s则积分常数：C=-2c2u(um-c2u=38.352-2*33.8*(74.98-33.8)=-6816.27代回公式（r）=2c2u(u-c2u)+C得：c2a(r)=由图所示的叶轮进、出口速度三角可得气流平均相对速度：一级叶轮m1
29、=,而m1与额线间夹角m1为：m1=二级叶轮m2=,而m2与额线间夹角m2为：m2=各截面气流参数与叶片几何尺寸的计算结果如下表所示。表3.2第一级叶轮气流参数及叶片几何尺寸计算表公式0.6960.8370.97811191.260.3480.41850.4890.55950.6353.3664.1774.9885.7996.633.833.833.833.833.838.3538.3538.3538.3538.3552.9260.8769.678.8588.4546.4439.0533.4429.126.71.2771.110.970.8570.765（选取）1.00.91.2770.851
30、.3951.466251.53751.608751.681.2771.341.000.9160.851.00.830.970.930.932.621.30.449.4441.6535.4430.427.1107.3112.8118.3123.75129.2(mm)555553.6.3 叶片的绘制1.弦长在叶栅额线及轴线方向的投影：表3.3.弦长投影表0.6960.83370.9781.1191.26公式bcos69.7784.2996.38106.74115.02bsin81.5274.9668.662.6258.862.重心坐标、重心距翼型前后缘的距离在叶珊额线及轴线方向的投影：表3.4投影
31、表公式0.6960.83370.9781.1191.26x。=0.445b47.750.252.655.157.6y。=0.42b45.147.449.752.054.3x。sin36.233.430.526.326.2x。cos31.037.542.947.551.2Bsin-x。sin45.341.638.136.332.66Bcos-x。cos38.846.853.559.263.8根据表中翼型断面坐标值，可以计算出哥计算截面的翼型尺寸：=0.696，b=107.3mm，C=5mm时，表3.5截面计算表 距离前缘点距离x/b（）5102030405060708090 x5.410.721
32、.532.242.953.764.475.185.896.6上表面坐标y/C（）59.278.696.1100.099.196.187.374.757.236.9 y3.03.94.8554.84.42.42.91.8注：1.前缘相对半径；后缘相对半径。2.重心距翼型的距离。3.重心距翼型前缘的距离。=0.8337，b=112.8mm，C=5mm时，表3.6计算表x5.611.322.633.845.156.467.779.090.2101.5y3.03.94.8554.84.42.42.91.80.60.45=0.987，b=118.3mm，C=5mm时，表3.7计算表x5.911.823.
33、735.547.359.271.082.894.6106.5y3.03.94.8554.84.42.42.91.80.60.45=1.119，b=123.75mm，C=5mm时，表3.8计算表x6.212.424.837.149.561.974.386.699111.4y3.03.94.8554.84.42.42.91.80.60.45=1.26，b=129.2mm，C=5mm时，表3.9计算表x6.512.925.8438.851.764.677.590.4103.4116.3y3.03.94.8554.84.42.42.91.80.60.45 图3.1第一级叶轮由2KDJ N6.3/60型
34、矿用防爆对旋轴流通风机叶轮、叶片零件图得第一级叶轮、叶片尺寸参数有：叶轮直径D=630mm=0.63m，轮毂直径d=348mm=0.348m，叶片数Z=13，叶轮产生得静压差P=5000Pa，功率P=30kw，气体密度按标准大气压算=1.2kg/m，转速n=2930r/min，叶片弦长b=118.3mm=0.12m，叶片厚度h=5mm=0.005m，叶片长度l=1.41mm=0.141m，叶片平均半径处得节距t=120.29mm=0.12m，叶片重心至叶轮中心之距离=372.5mm=0.3725m，叶片根部气流安装角=49.44，叶片部单个叶片质量m=185.94g=0.186kg，材料为硬铝
35、合金LY12.屈服点根据这些条件进行风机第一级叶轮叶片的强度校核。作用在叶片上的总离心力pc叶片根部拉伸应力气流流动压力引起的切向力气流流动压力引起的轴向力荷载力荷载力引起的弯矩式中则在叶片根部的最大弯曲应力式中则叶片根部中的应力强度校验总应力与强度极限（取屈服极限）的安全系数n计算式中。因此叶片满足要求。以上是我根据已知条件自行设计的通风机叶轮叶片形状，作为与计算机及计算结果做对比。由于我选用的叶型于计算机选用的不同，所以结果也不尽相同，但是我也用此种方法证明了用手工计算所用公式的正确性。下面是计算机得来的数据：3.7 壳体零件设计通风机的全长1838mm，内筒直径632mm，外筒直径730
36、mm，内筒厚度4mm。风机分为三个部分，集流器、整流罩、第一级电动机为第一级，2级叶轮叶片为第二级，其余为第三级。第一级和第三级机构为内外筒结构，中间充满吸声材料，中间一级为单筒结构，用于连接第一级和第二级的内外筒。据工况点参数确定每级风机的功率30kw，选用YB200L-4型防爆电机两台。重量200kg，尺寸由叶轮决定。由电动机厂定做。3.7.1 支撑架支撑架的连接方式为焊接在内筒上，连接在电机上的其中一个支撑架中间是空的，用来通过电机连接到接线盒中，选定支撑架的厚度是4mm和5mm。支撑架强度计算：为保证电动机的同轴度，支撑架不能弯曲变形，所以计算取其材料屈服极限。查得支撑架材料为优质碳素
37、钢结构钢，其屈服极限应力，选取材料安全系数。则材料选用应力为：由得：电动机质量 200kg：叶轮质量 由：叶片质量 3.7.2 集流器无集流器的通风机要比有优良集流器的通风机全压及效率分别低10%12%获10%15%。集流器与流线罩一起，组成了光滑的减缩形流道，其作用是使气体在其中得到加速，以便在损失很小的条件下，在级的入口前建立起均匀的速度场。如果在设计中缺少其中的一个或两个部件，以及设计的不合理，都会恶化级的入口条件，是通风机性能变坏，这已为一些实验结果所证实。集流器的型线多为圆弧或双曲线。我选用圆弧集流器，当圆弧型线半径r与叶轮直径D之比r/D=0.2时，其损失系数很小，约为0.03:；
38、当r/D=0.3时可忽略其损失。故在设计中取r/D=0.3. 则r=6300.3=189mm。 图3.2集流器 3.7.3 整流罩整流罩的作用是气体在进入通风机之前调整气流的流动，在气流进入通风机以后可以得比较好的气动性能，所以整流罩通常为半球形或流线型。我选用半球形整流罩。半球形整流罩其型线半径等于轮毂半径，即。有整流罩较之无整流罩的轴流通风机其流量可增加10%。 图3.3整流器3.7.4 尾罩直径略微小于电动机的直径，装于电动机的尾部。为了保证通风机的气动性能、效率和噪声，所以尾罩的长度不能过长也不能过短，由内筒和电动机的尺寸能够得出尾罩的尺寸。 图3.4尾罩3.7.5 内筒由整流罩、尾罩
39、和电动机的尺寸得出第一级、三级内筒的尺寸，由两极叶轮、叶片的尺寸得出第二级内筒的尺寸，第一级内筒长度为691mm，第二级内筒的长度187.7mm，第三级内筒长度816mm。 图3.5第一级内筒 图3.6第二级内筒 图3.7第三级内筒3.7.6 消声材料 通风机的噪声产生的原因主要有：空气动力产生的噪声、机械振动所产生的噪声及二者相互作用所产生的噪声。因此，在设计中除了避免气动噪声的同时，还必须增设消声结构。KDJ对旋风机采用外包复式消声结构，该消声结构的特点是：采用双层隔声机壳，壳间填满消声材料，并在内壁穿孔，利用声的阻抗失配原理，当声波通过消声器时，声能被吸收，达到噪声衰减。实验证明，这种消
40、声器在宽广的频率范围内具有良好的衰减特性，特别是对高频具有良好的衰减量。根据调研所得的资料得出，消声材料的厚度为45mm的玻璃棉。3.7.7 外筒根据资料查得的通风机尺寸和内筒的尺寸得出外筒的尺寸，如下图。 图3.8第一级外筒 图3.9第三级外筒3.7.8 接线盒接线盒是标准件，可根据国家标准查得，型号为EDKB30-25/3矿用隔爆型三通接线盒，主要用于有爆炸危险气体及煤尘的矿井中。 图3.10接线盒4 通风机能耗分析4.1 能耗分析流体机械能量损失形式可归纳为容积损失、机械摩擦损失和流动损失，具体轴流式通风机即为：1.容积损失。由于轴流式风机转动叶片与机壳之间有一定间隙（称为径向间隙）。因
41、此，风机运转过程中，在间隙两侧产生一定得压差，使部分已获得能量的流体通过间隙从高压侧泄漏到低压侧，并形成回流运动，这种涡流引起的能量损失称为容积损失。其值为风机理论进风量Qr与实际排风量Q之差，按照艾特尔特实验得出效率与间隙存在着下列关系，即径向间隙没超过叶片长度的1%，效率就下降2.8%。 2.机械损失。指风机各部分的机械摩擦损失。即由各运转部件间的摩擦损失及旋转的叶片与流体摩擦而引起的圆盘损失两部分形成，前者摩擦损失较小，后者是机械损失的主要部分。3.流动损失。指流体自风向进口到出口的各项流动所损失的能量。它主要包括气体自进口到出风口间的摩擦阻力损失，风恫变径和转向时的阻力和涡流损失。流体
42、进出叶片时的撞击损失，以及由动能转化为静压时的损失。在这些损失中，有些是不可避免的，但是，由于风机制造、安装、使用、维护不当即可增大上述损失。4.2 实现通风机经济运行的几种途径1.减少风机径向间隙（1）局部更换机壳，为使紧靠动叶处的圆筒不因碰撞和振动而引起变形，可在此处将外壳分成两段，加工一厚30mm的圆环，并对其镀锌防腐处理，用此环将两段外壳连接在一起。该项改动费用较小，可防止即可变形。（2）对那些径向间隙大机壳变形量小的风机可采用加大风叶长度的方法来缩卸向间隙，提高风机的容积效率。（3）对那些椭圆宽度较大或局部超差的风机外壳可采用修补机壳内壁的方法，把滑石粉加环氧树脂后均匀搅拌成浆糊状，然后加入二丁酯、乙二胺，搅拌均匀即可，涂抹前应对机壳内壁进行除锈处理。该法虽不能完全解决变形达到间隙填补均匀，但此操作简单施工经济，有一定的实用价值。2.调整风叶个数，改双段运行为单段运行一切初用或投产时间不长的矿井，工况点负压较低，为使风机经济运行，在满足矿井通风要求的前提下，可适当调整风叶个数，当叶片减少后，叶片与流体的摩擦接触面也相应减少，这样可使圆盘摩擦系数降低，圆盘损失功率下降，从而提高了风机的机械效率。但由于风机叶轮的转动需高度平稳，减少风叶后可使其平衡遭到破坏，故需对转动部件做平衡试验，确认无误方可