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山 東 科 技 大 學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
KZ25-64-8 型軸流式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué) 院 名 稱： 機(jī)械電子工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械電子工程06-2
學(xué)生姓名：
填表時(shí)間： 2010 年 4 月 1日
填表說(shuō)明
1.開題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。
2.此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見、相關(guān)系主任審查后生效。
3.學(xué)生應(yīng)按照學(xué)校統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式，用A4紙打印。
4.參考文獻(xiàn)不少于8篇，其中應(yīng)有適當(dāng)?shù)耐馕馁Y料（一般不少于2篇）。
5.開題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料，與畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一同存檔。
設(shè)計(jì)（論文）
題目
型軸流式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)（論文）
類型（劃“√”）
工程設(shè)計(jì)
應(yīng)用研究
開發(fā)研究
基礎(chǔ)研究
其它
√
一、 本課題的研究目的和意義
礦井通風(fēng)的主要?jiǎng)恿κ峭L(fēng)機(jī)。通風(fēng)機(jī)是礦井的“肺臟”。其日夜不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，加之其功率大，因此其能耗很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)部屬煤礦主要通機(jī)平均電耗約占礦井電耗的16%。風(fēng)機(jī)用電約占全國(guó)發(fā)電量的 10%；另?yè)?jù) 1988 年原冶金部的規(guī)劃資料，我國(guó)金屬礦山的風(fēng)機(jī)用電量占采礦用電的 30% ；鋼鐵工業(yè)的風(fēng)機(jī)用電量占其生產(chǎn)用電的 20% ；煤炭工業(yè)的風(fēng)機(jī)用電量占全國(guó)煤炭工業(yè)用電的 17%，由此可見，風(fēng)機(jī)節(jié)能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中的地位和作用是舉足輕重的。研究設(shè)計(jì)一個(gè)好的風(fēng)機(jī)對(duì)節(jié)能有很重大的意義。所以合理地選擇和使用通風(fēng)機(jī)，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(duì)礦井的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有一定影響。
本課題研究目的是了解通風(fēng)機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的重要作用，了解通風(fēng)機(jī)以及原理相似的汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)原理各部分作用，加深對(duì)大型機(jī)械實(shí)際加工過(guò)程以及所采用的典型的加工工藝方法，、工藝路線和實(shí)際加工過(guò)程所涉及的主要設(shè)備。了解通風(fēng)機(jī)葉片以及其他各部分構(gòu)件在實(shí)際中的設(shè)計(jì)方法，能夠自行設(shè)計(jì)出合理的通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)，通過(guò)本次設(shè)計(jì)掌握整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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?jī)?nèi)容
1、通風(fēng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
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(dòng)機(jī)：計(jì)算風(fēng)機(jī)軸功率N。注意容量富裕系數(shù)以及風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況變化時(shí)功率的變化，按最大值選取。參考同類型風(fēng)機(jī)確定。一般電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)為風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)功率的1.05～1.8倍。
2、 動(dòng)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)
沿葉片高度劃分30個(gè)以上的基元級(jí)（從葉根到葉頂間距逐漸加大），要求對(duì)每一個(gè)柵面都要進(jìn)行計(jì)算。
要求用一種熟悉的高級(jí)語(yǔ)言編寫相應(yīng)的計(jì)算程序，借助于計(jì)算機(jī)來(lái)完成動(dòng)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)算。
3 、動(dòng)葉片的強(qiáng)度校核
動(dòng)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(diǎn)與支桿中心不重合而產(chǎn)生的離心力附加彎矩。3）動(dòng)葉片受到的氣動(dòng)力（氣流對(duì)葉片的作用力）。4）動(dòng)葉氣動(dòng)力合力作用點(diǎn)與葉片支桿中心不重合而產(chǎn)生的氣動(dòng)力扭矩。一個(gè)柵面的氣動(dòng)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(dòng)力合力作用于葉片中間柵面且距離葉型前緣點(diǎn)25b％處）。
動(dòng)葉片的危險(xiǎn)部位：1）葉片根部。2）第一鉚釘孔處。在本設(shè)計(jì)中，只要求對(duì)葉片根部進(jìn)行強(qiáng)度校核，安全系數(shù)n≥2。
4 、動(dòng)葉片結(jié)構(gòu)和輪轂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
動(dòng)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(jì)，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(dòng)葉根部結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)。
根據(jù)葉片與輪轂的加工工藝，選擇合適的材料。
5 、輪轂強(qiáng)度校核
對(duì)固定葉片的輪轂均應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核?？刹捎媒朴?jì)算，即不考慮輪轂圓環(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(lái)承擔(dān)。安全系數(shù)n≥2。
6 、各主風(fēng)筒的設(shè)計(jì)
風(fēng)機(jī)外殼的設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)國(guó)標(biāo)和有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)風(fēng)筒法蘭的的形狀尺寸等有明確的要求。
對(duì)于主風(fēng)機(jī)，主風(fēng)筒一般均采用中間剖分結(jié)構(gòu)。
7 、集流器和擴(kuò)散器的設(shè)計(jì)
集流器由外集流風(fēng)筒和流線體形疏流罩構(gòu)成；擴(kuò)散器由外筒及流線體形芯筒構(gòu)成。當(dāng)電動(dòng)機(jī)位于通風(fēng)機(jī)的出氣側(cè)時(shí)，應(yīng)考慮如何消除傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)影響。
8 、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
指的是將以上各部分按實(shí)際的順序組合在一起，組成風(fēng)機(jī)的總裝圖。在總裝圖中風(fēng)機(jī)的外殼上要畫出銘牌示意圖、兩級(jí)葉輪轉(zhuǎn)向和氣流方向箭頭標(biāo)志。
三、 文獻(xiàn)綜述（國(guó)內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）
通風(fēng)機(jī)已有悠久的歷史。中國(guó)在公元前許多年就已制造出簡(jiǎn)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(jī)基本相同。1862年，英國(guó)的圭貝爾發(fā)明離心通風(fēng)機(jī)，其葉輪、機(jī)殼為同心圓型，機(jī)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?cè)O(shè)計(jì)出用于礦井排送風(fēng)的蝸形機(jī)殼，和后向彎曲葉片的離心通風(fēng)機(jī)，結(jié)構(gòu)已比較完善了。
1892年法國(guó)研制成橫流通風(fēng)機(jī)；1898年，愛爾蘭人設(shè)計(jì)出前向葉片的西羅柯式離心通風(fēng)機(jī)，并為各國(guó)所廣泛采用；19世紀(jì)，軸流通風(fēng)機(jī)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(guó)首先采用軸流等壓通風(fēng)機(jī)為鍋爐通風(fēng)和引風(fēng)；1948年,丹麥制成運(yùn)行中動(dòng)葉可調(diào)的軸流通風(fēng)機(jī)；旋軸流通風(fēng)機(jī)、子午加速軸流通風(fēng)機(jī)、斜流通風(fēng)機(jī)和橫流通風(fēng)機(jī)也都獲得了發(fā)展。
離心通風(fēng)機(jī)工作時(shí)，動(dòng)力機(jī)(主要是電動(dòng)機(jī))驅(qū)動(dòng)葉輪在蝸形機(jī)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(duì)氣體的動(dòng)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(jī)殼，從排氣口排出。因氣體在葉輪內(nèi)的流動(dòng)主要是在徑向平面內(nèi)，故又稱徑流通風(fēng)機(jī)。
離心通風(fēng)機(jī)主要由葉輪和機(jī)殼組成，小型通風(fēng)機(jī)的葉輪直接裝在電動(dòng)機(jī)上中、大型通風(fēng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器或皮帶輪與電動(dòng)機(jī)聯(lián)接。離心通風(fēng)機(jī)一般為單側(cè)進(jìn)氣，用單級(jí)葉輪；流量大的可雙側(cè)進(jìn)氣，用兩個(gè)背靠背的葉輪，又稱為雙吸式離心通風(fēng)機(jī)。
葉輪是通風(fēng)機(jī)的主要部件，它的幾何形狀、尺寸、葉片數(shù)目和制造精度對(duì)性能有很大影響。葉輪經(jīng)靜平衡或動(dòng)平衡校正才能保證通風(fēng)機(jī)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)。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(shí)，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(jiǎn)單，機(jī)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(qiáng)度和減少葉片與機(jī)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(jī)的葉輪也有采用鋁合金鑄造的。
軸流式通風(fēng)機(jī)工作時(shí)，動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)葉輪在圓筒形機(jī)殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，氣體從集流器進(jìn)入，通過(guò)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(jī)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(jī)由葉輪、機(jī)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(jī)由集流器、葉輪、流線體、機(jī)殼、擴(kuò)散筒和傳動(dòng)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(jī)的主要零件大都用鋼板焊接或鉚接而成。
斜流通風(fēng)機(jī)又稱混流通風(fēng)機(jī)，在這類通風(fēng)機(jī)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(jī)的葉輪和機(jī)殼的形狀為圓錐形。這種通風(fēng)機(jī)兼有離心式和軸流式的特點(diǎn)，流量范圍和效率均介于兩者之間。
橫流通風(fēng)機(jī)是具有前向多翼葉輪的小型高壓離心通風(fēng)機(jī)。氣體從轉(zhuǎn)子外緣的一側(cè)進(jìn)入葉輪，然后穿過(guò)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(jī)相比，橫流通風(fēng)機(jī)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(dòng)狀態(tài)，氣體在整個(gè)轉(zhuǎn)子寬度上仍保持流動(dòng)均勻。它的出口截面窄而長(zhǎng)，適宜于安裝在各種扁平形的設(shè)備中用來(lái)冷卻或通風(fēng)。
通風(fēng)機(jī)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(dòng)的大小也是通風(fēng)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)。流量也稱風(fēng)量，以單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)通風(fēng)機(jī)的氣體體積表示；壓力也稱風(fēng)壓，是指氣體在通風(fēng)機(jī)內(nèi)壓力升高值，有靜壓、動(dòng)壓和全壓之分；功率是指通風(fēng)機(jī)的輸入功率，即軸功率。通風(fēng)機(jī)有效功率與軸功率之比稱為效率。通風(fēng)機(jī)全壓效率可達(dá)90％。
通風(fēng)機(jī)未來(lái)的發(fā)展將進(jìn)一步提高通風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)效率、裝置效率和使用效率，以降低電能消耗；用動(dòng)葉可調(diào)的軸流通風(fēng)機(jī)代替大型離心通風(fēng)機(jī)；降低通風(fēng)機(jī)噪聲；提高排煙、排塵通風(fēng)機(jī)葉輪和機(jī)殼的耐磨性；實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和自動(dòng)化調(diào)節(jié)。
四、 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題
1、 風(fēng)機(jī)的葉片數(shù)，葉片的弦長(zhǎng)及其沿動(dòng)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(duì)關(guān)系如何。葉輪的輪轂比，葉片的厚度，葉片的相對(duì)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(duì)旋風(fēng)機(jī)兩級(jí)葉輪有何不同；軸流風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)形式，葉片數(shù)。導(dǎo)葉片與相鄰動(dòng)葉片的數(shù)量對(duì)應(yīng)關(guān)系。
2、 風(fēng)機(jī)所選用電機(jī)的型號(hào)，性能和結(jié)構(gòu)形式。電機(jī)在風(fēng)筒中的固定方式。電機(jī)軸線和風(fēng)機(jī)風(fēng)筒軸線的同心度如何調(diào)節(jié)。
3、風(fēng)機(jī)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(duì)大小。風(fēng)筒所用的材料厚度，法蘭的厚度。以及當(dāng)對(duì)風(fēng)機(jī)葉片角度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，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(jī)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(jì)上如何實(shí)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(kuò)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(jī)的總體長(zhǎng)度，風(fēng)機(jī)的支撐情況，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)向、氣流方向標(biāo)志，銘牌位置。
7、通風(fēng)機(jī)的防爆性能體現(xiàn)在那些方面。
8、動(dòng)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(yùn)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(jī)的相關(guān)理論知識(shí)，了解通風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)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(shí)習(xí)，了解風(fēng)機(jī)具體加工過(guò)程，尤其重視觀察其加工工藝過(guò)程以及各單位具體設(shè)計(jì)方法和加工過(guò)程
3、首先采用葉柵設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)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(kuò)散筒的設(shè)計(jì)計(jì)算
5、進(jìn)行通風(fēng)機(jī)的強(qiáng)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(shí)間安排：
1、根據(jù)畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告完成畢業(yè)實(shí)習(xí)，并完成畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告，實(shí)習(xí)報(bào)告的內(nèi)容篇幅應(yīng)為所發(fā)報(bào)告書的2/3 以上 3.8－3.22
2、熟悉文獻(xiàn)資料、完成開題報(bào)告及初步設(shè)計(jì) 3.23－4.1
3、總體方案設(shè)計(jì) 4.2－4.4
4、動(dòng)葉片氣動(dòng)力設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 4.5－4.30
5、輪轂設(shè)計(jì)及輪轂強(qiáng)度計(jì)算 5.4－5.8
6、進(jìn)出風(fēng)筒設(shè)計(jì) 5.9
7、集流器、流線體、擴(kuò)散器設(shè)計(jì) 5.10－5.14
8、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.15－5.18
9、繪制圖紙（圖幅最好不超過(guò)1號(hào)） 5.19－6.6
10、整理資料、撰寫說(shuō)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(huì)答辯和小組答辯）和成績(jī)?cè)u(píng)定 6.16
七、 參考文獻(xiàn)
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指導(dǎo)教師意見
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