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黑龍江科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
學(xué)生姓名： 劉超
任務(wù)下達(dá)日期： 2009 年 9 月 28 日
設(shè)計開題日期： 2010 年 3 月 29 日
設(shè)計開始日期： 2010 年 3 月 30 日
中期檢查日期： 2010 年 5 月 4 日
設(shè)計完成日期： 2010 年 6 月 16 日
一、設(shè)計題目： 礦用軸流式通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
二、設(shè)計的主要內(nèi)容：
1、中英文摘要、按照摘要四要素（目的、方法、結(jié)果、結(jié)論）撰寫
2、礦用軸流式通風(fēng)機(jī)工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計（三維及二維制圖）
3、概論
4、撰寫設(shè)計說明書一份（外文翻譯一篇）
圖紙（內(nèi)容、幅面及數(shù)量）：合計零號2張左右。
1、通風(fēng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)裝配圖 A0 1張
2、通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒結(jié)構(gòu)裝配圖 A0 1張
3、第一級葉輪 A1 1張
4、手繪圖：第二級葉輪 A2 1張
三、設(shè)計目標(biāo)：
1.設(shè)計符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
2.通風(fēng)機(jī)的流量為25m3/s ,全壓3000Pa.
完成上述內(nèi)容的設(shè)計、選型及計算。最終達(dá)到2張以上零號機(jī)械圖以及一本1.5萬字的說明書的工作量。
指 導(dǎo) 教 師：
院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)：
實(shí) 習(xí) 總 結(jié)
專 業(yè)： 機(jī)械制造及其自動化(定向)
性 質(zhì)： 畢業(yè)實(shí)習(xí)
學(xué) 年： 2009～2010
班 級： 機(jī)電06-1班
姓 名： 劉 超
學(xué) 號： 0603060107
指導(dǎo)教師姓名： 李勝波
實(shí)習(xí)起止日期：10年03月08日——10年03 月28日
機(jī)械工程學(xué)院
大學(xué)的最后一個學(xué)期，我們開始了最后一次實(shí)習(xí)，此次實(shí)習(xí)主要目的是為畢業(yè)設(shè)計做準(zhǔn)備，我們根據(jù)自己的題目不同，分別到不同的企業(yè)和單位參觀了解，增長見識，開拓眼界！我去的是鶴崗礦務(wù)局，通過此次實(shí)習(xí)，收獲很多，重點(diǎn)了解的是煤礦通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計部分。
煤礦井工生產(chǎn)是地下作業(yè)，自然條件比較復(fù)雜。地面空氣在進(jìn)入井下并流經(jīng)各作業(yè)場所的過程中，將摻入有毒有害氣體和礦塵，成分逐漸發(fā)生變化。同時，由于地?zé)嶙饔?，人體和機(jī)械的散熱、水分的蒸發(fā)等，井下空氣的溫度和濕度都會顯著提高，造成不良的氣候條件。因此，對礦井必須進(jìn)行通風(fēng)
通風(fēng)機(jī)是依賴輸入的機(jī)械能，進(jìn)步氣體壓力并排送氣體的機(jī)械，它是一種從動的流體機(jī)械。通風(fēng)機(jī)廣泛用于工廠、礦井、地道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的透風(fēng)、排塵和冷卻；鍋爐和產(chǎn)業(yè)爐窯的透風(fēng)和引風(fēng)；空氣調(diào)節(jié)設(shè)備和家用電器設(shè)備中的冷卻和透風(fēng)；谷物的烘干和選送；風(fēng)洞風(fēng)源和氣墊船的充氣和推進(jìn)等。?
通風(fēng)機(jī)的工作原理與透平壓縮機(jī)基本相同，只是因為氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。?
通風(fēng)機(jī)已有悠久的歷史。中國在公元前很多年就已制造出簡樸的木制礱谷風(fēng)車，它的作用原理與現(xiàn)代離心透風(fēng)機(jī)基本相同。1862年，英國的圭貝爾發(fā)明離心透風(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，主要用于礦山透風(fēng)。1880年，人們設(shè)計出用于礦井排送風(fēng)的蝸形機(jī)殼，和后向彎曲葉片的離心透風(fēng)機(jī)，結(jié)構(gòu)已比較完善了。?1892年法國研制成橫暢通流暢風(fēng)機(jī)；1898年，愛爾蘭人設(shè)計出前向葉片的西羅柯式離心透風(fēng)機(jī)，并為各國所廣泛采用；19世紀(jì)，軸暢通流暢風(fēng)機(jī)已應(yīng)用于礦井透風(fēng)和冶金產(chǎn)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(jī)為鍋爐透風(fēng)和引風(fēng)；1948年,丹麥制成運(yùn)行中動葉可調(diào)的軸暢通流暢風(fēng)機(jī)；旋軸暢通流暢風(fēng)機(jī)、子午加速軸暢通流暢風(fēng)機(jī)、斜暢通流暢風(fēng)機(jī)和橫暢通流暢風(fēng)機(jī)也都獲得了發(fā)展
礦井通風(fēng)的基本任務(wù)是：
（1）供給井下人員足夠的新鮮空氣，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，每人每分鐘供應(yīng)空氣量不得少于4m3；
（2）把有害氣體和礦塵稀釋到安全濃度以下，并排除礦井：
（3）保證井下有適宜的氣候條件（及適宜的濕度與溫度），以利于工人勞動和機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)。
使礦井上下空氣交流的方法有兩種，即自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)。礦井通風(fēng)方式，分為抽出式通風(fēng)和壓入式通風(fēng)兩種。
機(jī)械通風(fēng)所用的機(jī)械稱為通風(fēng)機(jī)，按其服務(wù)范圍可以分為三種：
1.主要通風(fēng)機(jī)（簡稱主扇），主要用于全礦井或礦井的一翼（部分）；
2.輔助通風(fēng)機(jī)（簡稱輔扇），主要服務(wù)于礦井網(wǎng)絡(luò)的某一分支（如采區(qū)或工作面），以幫助主要通風(fēng)機(jī)供風(fēng)以保證該分支的風(fēng)量；
3.局部通風(fēng)機(jī)（簡稱局扇），主要用于獨(dú)頭掘進(jìn)的井巷等局部地區(qū)通風(fēng)。
軸流通風(fēng)機(jī)級 ( 本體 ) 效率高，但噪聲和出口速度大；動能占全壓的 30%~50% 。因此，必須安裝擴(kuò)散筒—塔及消聲器來回收動能及降低噪聲，所以對裝置風(fēng)機(jī) ( 即有集流器、擴(kuò)散筒—塔及消聲器等器件 ) 效率影響極大。
軸流式通風(fēng)機(jī)的損失包括：
氣流在進(jìn)入葉輪前由于通風(fēng)機(jī)部件而產(chǎn)生的損失，如通風(fēng)機(jī)集流器和流線型罩子時的摩擦和收縮，以及前導(dǎo)器流道中的摩擦和損失等；
氣流在葉輪中由于翼型阻力和在葉片與外殼間的縫隙處所產(chǎn)生的損失
氣流由葉輪脫出時，由于氣流旋繞而造成的損失；
在葉輪之后的流通部件中，氣流改變方向和能量轉(zhuǎn)換的損失
傳動時的機(jī)械損失
由于大量通風(fēng)機(jī)應(yīng)用于工廠、礦井、隧道等的通風(fēng)和排塵等，所以風(fēng)機(jī)的葉輪和機(jī)殼都有不同程度的磨損，在一些地方直接影響到生產(chǎn)的順利進(jìn)行，因此對通風(fēng)機(jī)的耐磨性能有著很高的要求。
目前常用的耐磨處理有堆焊，噴涂，噴焊、涂覆高分子耐磨材料等，可以相對延長通風(fēng)機(jī)的使用壽命。近幾年我國從國外引進(jìn)一種有效的耐磨處理方法，就是在葉輪或蝸殼便面粘貼或者鑲嵌耐磨陶瓷，由于耐磨陶瓷有良好的耐磨性能，可以大大提高分機(jī)的耐磨性能。并且粘貼了耐磨陶瓷片的通風(fēng)機(jī)維護(hù)方便，所以在我國相關(guān)行業(yè)得到了廣泛的推廣應(yīng)用。
對于煤礦的局部通風(fēng)機(jī)還有很多種比如說在二級軸流風(fēng)機(jī)中，常用的級型式有R+R（葉輪級+葉輪級）的對旋軸流風(fēng)機(jī)、R+S+R+S級（葉輪級+中導(dǎo)流級+葉輪級+后導(dǎo)流級）、以及P+R+S+R+S(前導(dǎo)流級+葉輪級+中導(dǎo)流級+葉輪級+后導(dǎo)流級)。考慮到掘進(jìn)段工作空間相對狹小，所以本設(shè)計采用R+S+R+S級，可以減少風(fēng)機(jī)的軸向尺寸。
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圖 單級軸流風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)
煤礦地面的主通風(fēng)機(jī)作為井上的主通風(fēng)機(jī)那是礦井生產(chǎn)必不可少的。它為井下提供空氣流動的動力，他的作用就是為井下提供新鮮的空氣為工人的呼吸和提供一個良好的工作環(huán)境。目前在七臺河的大小礦井上作為主扇的通風(fēng)機(jī)主要是対旋式的軸流的通風(fēng)機(jī)。主通風(fēng)機(jī)你能夠為井下提供新鮮的空氣并能滿足井下生產(chǎn)的需要。但是空氣也是一種流體由于動力的路線的問題不能到達(dá)任何的地方，比如在宗采的的工作面上由于煤中的瓦斯釋放出來程度不一樣有的地方瓦斯的濃度就比較高，還要在開鑿新的巷道上由于是一個盲洞靠主扇的動力是無法滿足進(jìn)行開鑿工作的工人對空氣的需要的，因此在這些地方就需要局部通風(fēng)機(jī)的工作。
局部通風(fēng)機(jī)是安裝在主巷的巷道之中與主通風(fēng)機(jī)屬于間接地串聯(lián)。
在煤礦掘進(jìn)中，常用局部通風(fēng)機(jī)(局扇)給巷道通風(fēng)，局扇的噪聲是掘進(jìn)中的主要噪聲源，其入口和機(jī)殼周圍的噪聲達(dá)95dB(A)以上，高的噪聲不僅影響工人的健康，而且常掩蔽井下安全警報信號造成事故，所以對局扇的降噪聲研究具有十分重要意義。本文在局扇噪聲產(chǎn)生的機(jī)理基礎(chǔ)上，綜述從噪聲源和傳播途徑上控制局扇噪聲的方法。
局扇工作時所產(chǎn)生的噪聲，包括空氣動力性噪聲和機(jī)械性噪聲兩大部分，其中空氣動力性噪聲的強(qiáng)度較大，是風(fēng)機(jī)噪聲的主要成分?？諝鈩恿π栽肼暟串a(chǎn)生機(jī)理可分成旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲是由旋轉(zhuǎn)的葉片周期地打擊空氣質(zhì)點(diǎn)引起空氣的壓力脈動所產(chǎn)生的。其頻率就是葉片每秒鐘打擊空氣質(zhì)點(diǎn)的次數(shù)，因此與葉片數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)。旋轉(zhuǎn)噪聲的強(qiáng)度大致與圓周速度的5～6次方成比例。當(dāng)圓周速度增大一倍時，聲壓級將增加10～15分貝。渦流噪聲是風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時，高速氣流在葉片界面和葉頂間隙處分離時產(chǎn)生的渦流分離使氣體產(chǎn)生的壓縮和稀疏，以聲波的形式傳播所形成的。其頻率取決于葉片與氣流的相對速度。因葉片各截面上的圓周速度隨半徑大小而變化，氣流繞過葉片時各點(diǎn)相對速度必然亦不一樣， 同時葉片各點(diǎn)厚度也不同。故從圓心到最大半徑速度呈連續(xù)變化。因此風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的渦流噪聲呈明顯的連續(xù)譜。渦流噪聲的強(qiáng)度與氣流
的8次方成比例。局扇的空動噪聲就是旋轉(zhuǎn)噪聲與渦流噪聲相互疊加的結(jié)果。局扇的機(jī)械噪聲主要有驅(qū)動電機(jī)的電磁聲和機(jī)殼輻射噪聲。要對局扇的噪聲進(jìn)行有效控制，首先應(yīng)控制其噪聲源，然而，對于轉(zhuǎn)速高大2900r／min，噪聲高達(dá)95dB(A)以上的局扇，要使噪聲降小于85dB(A)以下，確實(shí)很難。因此還必須再考慮從傳播路徑上來控制噪聲。由于局扇噪聲的輻射部位主要是進(jìn)、出氣口和機(jī)殼。因此，在傳播路徑上對局扇實(shí)施噪聲控制時，應(yīng)同時考慮進(jìn)、出氣口和機(jī)殼的輻射。
預(yù)防從局扇氣動噪聲產(chǎn)生機(jī)理可知，合理的氣動設(shè)計是獲得低氣動噪聲最根本的方法，通流部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇配匹不但可獲得高的效率，而且相應(yīng)的噪聲水平也低。因此，在局扇的降噪設(shè)計和改造中主要應(yīng)考慮以下幾方面：
(1)動葉與靜葉數(shù)合理配匹。對動葉前(后)有靜葉的局扇而言，動葉與靜葉數(shù)合理配匹可有效降低其互干擾噪聲，動葉與靜葉葉片數(shù)的選擇原則為：動葉數(shù)z為偶數(shù)時，靜葉數(shù)取z一1；動葉數(shù)z為奇數(shù)時，靜葉數(shù)取z一(1～2)。
(2)進(jìn)風(fēng)口元件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計。首先， 由于局扇靜葉或支撐的后緣的軸向距離很短，且靜葉或支撐位于高速流端面上。因此，從靜葉或支撐尾部脫落下來的強(qiáng)度較大的渦流尾跡直接與動葉發(fā)生相互干擾作用，將導(dǎo)致局扇旋轉(zhuǎn)噪聲的增加，靜葉或支撐尾流的存在還破壞了葉輪進(jìn)風(fēng)口流場的均勻性，這將導(dǎo)致局扇的寬頻渦流噪聲增加。采用減少導(dǎo)流體支撐數(shù)，將支撐布置在喇叭口的進(jìn)風(fēng)口端面上，并增大局扇進(jìn)風(fēng)口部件的軸向尺寸，可使支撐位于氣流速度不大的位置，使支撐尾部脫落下來的渦流至動葉前緣時已基本衰減。其次，集流器的圓弧半徑太小，使氣流進(jìn)入集流器時不能均勻加速，不均勻的進(jìn)風(fēng)口流場不但流動阻力增加，而且會使局扇的噪聲提高。若采用兩段圓弧構(gòu)成的喇叭口，增大集流器的圓弧半徑，并適當(dāng)改變整流罩的錐度，可使氣流在集流器和整流罩之間均勻加速。
(3)減少動葉葉尖與機(jī)殼間的間隙。由于動葉葉尖與機(jī)殼間的間隙的存在，使動葉吸力面與壓力面之間產(chǎn)生壓差流動(二次流)，它形成葉尖渦流并產(chǎn)生澡流噪聲。減小葉尖與機(jī)殼間的間隙，可使分離的渦流在葉尖處產(chǎn)生的力波動和間隙回流減弱，同時使作用于隨后葉片的干擾力減弱，從而降低噪聲。
(4)合理的動葉與靜葉間的軸向間距。在局扇運(yùn)行時，氣流與葉片作相對運(yùn)動時，葉片后緣的氣流尾跡中，速度及壓力均小于主流區(qū)，使葉柵后的氣流速度與壓力成一定的關(guān)系。
通過上述的方法可以降低風(fēng)機(jī)的噪音這是局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)的方面之一，這樣可以為井下工人的開采活動提供一個良好的工作環(huán)境同時降低井下的噪音為指揮工作提供便利的條件，因為噪聲的原因連在井下說話都是一件費(fèi)事的活動。如果噪聲的問題得到一定的控制對于工人還是領(lǐng)導(dǎo)都是一件很好的事，也避免了工人在聽取領(lǐng)導(dǎo)的指揮時由于沒有聽清楚而造操作的失誤。再者噪音的降低的同時降低了通風(fēng)機(jī)的振動，為風(fēng)機(jī)的安全工作提供了一個良好基礎(chǔ)。再者通風(fēng)機(jī)也是一臺耗電的機(jī)器，為了節(jié)約能源國家已經(jīng)規(guī)定廠家生產(chǎn)的通風(fēng)機(jī)的效率不能低于百分之八十，因此在節(jié)約能源的方面也有一定的改進(jìn)的方面之一。因為在開鑿巷道的同時目前的局部通風(fēng)機(jī)不論開始還是到最后，它的轉(zhuǎn)速始終是不變的。如果按照最后滿足工人工作的條件的話，那么局部通風(fēng)機(jī)在大多數(shù)時間在做無用功，這些時候浪費(fèi)了多少的電能。如果通風(fēng)機(jī)有幾個轉(zhuǎn)速的話，在開始的時候低速的旋轉(zhuǎn)。在掘進(jìn)過程中隨著巷道的不斷地延伸通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不斷地加速，這樣既可以滿足工作的需要而且也是一個節(jié)能的好辦法。同時還會增加通風(fēng)機(jī)的使用壽命，減少了通風(fēng)機(jī)的維護(hù)和維修的時間。提高了井下作業(yè)的效率。
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通風(fēng)機(jī)全壓效率可達(dá)90％。
通過這次的實(shí)習(xí)使我們認(rèn)識到了我們學(xué)習(xí)的書本的知識的局限性，我們的知識是那么的有限，書本上的知識與實(shí)際的知識是不一樣的書本的知識的學(xué)習(xí)的在好也許要實(shí)際的檢驗，這可能就是我們所為的實(shí)踐是檢驗理論的真理，我們知道了我們的不足，還有許多的東西值得我們?nèi)W(xué)習(xí)，我們非常的感謝學(xué)校和礦物局給了我門這次學(xué)習(xí)實(shí)習(xí)的機(jī)會。我們在這次的學(xué)習(xí)中學(xué)到了很多的書本上沒有的知識。同時為畢業(yè)設(shè)計提供了一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。
本科畢業(yè)設(shè)計開題報告
題 目： 礦用軸流式通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
院 （系）： 機(jī)械工程學(xué)院
班 級： 機(jī)電06-1（定向）
姓 名： 劉 超
學(xué) 號： 0603060107
指導(dǎo)教師： 李勝波
教師職稱： 講師
黑龍江科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告
題目
礦用軸流式通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
來源
工程實(shí)際
1. 研究的目的和意義
煤礦生產(chǎn)是井下作業(yè)，井下空氣中含有爆炸性的氣體和有毒氣體，如沼氣,一氧化碳，二氧化碳，硫化氫，二氧化氮等。同時井下還飛揚(yáng)著易于爆炸的煤塵，而且隨著開采深度的增加，氣溫也要逐漸升高，這些因素對于井下工作人員的身體健康和礦井的安全生產(chǎn)都是極為不利的。
為了保證井下工作人員的身體健康和安全生產(chǎn)，必須在井口安裝通風(fēng)設(shè)備，以便有足夠的，連續(xù)的新鮮空氣進(jìn)入井下，以保證井下空氣的含氧量不低于20%，其他的有毒氣體也稀薄到無危險的程度，并使工作面溫度不超過26℃，所以通風(fēng)機(jī)被譽(yù)為礦井的“肺臟”。
2 國內(nèi)外發(fā)展的狀況
我國礦用主扇已經(jīng)歷了半個世紀(jì)的發(fā)展歷程。不適合國情的仿制的70B2型曾“統(tǒng)治”我國煤礦30余年。至今仍有煤礦在繼續(xù)使用這種早已被國家勒令淘汰的產(chǎn)品。隨之，國人自行設(shè)計制造的2K60和K58型推廣應(yīng)用了不到10年就已停止生產(chǎn)此時引進(jìn)德國的GAF型主扇技術(shù)，以洋品牌的產(chǎn)品形象打入市場。盡管人們稱贊此型風(fēng)機(jī)的性能與可靠性，但洋品牌價格太貴，用戶難以接受。于是，我國煤礦曾一度出現(xiàn)主扇短缺的被動局面。
面對嚴(yán)峻形勢，國內(nèi)風(fēng)機(jī)行業(yè)形成了兩條戰(zhàn)線。一是自主開發(fā)。這條戰(zhàn)線在認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，大力改進(jìn)2K60型結(jié)構(gòu)，不斷提高K58型制造質(zhì)量的同時，積極自主地發(fā)出2K56新型主扇，以迎接新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)；二是引進(jìn)國外技術(shù)。早已引進(jìn)的GAF型主扇技術(shù)在加快消化吸收的步伐，力爭全面實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，降低成本，提高競爭力。隨后，某些高等學(xué)府和科研院所的某些學(xué)者與專家亦開始向?qū)πV用主扇進(jìn)發(fā)，他們一方面把對旋風(fēng)機(jī)的研究作為獲得學(xué)位的課題；一方面將其成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，極力向鄉(xiāng)鎮(zhèn)、民營乃至國有企業(yè)轉(zhuǎn)讓技術(shù)，從而名利雙收。于是，20世紀(jì)90年代，特別是1995年以來，我國礦用主扇掀起了一股對旋熱。于是，對旋主扇的選型與應(yīng)用成為煤炭行業(yè)的一種
20世紀(jì)90年代，我國引進(jìn)日本反旋式扇風(fēng)機(jī)，并開發(fā)了低噪聲對旋局部通風(fēng)機(jī)系列（壓入式）。該系列風(fēng)機(jī)由于其風(fēng)壓高，風(fēng)量大，噪聲低，效率高而被廣泛應(yīng)用于煤礦和礦山工程局部通風(fēng)。且開發(fā)設(shè)計者了這樣的商業(yè)宣傳: 壓力特性和功、通對其進(jìn)行用化）設(shè)計，其機(jī)械和電氣規(guī)范設(shè)計和制造，體積小，質(zhì)量輕、成本低，堅固耐用、安全率曲線均適合于煤礦采掘通風(fēng)需求，且按“三化”（系列化、標(biāo)準(zhǔn)化可靠，能夠承受相當(dāng)惡劣運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境，具有令人滿意和足夠長時間無需維修的設(shè)計使用壽命.現(xiàn)在全國上百家工廠和公司，生產(chǎn)幾十種不同型號和規(guī)格的礦用局部通風(fēng)機(jī)，并且全國礦用風(fēng)機(jī)形成一股對旋熱，而實(shí)際上, 我國目前煤礦用局部通風(fēng)機(jī)雜、亂、差，且效率低，噪聲高. 全國大小煤礦瓦斯爆炸事故頻繁發(fā)生.令人擔(dān)心的是：由于開發(fā)設(shè)計者對對旋局部通風(fēng)機(jī)沒有實(shí)事求是地宣傳和運(yùn)作，致使我國礦用局部通風(fēng)機(jī)的開發(fā)、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用進(jìn)入了誤區(qū)。
這種通風(fēng)機(jī)只有兩個對旋的葉輪，而沒有固定式導(dǎo)流葉片。對旋式兩級通風(fēng)機(jī)具有與一般兩級軸流通風(fēng)機(jī)相同的壓力系數(shù)和比轉(zhuǎn)數(shù)。這種風(fēng)機(jī)的壓力系數(shù)、流量系數(shù)和輪轂相對直徑值與一般通風(fēng)機(jī)相同，但其壓力曲線稍微陡一些，則更適合長距離通風(fēng)。
當(dāng)前世界先進(jìn)工業(yè)國家風(fēng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的主要特點(diǎn)是：1.以節(jié)能、節(jié)約資源為核心，提高單件效率和耐久性，進(jìn)而提高整個系統(tǒng)的效率。2.加強(qiáng)系統(tǒng)的自動化、事故警報系統(tǒng)的研制，節(jié)省維護(hù)、監(jiān)控方面的人力。3.為提高競爭能力，力求包括附屬部件在內(nèi)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化和組合化。4.進(jìn)一步加強(qiáng)了對低噪聲、低振動技術(shù)的研究。5.不斷針對新的需要，開發(fā)新的產(chǎn)品。6.在工藝上引進(jìn)柔性制造系統(tǒng)，最大限度地提高產(chǎn)品生產(chǎn)的自動化程度。風(fēng)機(jī)產(chǎn)品大多根據(jù)用戶需要有不同特性要求，多屬小批量生產(chǎn)，特別是一些大型風(fēng)機(jī)產(chǎn)品甚至是單件小批生產(chǎn)，對工藝要求復(fù)雜。目前國內(nèi)生產(chǎn)自動化程度很低，而國外通過研制和采用柔性制造系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)的自動化程度。以美國為例，中小風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)已全部通過自動線完成，從工藝角度提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了產(chǎn)品成本。
3.研究和設(shè)計目標(biāo)
根據(jù)所給設(shè)計參數(shù)風(fēng)量25m/s,全壓3000Pa和工作環(huán)境的要求，進(jìn)行對旋軸流通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使之能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計要求和工作要求。并按要求完成較為完整的設(shè)計說明書和主要的圖紙設(shè)計。
設(shè)計的主要內(nèi)容：軸流式通風(fēng)機(jī)總體方案設(shè)計，葉輪的設(shè)計，殼體、集流器、擴(kuò)散器 、校核計算、外文翻譯等。其中的重點(diǎn)是一級葉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計、二級葉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計、擴(kuò)散消聲器的設(shè)計
4、設(shè)計方案（研究/設(shè)計方法、理論分析、計算、實(shí)驗方法和步驟等）
本方案對對旋軸流通風(fēng)機(jī)的氣動設(shè)計在滿足設(shè)計參數(shù)的情況下，根據(jù)獲得高效率或低噪聲的原則，計算出對旋軸流通風(fēng)機(jī)有關(guān)部件在流道中的幾何尺寸。了軸流式風(fēng)機(jī)的“可控渦”流型設(shè)計理論與組合流型的設(shè)計步序:討論分析了對旋風(fēng)機(jī)全壓效率的估算理論及方法;對等環(huán)量流型下的對旋式風(fēng)機(jī)，在給定風(fēng)量和風(fēng)壓時，計算設(shè)計設(shè)計擴(kuò)散消聲器等。在設(shè)計的過程中遵循全壓等量分配原則和互為導(dǎo)葉原則。
由于一般情況下局部通風(fēng)機(jī)安裝在井下的主巷之中，為了適應(yīng)掘進(jìn)工作面和巷道狹窄的工況條件，采用結(jié)構(gòu)緊湊的軸流風(fēng)機(jī)，節(jié)省空間同時為了便于拆卸、安裝、和搬運(yùn)。風(fēng)機(jī)采用兩臺電動機(jī)分別驅(qū)動葉輪的方式，可以增加風(fēng)機(jī)的效率、增加壓力。
步驟如下：
1． 風(fēng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)形式的確定，根據(jù)工況和通風(fēng)要求選定風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)。
2． 電動機(jī)的選型，根據(jù)風(fēng)量和全壓計算出電動機(jī)功率選擇電動機(jī)型號。
3． 風(fēng)機(jī)葉輪、導(dǎo)輪的設(shè)計，采用相似原理設(shè)計風(fēng)機(jī)葉輪。
4． 風(fēng)機(jī)集流器、擴(kuò)散器、軸的設(shè)計，根據(jù)工作條件和強(qiáng)度要求設(shè)計主要部件。
5． 主要零部件的強(qiáng)度校核，確定設(shè)計的合理性。并確定零部件的組裝。
1-集流器;2-隔爆電機(jī);3-第一級葉輪;4-第二級葉輪;5-擴(kuò)散器
5、方案的可行性分析
經(jīng)過一段時間的搜集資料，對局部對旋通風(fēng)機(jī)有了一定的了解，并且學(xué)校圖書館還有大量的資料，理解目前國內(nèi)礦井主要應(yīng)用的還是對旋軸流通風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)具有靜壓大，反風(fēng)能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高的優(yōu)點(diǎn)，受到了很多礦井的廣泛應(yīng)用，因此采用兩級電動機(jī)直接驅(qū)動可以實(shí)現(xiàn)，提高了效率。
6、該設(shè)計的創(chuàng)新之處
通風(fēng)機(jī)在原風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)了改造，更加注意對旋通風(fēng)機(jī)的噪音問題，注重了降噪的設(shè)計，同時注重節(jié)能的改造和擴(kuò)散器的改造。本風(fēng)機(jī)創(chuàng)新之處降低了風(fēng)機(jī)工作時的噪音同時進(jìn)行了節(jié)能的優(yōu)化設(shè)計。有較小的工作輪直徑、葉片安裝角、輪轂比和葉片數(shù)下仍可獲得比一般雙級普通型軸流風(fēng)機(jī)高的壓力。葉片安裝角足夠小，壓力曲線還很陡，且基本無折斷。輪轂比比較小，減小出口損失而能保持較高的有效全壓效率。具有良好的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和足夠大的通風(fēng)能力，且風(fēng)量變化很小。還無需調(diào)節(jié)和不需防脫流裝置。
7、設(shè)計產(chǎn)品的主要用途和應(yīng)用領(lǐng)域
該對旋軸流通風(fēng)機(jī)適用于煤礦井下含爆炸性物質(zhì)（瓦斯和煤塵）的環(huán)境中，很適合煤礦采掘通風(fēng)要求，做抽出式軸流通風(fēng)機(jī)，可滿足礦山通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和安全生產(chǎn)的需要。抽排井下局部瓦斯積聚或與除塵裝備聯(lián)合使用排除工作面粉塵，改變工作環(huán)境，是抽出式局部通風(fēng)的理想設(shè)備。該設(shè)備也適用于地面工作環(huán)境粉塵打或含爆炸性物質(zhì)摻雜的空氣的通風(fēng)。本設(shè)備進(jìn)行了防爆處理。可防止明火的出現(xiàn)并且還具備了防塵的優(yōu)點(diǎn)。可應(yīng)用于普通通風(fēng)機(jī)不能適應(yīng)的環(huán)境。
8、時間進(jìn)程
第 1 周 在學(xué)校圖書館查找資料
第 2 周 在鶴崗峻德礦實(shí)習(xí)
第 3 周 在鶴崗峻德礦實(shí)習(xí)
第 4 周 整理資料完成實(shí)習(xí)總結(jié)
第 5 周 整理資料完成開題報告
第 6 周 對對旋軸流式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行總體方案設(shè)計
第 7 周 確定基本的結(jié)構(gòu)完成相應(yīng)的計算
第 8 周 主要零部件進(jìn)行計算
第 9 周 主要零部件進(jìn)行設(shè)計
第 10 周 對所設(shè)計個部分零件進(jìn)行校核
第 11 周 畫對旋軸流式通風(fēng)機(jī)總體裝配圖
第 12 周 畫對旋軸流式通風(fēng)機(jī)各部分零件圖
第 13 周 畫對旋軸流式通風(fēng)機(jī)各部分零件圖及手工圖
第 14 周 進(jìn)行外文參考文獻(xiàn)的翻譯
第 15 周 整理說明書和圖紙
第 16 周 打印說明書和圖紙
第 17 周 準(zhǔn)備答辯
9 參考文獻(xiàn)
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22 王運(yùn)敏 中國采礦設(shè)備手冊下下冊，科學(xué)出版社，2007
23 謝錫純 礦山機(jī)械與設(shè)備，中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2005
指導(dǎo)教師意見
教師簽字：
年 月 日
開題答辯小組意見：
組長簽字： 成員簽字：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)小組意見:
組長簽字：
年 月 日
摘 要
分析此次通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計，屬于礦用軸流通風(fēng)機(jī)，考慮到開采時會有大量的有害氣體溢出，而且包含可能引起爆炸的高濃度瓦斯氣體的原因。隨著開采深度的增加，氣溫也要逐漸升高，這些因素對于井下工作人員的身體健康和礦井的安全生產(chǎn)都是極為不利的，更嚴(yán)重的會對井下工作人員和礦井安全產(chǎn)生巨大危害。調(diào)查了國內(nèi)當(dāng)今的趨勢，此設(shè)計采用對選礦用通風(fēng)機(jī)，采用兩極電機(jī)驅(qū)動的方式，對對旋風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步的了解，故采用對旋風(fēng)機(jī)。
根據(jù)所給的設(shè)計參數(shù)及有關(guān)的設(shè)計要求。具體內(nèi)容包括：通風(fēng)方式的選擇，總體結(jié)構(gòu)方案的確定，葉輪的設(shè)計，疏流罩、擴(kuò)散器和集流器的設(shè)計和選擇，通風(fēng)機(jī)消聲裝置的設(shè)計。本次設(shè)計更加注意對旋通風(fēng)機(jī)的消音問題，注重了電動機(jī)的隔爆設(shè)計。
關(guān)鍵詞:對旋;防暴;軸流通風(fēng)機(jī);消音器
Abstract
The structural design, the ventilator tomography belongs to mine axial fan, considering the mining will have plenty of harmful gases, and can cause high concentrations of gas explosion. Along with the increase of mining depth, temperature will gradually rise, these factors for underground work personnel's health and safety of coal production are extremely detrimental to the more serious, the working personnel of underground mine safety hazards and tremendous. A survey of the current trend of domestic, the design of the concentration polarization, with fan motor driving mode, on the merits of the whirlwind machine, the further understanding of cyclone machine.
According to the design parameters and design requirements. Contents include: overall selection of ventilation, design, structural design, flow of the impeller, diffuser, and runoff, design and selection of the design of fan silencer. The design of the ventilator to pay more attention to the problem, pay attention to the motor deadened the isolation design.
Keywords To spin riot axial fan muffler
48
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 選題的意義 1
1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1
1.3 設(shè)計的主要內(nèi)容 3
第2章 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的選擇和確定 4
2.1 結(jié)構(gòu)方案圖的選擇 4
2.2 比較兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 5
第3章 通風(fēng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
3.1 通風(fēng)方式的確定 10
3.1.1 抽出式通風(fēng) 10
3.2.2 壓入式通風(fēng) 10
3.2 結(jié)構(gòu)方案簡圖設(shè)計 12
3.3 主要結(jié)構(gòu)形式的選取 12
3.3.1 擴(kuò)散器 13
3.3.2 集流器與流線罩 14
3.3.3 葉輪 14
3.3.4 外殼 15
3.3.5 確定通風(fēng)機(jī)各級風(fēng)壓比 15
3.3.6 選擇電動機(jī)的功率和型號 15
第4章 葉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18
4.1 第一級葉輪的設(shè)計 18
4.1.1 確定葉輪轂比及輪轂直徑 18
4.1.2 確定計算截面 20
4.1.3 葉片幾何尺寸的計算 20
4.1.4 葉片的繪制 23
4.1.5 葉輪強(qiáng)度計算 25
4.1.6 鍵的校核 28
4.2 第二級葉輪的設(shè)計 29
4.2.1 確定葉輪轂比及輪轂直徑 29
4.2.2 確定計算截面 30
4.2.3 葉片幾何尺寸的計算 31
4.2.4 葉片的繪制 33
第5章 主要結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計選型 36
5.1 集流器與流線罩的設(shè)計 36
5.1.1 集流器的設(shè)計 36
5.1.2 流線罩的設(shè)計 36
5.2 擴(kuò)散器的設(shè)計 38
5.3 通風(fēng)機(jī)軸向間隙和徑向間隙 38
5.3.1 徑向間隙的計算 38
5.3.2 軸向間隙的計算 39
5.4 風(fēng)筒的選擇 40
5.4.1 風(fēng)筒選用要求 40
5.4.2 局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒選型 41
第6章 消聲器的設(shè)計 42
結(jié)論 44
致謝 45
參考文獻(xiàn) 46
附錄 47
CONTENTS
Abstract 2
Chapter 1 Introduction 1
1.1 The topic 1
1.2 Status and development trend 1
1.3 The main contents of the design 3
Chapter 2 The selection of design scheme and structure 4
2.1 Structure scheme selection of diagram 4
2.2Compare the advantages and disadvantages of the two kinds of structure 5
Chapter 3 Fan structural design 10
3.1 Ventilation 10
3.1.1 Drawer-type ventilation 10
3.2..2 In ventilated 10
3.2 Structure scheme design diagram 12
3.3 The main structure form 12
3.3.1 Diffuser 13
3.3.2 Collecting and streamline mask 14
3.3.3 Impeller 14
3.3.4 Shell 15
3.3.5 Determine the ventilator than at wind 15
3.3.6 Choose the motor power and models 15
Chapter 4 Impeller structure design 18
4.1 The first level of the impeller design 18
4.1.1 Determine diameter wheel rims leaves ratio 18
4.1.2 Determine the computation section 20
4.1.3 Blade geometry size calculation 20
4.1.4 The blade 23
4.1.5 Impeller strength calculation 25
4.1.6 The key 28
4.2 Article 2 the impeller's design 29
4.2.1 Determine diameter wheel rims leaves ratio 29
4.2.2 Determine the computation section 30
4.2.3 Blade geometry size calculation 31
4.2.4 The blade 33
Chapter 5 The main structure parts design selection 36
5.1 Collecting and streamline cover design 36
5.1.1 Collecting design 36
5.1.2 Streamline cover design 36
5.2 Diffuser design 38
5.3 Fan radial clearance and axial clearance 38
5.3.1 Radial clearance 38
5.3.2 The axial clearance 39
5.4 The washroom 40
5.4.1 Hair chooses requirements 40
5.4.2 The selection of local-ventilator hair-dryer 41
Chapter 6 The muffler design 42
Theory 44
Cause 45
Participation in exam 46
Attached 47
第1章 緒 論
煤礦井工生產(chǎn)是地下作業(yè)，自然條件比較復(fù)雜。地面空氣在進(jìn)入井下并流經(jīng)各作業(yè)場所的過程中，將摻入有毒有害氣體和礦塵，成分逐漸發(fā)生變化。同時，由于地?zé)嶙饔?，人體和機(jī)械的散熱、水分的蒸發(fā)等，井下空氣的溫度和濕度都會顯著提高，造成不良的氣候條件。因此，對礦井必須進(jìn)行通風(fēng)。
1.1 選題的意義
煤礦的生產(chǎn)是地下作業(yè)，自然條件比較復(fù)雜，當(dāng)?shù)孛婵諝膺M(jìn)入礦井以后，在成份上發(fā)生了變化。這是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生過程中產(chǎn)生巖塵、煤塵和炮煙，煤和其它物質(zhì)氧化，人的呼吸以及煤與圍巖散發(fā)出各種有害氣體等，使礦內(nèi)空氣中氧的含量相對的減少，空氣的濕度、溫度和壓力等也發(fā)生變化，若空氣中氧的含量降低到17%以下時，人在工作時就會感到呼吸急促；降低到6%時，人就有死亡的危險。所以必須利用通風(fēng)機(jī)或自然風(fēng)壓對礦井進(jìn)行通風(fēng)。礦井通風(fēng)的基本任務(wù)是：
（1）供給井下人員足夠的新鮮空氣，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，每人每分鐘供應(yīng)空氣量不得少于4m3；
（2）把有害氣體和礦塵稀釋到安全濃度以下，并排除礦井：
（3）保證井下有適宜的氣候條件（及適宜的濕度與溫度），以利于工人勞動和機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)。
礦井通風(fēng)工作對于保證礦井安全生產(chǎn)，創(chuàng)造良好的氣候條件提高勞動生產(chǎn)率，具有十分重要的意義[2]。
礦井新建、擴(kuò)建或生產(chǎn)時，都要掘進(jìn)巷道，在掘進(jìn)過程中，為了供給工作人員呼吸新鮮空氣，稀釋和排出從煤(巖)體涌出的有害氣體、爆破產(chǎn)生的炮煙和礦塵，以及創(chuàng)造良好的氣候條件，對掘進(jìn)工作面進(jìn)行通風(fēng)。
1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
我國礦用主扇已經(jīng)歷了半個世紀(jì)的發(fā)展歷程。不適合國情的仿制的70B2型曾“統(tǒng)治”我國煤礦30余年。至今仍有煤礦在繼續(xù)使用這種早已被國家勒令淘汰的產(chǎn)品。隨之，國人自行設(shè)計制造的2K60和K58型推廣應(yīng)用了不到10年就已停止生產(chǎn)此時引進(jìn)德國的GAF型主扇技術(shù)，以洋品牌的產(chǎn)品形象打入市場。盡管人們稱贊此型風(fēng)機(jī)的性能與可靠性，但洋品牌價格太貴，用戶難以接受。于是，我國煤礦曾一度出現(xiàn)主扇短缺的被動局面。
面對嚴(yán)峻形勢，國內(nèi)風(fēng)機(jī)行業(yè)形成了兩條戰(zhàn)線。一是自主開發(fā)。這條戰(zhàn)線在認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，大力改進(jìn)2K60型結(jié)構(gòu)，不斷提高K58型制造質(zhì)量的同時，積極自主地發(fā)出2K56新型主扇，以迎接新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)；二是引進(jìn)國外技術(shù)。早已引進(jìn)的GAF型主扇技術(shù)在加快消化吸收的步伐，力爭全面實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，降低成本，提高競爭力。隨后，某些高等學(xué)府和科研院所的某些學(xué)者與專家亦開始向?qū)πV用主扇進(jìn)發(fā)，他們一方面把對旋風(fēng)機(jī)的研究作為獲得學(xué)位的課題；一方面將其成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，極力向鄉(xiāng)鎮(zhèn)、民營乃至國有企業(yè)轉(zhuǎn)讓技術(shù)，從而名利雙收。于是，20世紀(jì)90年代，特別是1995年以來，我國礦用主扇掀起了一股對旋熱。于是，對旋主扇的選型與應(yīng)用成為煤炭行業(yè)的一種
20世紀(jì)90年代，我國引進(jìn)日本反旋式扇風(fēng)機(jī)，并開發(fā)了低噪聲對旋局部通風(fēng)機(jī)系列（壓入式）。該系列風(fēng)機(jī)由于其風(fēng)壓高，風(fēng)量大，噪聲低，效率高而被廣泛應(yīng)用于煤礦和礦山工程局部通風(fēng)。且開發(fā)設(shè)計者了這樣的商業(yè)宣傳: 壓力特性和功、通對其進(jìn)行用化）設(shè)計，其機(jī)械和電氣規(guī)范設(shè)計和制造，體積小，質(zhì)量輕、成本低，堅固耐用、安全率曲線均適合于煤礦采掘通風(fēng)需求，且按“三化”（系列化、標(biāo)準(zhǔn)化可靠，能夠承受相當(dāng)惡劣運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境，具有令人滿意和足夠長時間無需維修的設(shè)計使用壽命.現(xiàn)在全國上百家工廠和公司，生產(chǎn)幾十種不同型號和規(guī)格的礦用局部通風(fēng)機(jī)，并且全國礦用風(fēng)機(jī)形成一股對旋熱，而實(shí)際上, 我國目前煤礦用局部通風(fēng)機(jī)雜、亂、差，且效率低，噪聲高. 全國大小煤礦瓦斯爆炸事故頻繁發(fā)生.令人擔(dān)心的是：由于開發(fā)設(shè)計者對對旋局部通風(fēng)機(jī)沒有實(shí)事求是地宣傳和運(yùn)作，致使我國礦用局部通風(fēng)機(jī)的開發(fā)、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用進(jìn)入了誤區(qū)。
這種通風(fēng)機(jī)只有兩個對旋的葉輪，而沒有固定式導(dǎo)流葉片。對旋式兩級通風(fēng)機(jī)具有與一般兩級軸流通風(fēng)機(jī)相同的壓力系數(shù)和比轉(zhuǎn)數(shù)。這種風(fēng)機(jī)的壓力系數(shù)、流量系數(shù)和輪轂相對直徑值與一般通風(fēng)機(jī)相同，但其壓力曲線稍微陡一些，則更適合長距離通風(fēng)。
當(dāng)前世界先進(jìn)工業(yè)國家風(fēng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的主要特點(diǎn)是：
1.以節(jié)能、節(jié)約資源為核心，提高單件效率和耐久性，進(jìn)而提高整個系統(tǒng)的效率。
2.加強(qiáng)系統(tǒng)的自動化、事故警報系統(tǒng)的研制，節(jié)省維護(hù)、監(jiān)控方面的人力。
3.為提高競爭能力，力求包括附屬部件在內(nèi)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化和組合化。
4.進(jìn)一步加強(qiáng)了對低噪聲、低振動技術(shù)的研究。
5.不斷針對新的需要，開發(fā)新的產(chǎn)品。
6.在工藝上引進(jìn)柔性制造系統(tǒng)，最大限度地提高產(chǎn)品生產(chǎn)的自動化程度。
風(fēng)機(jī)產(chǎn)品大多根據(jù)用戶需要有不同特性要求，多屬小批量生產(chǎn)，特別是一些大型風(fēng)機(jī)產(chǎn)品甚至是單件小批生產(chǎn)，對工藝要求復(fù)雜。目前國內(nèi)生產(chǎn)自動化程度很低，而國外通過研制和采用柔性制造系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)的自動化程度。以美國為例，中小風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)已全部通過自動線完成，從工藝角度提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了產(chǎn)品成本。
1.3 設(shè)計的主要內(nèi)容
設(shè)計的內(nèi)容及工作量是確定對旋軸流式礦井通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計總體方案設(shè)計，總體結(jié)構(gòu)及其組成，掌握軸流風(fēng)機(jī)工作原理，主要工況參數(shù)的意義。完成主要機(jī)械部分設(shè)計。對旋軸流式礦井通風(fēng)機(jī)過流部件由集流器，葉輪，擴(kuò)散器等幾部分組成。具體設(shè)計內(nèi)容包括：擬定總體結(jié)構(gòu)方案的確定，葉輪的設(shè)計計算，疏流罩的設(shè)計計算，擴(kuò)散器的設(shè)計計算，集流器的設(shè)計計算，殼體的設(shè)計，法蘭等零件的選型校核。保證設(shè)計參數(shù)流量達(dá)到Q=25m3/s全壓達(dá)到H=3000Pa。此外還包括設(shè)計說明書的編寫，對旋軸流通風(fēng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)分析設(shè)計，對旋軸流通風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)分析設(shè)計，外文資料的翻譯工作。圖紙的繪制工作。包括：總體裝配圖 1張；第一級葉輪零件圖 1張；第二級葉輪零件圖1張;第二級風(fēng)筒結(jié)構(gòu)1張；
第2章 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的選擇和確定
2.1 結(jié)構(gòu)方案圖的選擇
根據(jù)老師所給的任務(wù)書，通過查閱圖書館的資料，選擇了兩種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，其結(jié)構(gòu)如下圖2-1。
1-集流器;2-隔爆電機(jī);3-第一級葉輪;4-第二級葉輪;5-擴(kuò)散器
圖2-1 對旋軸流通風(fēng)機(jī)示意圖
由上圖可知,采用兩級電動機(jī)帶動葉輪,兩級葉輪以相反的方向旋轉(zhuǎn),電機(jī)軸直接帶動葉輪,大大提高了傳動效率,這種對旋風(fēng)機(jī)大范圍的應(yīng)用在礦山機(jī)械中,是目前使用較廣的礦用通風(fēng)機(jī).
1-主機(jī);2隔爆密閉罩;3-葉輪;4-擴(kuò)散器
圖2-2 一般通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
2.2 比較兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)
這兩種方案各自有其優(yōu)缺點(diǎn),圖2-2，由文獻(xiàn)[22]其特點(diǎn)如下:
（1） 采用電機(jī)與葉輪直連的風(fēng)機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，改變了煤礦抽出式軸流風(fēng)機(jī)全部采用皮帶輪傳動或長軸傳動的復(fù)雜結(jié)構(gòu)利于運(yùn)行和維修。
（2） 該風(fēng)機(jī)配套YB系列的隔爆型三相異步電動機(jī)，在電機(jī)外面安裝全封閉型并具有一定耐壓強(qiáng)度的密散熱罩，及氣壓平衡管，使電機(jī)始終處于無瓦斯空氣中運(yùn)行，以達(dá)到煤礦有關(guān)隔爆規(guī)程要求。
（3） BK系列為單級工作論結(jié)構(gòu)，風(fēng)機(jī)遇擴(kuò)散器之間設(shè)置后導(dǎo)葉，以提高靜壓效率。該機(jī)葉輪最高效率為0.93，全部裝置最高全壓效率為0.75，因此，效率較高，節(jié)能效果顯著，采用該機(jī)通風(fēng)比此前實(shí)用的多臺局扇并聯(lián)，即以局扇代主或者局群通風(fēng)可節(jié)電0.6-0.8，該機(jī)可反轉(zhuǎn)反風(fēng)，其反風(fēng)量可達(dá)正常風(fēng)量的0.65-0.85，不必另設(shè)反風(fēng)道，具有節(jié)約基建資金和反風(fēng)速度快的特優(yōu)點(diǎn)。
（4） 葉輪的葉片安裝角可以調(diào)整，可根據(jù)生產(chǎn)的要求來調(diào)整葉片安裝角度，該機(jī)采用特殊設(shè)計，性能曲線無駝峰，在任何網(wǎng)絡(luò)阻力情況下，均能穩(wěn)定運(yùn)行。
由圖2-1可以看出，參考文獻(xiàn)[20]可知,對旋風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)如下：
（1） 傳動效率高。葉輪直接安裝在電機(jī)軸上,改變了傳統(tǒng)的傳動結(jié)構(gòu),既避免了傳動裝置的頻繁損壞,減少了能量損耗,也提高了風(fēng)機(jī)裝置的傳動效率,同時也提高了使用效率。
（2） 對旋軸流通風(fēng)機(jī)最高壓力點(diǎn)的壓力值較高，一般比普通帶后導(dǎo)的軸流風(fēng)機(jī)的壓力高1.2～1.3倍。
（3） 靜壓效率高。由于采用對旋結(jié)構(gòu)，減少了兩級工作輪之間中的導(dǎo)葉，降低了風(fēng)機(jī)內(nèi)部阻力損失，提高了風(fēng)機(jī)的靜壓效率。
（4） 最高效率高，高效運(yùn)行范圍廣。對旋風(fēng)機(jī)比前置導(dǎo)葉兩級風(fēng)機(jī)的最高效率高出約8%，比后置靜葉型兩級普通風(fēng)機(jī)最高效率高4%～5%，其高效運(yùn)行范圍廣.
（5） 軸流對旋風(fēng)機(jī)使用靈活。對旋風(fēng)機(jī)兩級工作輪分別由兩臺電機(jī)驅(qū)動，因而對旋風(fēng)機(jī)對應(yīng)不同的使用狀態(tài)，可進(jìn)行各式各樣的組合，使其中一級空轉(zhuǎn)可組成前導(dǎo)加動葉級或動葉加后導(dǎo)葉級，亦可配備一個靜葉作為附件，可以調(diào)節(jié)柵距以實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量調(diào)節(jié)。對旋風(fēng)機(jī)可變轉(zhuǎn)速和兩轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比來調(diào)節(jié)流量，這是對旋風(fēng)機(jī)所特有的。
(6) 對旋軸流對旋風(fēng)機(jī)，有良好的逆向送風(fēng)性能，回風(fēng)量可達(dá)到60%～70%的送風(fēng)量。由于對旋風(fēng)機(jī)可以利用電機(jī)的反轉(zhuǎn)反風(fēng)，既不需建擴(kuò)散器和擴(kuò)散塔，也不需建風(fēng)機(jī)房和反風(fēng)道，施工工藝簡單，因此可大大縮短工期。與其他風(fēng)機(jī)相比，其輔助設(shè)備少，控制環(huán)節(jié)少，安全可靠性好，可節(jié)約70%的土建工程費(fèi)
但是對于設(shè)計對旋風(fēng)機(jī)來說還有問題，問題如下：
（1） 對旋風(fēng)機(jī)中電動機(jī)的散熱問題。由于在對旋軸流式通風(fēng)機(jī)中，電機(jī)是與葉輪直聯(lián)，固定于風(fēng)機(jī)中，電機(jī)工作在含有高瓦斯?jié)舛鹊臍怏w之中，所以就無法使用風(fēng)機(jī)中自身風(fēng)流來散熱。而普通軸流式風(fēng)機(jī)，電機(jī)置于自由大氣中，可以充分利用這個得天獨(dú)厚的條件。
（2） 電機(jī)的防爆問題。與普通軸流風(fēng)機(jī)的電機(jī)放在風(fēng)機(jī)外面相比，相當(dāng)于把井上主扇送回到井下的惡劣環(huán)境中，因此電機(jī)要防爆。但是，風(fēng)機(jī)的II級電機(jī)隔流腔內(nèi)可能存在瓦斯超限。隨著抽出式對旋風(fēng)機(jī)的投入使用，發(fā)現(xiàn)其第一級風(fēng)機(jī)的I級電動機(jī)隔流腔內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.1%～0.3%，與周圍環(huán)境中的瓦斯?jié)舛认嗤淮嬖诎踩[患；而其第二級風(fēng)機(jī)的II級電動機(jī)隔流腔內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到2.2%～2.8%，存在著隔流腔內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸迒栴}，造成II級電動機(jī)周圍瓦斯聚集。
（3） 軸伸端軸承使用壽命短。由于風(fēng)機(jī)葉片產(chǎn)生的軸向力、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的殘余不平衡力、電磁拉力、風(fēng)量風(fēng)壓變化將產(chǎn)生的推力等，這些風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的徑向力、軸向力形成當(dāng)量動負(fù)荷，對軸承壽命威脅是致命的損壞因素。所以靠近電機(jī)軸伸端的軸承容易抱軸、燒毀，嚴(yán)重時整個定子繞組被燒毀，這不僅降低了軸承的使用壽命，同時降低了風(fēng)機(jī)的使用壽命。這一點(diǎn)尤其在局扇上較為突出。
（4） 軸流式通風(fēng)機(jī)后級電機(jī)容易燒壞。軸流通風(fēng)機(jī)壓力大，通風(fēng)距離長，通風(fēng)距離與流量成反比，只要通風(fēng)距離稍微增大，如果兩級葉輪設(shè)計的匹配性不好，II級電機(jī)負(fù)載增加比第一級快，當(dāng)達(dá)到一定通風(fēng)距離時，雖然兩級風(fēng)機(jī)的總功率尚未達(dá)到單級的2倍，但是II級電機(jī)的負(fù)載已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了額定功率，造成II級電機(jī)的超載運(yùn)行，從而導(dǎo)致電機(jī)的燒毀。
（5） 如果沒有消聲裝置，風(fēng)機(jī)的噪聲大。在煤礦因為風(fēng)機(jī)的噪聲大，而掩埋了其它設(shè)備不正常運(yùn)轉(zhuǎn)聲音和其他的的報警聲音，從而導(dǎo)致了不少的惡性事件。降低風(fēng)機(jī)的噪聲，勢在必行。
針對以上問題提出的解決措施如下:
（1） 針對對旋風(fēng)機(jī)中電機(jī)散熱的問題
由風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境(含有大量瓦斯和煤塵，氣體潮濕)決定了電機(jī)不能由風(fēng)機(jī)的風(fēng)流來冷卻，而且電機(jī)還必須和風(fēng)機(jī)內(nèi)的爆炸性氣體隔離，在這種情況下，經(jīng)過專家的研究，采用了隔流腔結(jié)構(gòu)。隔流腔的結(jié)構(gòu)如圖2-3
圖2-3 隔流腔結(jié)構(gòu)示意圖
在上圖的結(jié)構(gòu)中，電機(jī)被一特殊的密閉腔密閉，使電機(jī)不僅能夠通過進(jìn)、出氣翼管從風(fēng)道之外獲得新鮮風(fēng)流來冷卻，而且有效地防止了因電氣火花點(diǎn)瓦斯而引起瓦斯煤塵爆炸事故。
（2） 針對電機(jī)的防爆問題。
針對對旋風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境，電機(jī)的防爆是最重要的問題。當(dāng)然首先應(yīng)該選用防爆電機(jī)，其次就是隔離電機(jī)。隔離同樣采取上述結(jié)構(gòu)圖中的方式，相對I級主風(fēng)流道而言，I級隔流腔內(nèi)氣體處于正壓狀態(tài)，主風(fēng)流道的含瓦斯氣體的污風(fēng)不可能向I級隔流腔泄漏，I級隔流腔內(nèi)的I級電動機(jī)始終處于新鮮風(fēng)流下工作，不存在安全隱患；而II級主風(fēng)流道的風(fēng)流則處于正壓狀態(tài)，遠(yuǎn)高于II級隔流腔中的靜壓，因此，II級主風(fēng)流道中含瓦斯氣體的污風(fēng)可能向II級隔流腔中泄漏，其泄漏有3個途徑:①隔流腔焊縫不連續(xù)、不嚴(yán)實(shí)，導(dǎo)致瓦斯從焊縫處內(nèi)泄;②電動機(jī)安裝面及隔流腔后蓋處密封不好，導(dǎo)致瓦斯內(nèi)泄;③電動機(jī)軸承處泄漏。前兩種情況可以通過加強(qiáng)焊接質(zhì)量、電動機(jī)安裝面加強(qiáng)密封等技術(shù)措施解決，但對軸承處的泄漏，可以采用負(fù)壓腔體結(jié)構(gòu)，負(fù)壓腔安裝在II級電動機(jī)軸伸端的軸承前端，通過負(fù)壓腔的安裝，可以使II級電機(jī)隔流腔內(nèi)的氣壓大于流道內(nèi)的壓力，有效的防止了有害氣體進(jìn)入II級隔流腔，解決了II級隔流腔內(nèi)瓦斯的超限問題。
（3） 針對電動軸伸端軸承使用壽命短的問題
經(jīng)研究也提出了一些整改措施。對旋風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時軸承不僅承受徑向力，尤其對于高壓風(fēng)機(jī)軸承還承受著很大軸向力。長期在這種情況下工作就會導(dǎo)致軸承燒壞、抱軸的危險。通過合理設(shè)計軸承室的結(jié)構(gòu)，改進(jìn)軸承結(jié)構(gòu)的方式，合理選用耐高溫的潤滑脂，來防止軸承的損壞，延長軸承的使用壽命，從而延長了風(fēng)機(jī)的使用壽命。
（4） 針對軸流式通風(fēng)機(jī)后級電機(jī)容易燒壞的問題
后級電機(jī)容易燒壞，從現(xiàn)場電機(jī)燒毀的情況來看，主要原因:一是長距離送風(fēng)時風(fēng)量減少，電機(jī)冷卻效果不好；二是長距離送風(fēng)時，II級電機(jī)的負(fù)載增大，超載運(yùn)行。因此，在解決電機(jī)燒毀問題時，必須從這三個方面入手:第一，可以通過提高電動機(jī)的散熱效果著手，這一點(diǎn)，上面已經(jīng)闡述過。第二，改進(jìn)葉型結(jié)構(gòu)，防止電機(jī)超載運(yùn)行。第三，合理分配風(fēng)機(jī)前后兩級葉輪的壓力負(fù)載。改進(jìn)前后的風(fēng)機(jī)性能功率曲線。由圖中可以看出改進(jìn)設(shè)計后，一級風(fēng)機(jī)的最大功率有所增大，而二級風(fēng)機(jī)的最大功率減少，減小的幅度大于一級葉輪增大的幅度。當(dāng)通風(fēng)阻力(距離)發(fā)生變化時，第一級風(fēng)機(jī)的負(fù)載首先達(dá)到最大值，然后逐漸減小，而第二級風(fēng)機(jī)的負(fù)載隨通風(fēng)距離的增大而增大，直至達(dá)到最大值，然后通風(fēng)阻力再增大時，第二級風(fēng)機(jī)的輸出功率將逐漸減少，輸出功率最大
不超過額定功率的95%，使II級電機(jī)輸出功率永不過載.
（5） 針對如果沒有消聲裝置,風(fēng)機(jī)噪聲大的問題
風(fēng)機(jī)只要運(yùn)轉(zhuǎn)，就會有噪聲，風(fēng)機(jī)的噪聲的大小也是衡量一個風(fēng)機(jī)好壞的標(biāo)準(zhǔn)。通風(fēng)機(jī)在工作時，產(chǎn)生的噪聲主要包括空氣動力性噪聲和機(jī)械性噪聲。其中，空氣動力性噪聲的強(qiáng)度最大，是通風(fēng)機(jī)噪聲的主要成分?？諝鈩恿π栽肼曈职ㄐD(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲屬于偶極子聲源，它主要與葉片數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)，其強(qiáng)度大致與速度的10次方成正比。渦流噪聲的強(qiáng)度與氣流速度的6次方成正比。從通風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理及其特性可以看出，最優(yōu)化的氣動性能設(shè)計是獲得最低空氣動力性噪聲的根本方法。此外，其通流部位的合理設(shè)計與匹配不但可以獲得較高的效率，而且其噪聲也可得到控制?？梢酝ㄟ^增加葉柵氣動力載荷，盡可能降低圓周速度，適當(dāng)減小輪轂比，降低軸向速度，不等間距動葉和合理的葉片數(shù)，合理的軸向間隙和徑向間隙，采用彎掠葉片的方法來降低風(fēng)機(jī)噪聲。上面是從聲源上控制噪聲，為了防止噪聲的傳播，可以從傳播體途徑上控制噪聲。對于局扇，在通風(fēng)機(jī)輻射的噪聲中，其進(jìn)出口部位輻射的噪聲強(qiáng)度最大。抑制這部分噪聲最有效的措施是在通風(fēng)機(jī)的進(jìn)出氣口安裝消聲器。目前在市場上的消聲器很多，對旋風(fēng)機(jī)應(yīng)用較多的是穿孔板消聲器。消聲材料夾放在風(fēng)機(jī)的內(nèi)筒和外筒之間，內(nèi)筒為微穿孔板結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒可以從外筒中抽出，方便消聲材料的更換或者清洗。
對于主扇，一般采用加裝隔聲罩或蓋風(fēng)機(jī)房。加裝隔聲罩就是將通風(fēng)機(jī)用密閉的罩包圍起來，罩內(nèi)可加吸聲結(jié)構(gòu)，噪聲在罩內(nèi)多次反射，大部分聲能被吸收，使噪聲大大降低?，F(xiàn)場采用較多的是蓋風(fēng)機(jī)房，在房內(nèi)采取隔聲、加消聲器等措施，這樣機(jī)房內(nèi)的噪聲雖然較大，但外界噪聲則小得多。
第3章 通風(fēng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 通風(fēng)方式的確定
通風(fēng)機(jī)通風(fēng)按其工作方式不同分為壓入式、抽出式二種。
3.1.1 抽出式通風(fēng)
抽出式通風(fēng)是把局部通風(fēng)機(jī)安裝在離巷道口10m以外的回風(fēng)側(cè)。新鮮風(fēng)流沿巷道流入，污風(fēng)通過鐵風(fēng)筒由局部通風(fēng)機(jī)排出。在瓦斯礦井中一般不使用抽出式通風(fēng)。
抽出式通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)很多：（1）污風(fēng)經(jīng)風(fēng)筒排出，掘進(jìn)巷道中為新鮮風(fēng)流，勞動衛(wèi)生條件好；（2）放炮時人員只需撤到安全距離即可，往返時間短；（3）而且所需排煙的巷道長度為工作面至風(fēng)筒吸入口的長度，故排煙時間短，有利于提高掘進(jìn)速度。
圖3-1 抽出式通風(fēng)
抽出式通風(fēng)的缺點(diǎn)是（1）風(fēng)筒吸入口的有效吸程短，風(fēng)筒吸風(fēng)口距工作面距離過遠(yuǎn)則通風(fēng)效果不好，（2）過近則放炮時易崩壞風(fēng)筒；（3）因污風(fēng)由局部通風(fēng)機(jī)抽出，一旦局部通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生火花，將有引起瓦斯、煤塵爆炸的危險，安全性差。在瓦斯礦井中一般不使用抽出式通風(fēng)。
3.1.2 壓入式通風(fēng)
壓入式通風(fēng)是把局部通風(fēng)機(jī)和啟動裝置安裝在離掘巷道口10m外的進(jìn)風(fēng)側(cè)，局部通風(fēng)機(jī)把新鮮風(fēng)流經(jīng)風(fēng)筒壓送到掘進(jìn)工作面，污風(fēng)沿巷道排出。工作面爆破后，煙塵充滿迎頭形成炮煙拋擲區(qū)。風(fēng)流由風(fēng)筒射出后，按紊動射流的特性使炮煙被卷吸到射出的風(fēng)流中，二者摻混共同向前移動。用于以排出瓦斯為主的煤巷、半煤巖巷掘進(jìn)通風(fēng)。其機(jī)構(gòu)如圖3-2所示
壓入式通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn):
（1）局部通風(fēng)機(jī)和啟動裝置都位于新鮮風(fēng)流中，不易引起瓦斯和煤塵爆炸，安全性好；
（2）風(fēng)筒出口風(fēng)流的有效射程長，排煙能力強(qiáng)，工作面通風(fēng)時間短；
（3）可用柔性風(fēng)筒，其成本低、重量輕，便于運(yùn)輸，而抽出式通風(fēng)的風(fēng)筒承受負(fù)壓作用，必須使用剛性或帶剛性骨架的可伸縮風(fēng)筒，成本高，重量大，運(yùn)輸不便。
壓入式通風(fēng)的缺點(diǎn):
（1）污風(fēng)沿巷道排出，污染范圍大；
（2）炮煙從掘進(jìn)巷道排出的速度慢，需要的通風(fēng)時間長。適用于以排出瓦斯為主的煤巷、半煤巖巷掘進(jìn)通風(fēng)。
圖3-2 壓入式通風(fēng)
從以上比較可以看出，兩種通風(fēng)方式各有利弊。但壓入式通風(fēng)安全可靠性較好、經(jīng)濟(jì)性好、通風(fēng)距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。故在煤礦中得到廣泛應(yīng)用?？紤]到本風(fēng)機(jī)應(yīng)用環(huán)境為礦井掘進(jìn)段，瓦斯含量較高并且電動機(jī)的散熱等都要依靠流動的空氣，通風(fēng)機(jī)中的消聲材料應(yīng)避免灰塵大的地方，應(yīng)在上風(fēng)端等等因素考慮，故采用壓入式。
3.2結(jié)構(gòu)方案簡圖設(shè)計
采用多段式殼體。已知設(shè)計參數(shù)Q=25m3/s、全壓達(dá)到H=3000Pa，一般的礦用軸流式風(fēng)機(jī)主要?dú)鈩硬考腥~輪，外殼，集流器，疏流罩以及出口處的擴(kuò)散器組成軸流通風(fēng)機(jī)。但對旋通風(fēng)機(jī)兩級葉輪使用兩個電動機(jī)驅(qū)動，以電機(jī)直接驅(qū)動，并且兩個葉輪之間互為導(dǎo)葉。將風(fēng)機(jī)葉輪、電動機(jī)、集流器、擴(kuò)散器等分別裝各段殼體，殼體與法蘭焊接在一起，然后用螺栓將這些零件緊固在一起。對旋軸流的條件下，設(shè)計所需風(fēng)機(jī)風(fēng)壓。因此不需要導(dǎo)葉總體的機(jī)構(gòu)設(shè)計如圖3-3。
1-集流器;2-隔爆電機(jī);3-第一級葉輪;4-第二級葉輪;5-擴(kuò)散器
圖3-3 對旋軸流通風(fēng)機(jī)示意圖
3.3 主要結(jié)構(gòu)形式的選取
在進(jìn)行葉輪葉柵氣動設(shè)計計算時，必須合理選取葉輪的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，如輪轂比，外徑，葉片數(shù)等，以保證軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)計所需要的滿足的壓力，流量得以實(shí)現(xiàn)。
3.3.1 擴(kuò)散器
軸流通風(fēng)機(jī)級的出口動壓在全壓中所占的比例比離心通風(fēng)機(jī)大的多，這是因為軸流風(fēng)機(jī)工作時，通風(fēng)機(jī)級的出口氣流軸向速度相當(dāng)大，與之相對應(yīng)的動壓約占通風(fēng)機(jī)全壓的30%-50%為了減少軸流風(fēng)機(jī)出口流速，提高靜壓，同時由于井下的空氣潮濕有毒,所以作為擴(kuò)散器口消聲器的吸聲材料應(yīng)具有防潮，防腐和阻燃性質(zhì)。此外由于通風(fēng)機(jī)的出口處安裝擴(kuò)散器還可以顯著降低通風(fēng)機(jī)的排氣噪音。一般由錐形筒芯和風(fēng)筒組成,裝在風(fēng)機(jī)出口側(cè)。因此對于對旋的軸流通風(fēng)機(jī)更要加擴(kuò)散器以減少噪音。
（1）擴(kuò)散筒的形式。擴(kuò)散筒的結(jié)構(gòu)形式隨外筒和芯筒（整流體）的型式不同而異，如圖3-4所示。等直徑外筒及錐形或等直徑整流體，比流線型整流體制造更方便。從工藝考慮，流線型外殼加工不方便，增加成本；從工作環(huán)境考慮，采礦掘進(jìn)面工作空間相對狹小，不適用流線體外殼。再者通風(fēng)機(jī)的后面還要連接管道，流線體連接管道有一定的不方便。
（2） 擴(kuò)散筒的效率[22]。對于一般通風(fēng)機(jī)，可取
（3） 擴(kuò)散筒尺寸的確定。擴(kuò)散筒的長度L可以按經(jīng)驗公式選擇：
，
式中，L-擴(kuò)散筒長度，D-擴(kuò)散筒進(jìn)口直徑。
由于后導(dǎo)葉出來的氣流，其扭矩很小，故通常認(rèn)為氣流是軸向流入擴(kuò)散筒。為了保證在擴(kuò)散筒中流動時流動損失較小，擴(kuò)散筒的擴(kuò)壓不能太大。
圖3-4 擴(kuò)散筒的型式
3.3.2 集流器與流線罩
集流器與流線罩一起，組成了光滑的漸縮形流道。其作用是使氣流在其中得到加速，以便在損失很小的條件下，能在軸流通風(fēng)機(jī)級的入口前面建立起均勻的速度場和壓力場。通風(fēng)機(jī)級的入口條件對于通風(fēng)機(jī)的工作有很大的影響，如果在設(shè)計中缺少其中任何一個部件，以及設(shè)計不甚合理，都會惡化級的入口條件，使得通風(fēng)機(jī)性能變壞。
集流器對于軸流通風(fēng)機(jī)的性能有很大的影響，實(shí)驗表明沒有集流器的軸流通風(fēng)機(jī)比具有集流器的通風(fēng)機(jī)的全壓及全壓效率分別低10%-12%及10%-15%。有急流氣的通風(fēng)機(jī)的流量系數(shù)也要增加一些[4]。
集流器是強(qiáng)力風(fēng)機(jī)上的一個關(guān)鍵部件，它是用2mm厚的A3鋼板，通過剪板、焊接、翻邊制成。 由于其直徑較大，板厚較薄，在翻邊時容易起皺和出現(xiàn)裂紋，這是不允許的。 以前生產(chǎn)廠家做了一付工裝，焊成喇叭口，將圓弧部分在工裝上用手工一點(diǎn)一點(diǎn)敲成的。作用是使氣流順利地進(jìn)入風(fēng)機(jī)的環(huán)行入口信道，并在葉輪入口處,形成均勻的速度場。目前，礦用通風(fēng)機(jī)集流器型線為圓弧形，疏流罩的型面為球面或橢球。
這里為了提高通風(fēng)量和通風(fēng)效率采用橢圓形的流線罩,集流器為圓弧形。
3.3.3 葉輪
葉輪是風(fēng)機(jī)的主要部件，決定著風(fēng)機(jī)性能的主要因素是風(fēng)機(jī)翼型，葉輪外徑，外徑對輪轂直徑的比值和葉輪轉(zhuǎn)速。適用于礦用風(fēng)機(jī)的翼型有對稱翼型，CLARK-Y翼型，LS翼型和RAF-6E等。葉輪外徑和風(fēng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速決定圓周速度，直接影響到風(fēng)機(jī)全壓。輪轂比與風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。一般說來,輪轂比大時,軸向速度Ca增大，葉片數(shù)目z和葉片相對寬度b/l(b為弦長，l為葉展)也相應(yīng)增大,風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓系數(shù)提高；反之。輪轂比小,多數(shù)取0.6，風(fēng)壓系數(shù)也較低。葉輪葉片安裝角直接影響旋繞速度的增量，影響風(fēng)機(jī)全壓。通常，可在10～45°范圍內(nèi)調(diào)整[4]。這里的選用LS翼型與輪轂直接直接用鋁合金鑄造而成，之后再進(jìn)行修整由于葉輪是通風(fēng)機(jī)一個重要的部件因此要對其的加工要有嚴(yán)格的要求。對于一臺軸流式通風(fēng)機(jī)而言，葉輪是其核心的部件，也是最難加工的部件，在鑄造葉輪的時候為了加強(qiáng)葉輪的強(qiáng)度，因此在葉輪的中心加一個已經(jīng)用車床車好一個心，這樣即加強(qiáng)了葉輪的強(qiáng)度，同時也提高加工的精度，加少了鑄造工藝的難度。這樣減輕了鑄造后的加工量特提高了加工的精度。在材料方面由于近年來鎂合金的價格不斷地下降因此和鋁合金的價格相差不多，但性能卻遠(yuǎn)優(yōu)于鋁合金。其特點(diǎn)是：密度小（1.8g/cm3左右），比強(qiáng)度高，彈性模量大，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機(jī)物和堿的腐蝕性能好。質(zhì)量輕、剛性好、具有一定的耐蝕性和尺寸穩(wěn)定性、抗沖擊、耐磨、衰減性能好及易于回收；另外還有高的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能、無磁性、屏蔽性好和無毒的特點(diǎn)。因此這里選用鎂合5A06金進(jìn)行鑄造。
3.3.4 外殼
對旋通風(fēng)機(jī)的噪音問題也比其它的軸流通風(fēng)機(jī)的噪音大，因此要在通風(fēng)機(jī)的殼體上加裝消音裝置，以減少通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪音對人身體產(chǎn)生的危害。為了減少體積選擇把消音材料放在外殼體與內(nèi)殼體之間，這樣能具有良好的消音效果還能不會影響通風(fēng)機(jī)的體積。同時由于我要設(shè)計的風(fēng)機(jī)要應(yīng)用于井下，由于井下的掘進(jìn)面是一個粉塵很大的空間，通風(fēng)機(jī)的消音材料要求一個小粉塵的工作環(huán)境，以發(fā)揮其良好的靜音效果。風(fēng)機(jī)外殼呈圓筒形,重要的是葉輪外緣與外殼內(nèi)表面的徑向間隙應(yīng)盡可能地減小。這樣也會降低風(fēng)機(jī)的噪音。
3.3.5 確定通風(fēng)機(jī)各級風(fēng)壓比
風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓比是決定各級葉輪和導(dǎo)葉的主要參數(shù)之一。通常，前后兩級葉輪分別用等功率、等轉(zhuǎn)速的電動機(jī)驅(qū)動，因而他們的轉(zhuǎn)速比n1/n2=1.對旋軸流通風(fēng)機(jī)的全壓為兩個葉輪全壓之和，從合理分配前后兩級葉輪的壓力負(fù)載角度看，兩個葉輪最佳的理論全壓各位通風(fēng)機(jī)理論全壓的一半，這樣設(shè)計不僅能夠保證通過兩級葉輪氣流比較平穩(wěn)，滿足對旋軸流通風(fēng)機(jī)氣流的連續(xù)性條件，有利于提高風(fēng)機(jī)的全壓效率，因此兩個葉輪的全壓各為通風(fēng)機(jī)全壓的一半。
3.3.6 選擇電動機(jī)的功率和型號
按下式計算電動機(jī)功率為:
式中─電動機(jī)功率儲備系數(shù)，對于軸流風(fēng)機(jī)，一般。
選擇電動機(jī)YB250M-2,技術(shù)數(shù)據(jù)如下：
額定功率為55KW
效率91.5%
功率因數(shù)0.89
電流59.1A
轉(zhuǎn)動慣量=1.0096K
表3-1 方案的選擇結(jié)果
n/(r/min)
2970
備注
/Pa
1500
341
級型式
K+K
——
0.32
由級型式的范圍
0.85
——
計算D/m
0.56
圓整D/m
0.6
按文獻(xiàn)[7]
/（m/s）
93
軸流通風(fēng)機(jī)提高轉(zhuǎn)速可以減少葉輪直徑及機(jī)器尺寸，并有利于提高通風(fēng)機(jī)的效率。但是轉(zhuǎn)速的提高也受到一定的限制。如果提高轉(zhuǎn)速使通風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速增加，有可能得不到合理的通風(fēng)機(jī)級數(shù)，而且增加了圓周速度，從而使通風(fēng)機(jī)噪音增加。
對于對旋通風(fēng)機(jī)級數(shù)一般為兩級，在機(jī)械設(shè)計中在滿足要求的情況下機(jī)械結(jié)構(gòu)越簡單越好，因此先選擇兩級的形式。
圓周速度是軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)計中的重要參數(shù)之一。實(shí)踐表明，提高軸流通風(fēng)機(jī)的圓周速度，可以提高風(fēng)機(jī)的全壓H。實(shí)驗證實(shí)，葉輪葉頂圓周速度=(60-100)m/s比較合適。但是圓周速度的提高，風(fēng)機(jī)的噪音也將隨之提高，因為通風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的噪音與ut10成正比，而渦流噪音與ut6成正比 [4]。
葉輪直徑D是軸流通風(fēng)機(jī)的一個重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，其大小直接影響通風(fēng)機(jī)的性能和結(jié)構(gòu)。常用的一種方法是根據(jù)大量試驗研究現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)的統(tǒng)計資料。人們發(fā)現(xiàn)葉輪直徑D與全壓H、流量、及轉(zhuǎn)速n之間存在一定的關(guān)系，即與通風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速ns存在一定的關(guān)系。
分別計算各種預(yù)選方案中通風(fēng)機(jī)的計算比轉(zhuǎn)數(shù)ns，由比轉(zhuǎn)數(shù)ns查得對應(yīng)軸流風(fēng)機(jī)的全壓系數(shù)及全壓效率。初步計算出不同方案通風(fēng)機(jī)的葉輪直徑D，然后圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，在求出其葉頂圓周速度。具體計算結(jié)果列與上表3-1。
當(dāng)設(shè)計參數(shù)給定后，可計算出比轉(zhuǎn)數(shù)，根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)的大小即可決定采用哪種型式的通風(fēng)機(jī)[4]。
計算流量系數(shù)
= = 0.95
計算全壓系數(shù)
==0.3
第4章 葉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1 第一級葉輪的設(shè)計
4.1.1 確定葉輪轂比及輪轂直徑
在軸流通風(fēng)機(jī)中，葉輪輪轂直徑通常用它的相對值來表示，稱為通風(fēng)機(jī)的輪轂比。
當(dāng)通風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)為341時，可選用=0.6。按表4-1當(dāng)=0.3時=0.5-0.6.取=0.6是合適的。
表4-1 不同全壓系數(shù)時所推薦采用的輪轂比
0.2
0.2-0.4
>0.4
0.35-0.45
0.5-0.6
0.6-0.7
由此得到葉輪輪轂直徑
=0.60.6=0.36m （4-1）
為判斷葉輪葉片和后導(dǎo)流器根部是否會發(fā)生氣流分離，應(yīng)該驗算是否所取的輪轂比：
求得通風(fēng)機(jī)的軸向速度
m/s （4-2）
則得到通風(fēng)機(jī)的無因次軸向速度為
（4-3）
由表3-1的計算結(jié)果得到通風(fēng)機(jī)的全壓效率=0.85，則通風(fēng)機(jī)的理論全壓系數(shù)為：
（4-4）
最佳計算參數(shù)，查得。[4]可計算出第一級風(fēng)機(jī)葉輪的計算函數(shù)為
（4-5）
可以計算葉輪的最小允許輪轂比為
（4-6）
由于所決定的輪轂比,所以滿足葉輪的最小允許輪轂比。
對于導(dǎo)流器，可計算函數(shù)為：
（4-7）
可以得到導(dǎo)流器的最小允許輪轂比為：
（4-8）
由于所決定的輪轂比=0.6＞，所以在后導(dǎo)流器葉片根部也不會產(chǎn)生氣流分離
4.1.2 確定計算截面
將整個葉片分成5個計算截面，其中相對半徑為
（4-9）
其它計算截面半徑可按
（4-10）
式中 ——第個計算半徑；
——從輪轂截面算起的計算截面序號， =1，2，……N；
N——計算截面數(shù)，常取5-7個。
各計算截面葉片環(huán)氣流參數(shù)和空氣動力負(fù)荷系數(shù)計算，各計算截面的空氣動力負(fù)荷系數(shù)均未超過1.0，所以按孤立。翼型法設(shè)計是合適的。
4.1.3 葉片幾何尺寸的計算
計算結(jié)果列于表4-2中。
選用LS翼型，該翼型的性能曲線可見是光滑的，翼型的斷面坐標(biāo)值列于表4-4。
根據(jù)前述對翼型相對厚度的選取原則，在葉根及葉頂截面分別為0.1 和0.8，中間各截面的可按直線規(guī)律變化，通過差值計算得出。
葉根及葉頂?shù)娜~片總寬度由計算得到而中間各截面的可按直線規(guī)律變化，通過差值計算得出。對于葉片數(shù)目的選擇計算，由表4-3，當(dāng)時，Z=6-12。又由式
（4-11）
當(dāng)=0.5-0.7時，=0.9-1.5[4] 所以取Z=8。
表4-2 葉輪氣流參數(shù)和幾何尺寸計算表
項目及公式
單位
計算截面
備 注
1
2
3
4
5
m
0.180
0.216
0.247
0.275
0.3
m；
0.6
0.72
0.82
0.92
1
m為葉輪半徑
m/s
55.95
67.14
76.78
85.48
93.26
r/min
m/s
26.28
21.90
19.15
17.20
15.76
等環(huán)量設(shè)計時沿葉高為常數(shù)
m
138.26
138.26
138.26
138.26
138.26
等環(huán)量設(shè)計時沿葉高為常數(shù)
m/s
144.74
149.24
153.73
158.17
162.50
C1u=0
(°)
72.80
67.88
64.07
60.94
58.30
0.36
0.30
0.25
0.22
0.20
續(xù)
項目及公式
單位
計算截面
備注
1
2
3
4
5
1.025
—
—
—
0.87
0.35
—
—
—
0.23
0.66
0.60
0.54
0.48
0.43
中間各界面差值計算
m
0.35
0.32
0.29
0.25
0.23
1.03
0.94
0.91
0.89
0.87
(°)
6.53
6.21
5.92
5.68
5.46
(°)
79.33
74.09
69.99
66.62
63.76
mm
82.5
75
67.5
60
53.8
mm
8.3
7.5
6.8
6.0
5.4
表4-3 葉片數(shù)目與輪轂比之間的關(guān)系
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Z
2-6
4-8
6-12
8-16
10-20
4.1.4 葉片的繪制
根據(jù)所選擇的翼型坐標(biāo)，計算結(jié)果列于表4-4中。
表4-4 弦長b在葉柵額線及葉柵軸向方向的投影
B投影
單位
相對半徑
0.60
0.72
0.82
0.92
1.00
mm
81.1
72.1
63.4
55.1
48.3
mm
15.3
20.6
23.1
23.9
25.3
各計算截面翼型的重心坐標(biāo)、中心距翼型前后緣的距離在葉柵額線及葉柵軸向方向的投影列于表4-5中。
表4-5 氣流參數(shù)及葉片幾何尺寸沿相對半徑的變化
項目
單位
相對半徑
0.60
0.72
0.82
0.92
1.00
mm
36.7
33.4
30.0
26.7
23.9
mm
3.5
3.2
2.9
2.5
2.3
mm
36
32
28
25
21
mm
6.8
9.2
10.3
10.6
10.9
mm
45.1
40.1
35.4
30.1
27.3
mm
8.5
10.4
12.8
13.3
14.4
LS翼型的原始翼型為英國LS螺旋槳翼型，后來稍加修改用于軸流通風(fēng)機(jī)。其坐標(biāo)如表4-6所示。
表4-6 LS翼型斷面坐標(biāo)值
距前緣
點(diǎn)距離
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
上表面
坐標(biāo)
59.12
78.6
96.1
100
99.1
96.1
87.3
74.7
57.2
36.9
計算出各計算截面的翼型向何尺寸，翼型重心位置等，最后結(jié)合各計算截面上的葉片寬度和葉片安裝角即可繪制各計算截面的葉片翼型圖。上述計算結(jié)果實(shí)際上給出了不同半徑上長度為的葉片，將這些葉片依次組合在一起便構(gòu)成了一個完整的葉片。如圖4-2。
LS翼型圖如圖4-1所示
圖4-1 LS翼型結(jié)構(gòu)圖
圖4-2 計算截面圖
4.1.5 葉輪強(qiáng)度計算
軸流通風(fēng)機(jī)的葉輪旋轉(zhuǎn)，葉片受離心力和氣流流動引起的壓力，前者引起拉伸，后者導(dǎo)致彎曲。
葉片根部的離心力最大，一般來說，葉片根部的拉伸應(yīng)力也最大。
式中 —葉片根部的離心拉應(yīng)力，單位為N/m3
—葉片根部所受離心力，單位為N
—葉片根部最小截面積，單位為m2
由于本設(shè)計的葉片均為變截面葉片，所以要按照變截面的離心力算法計算離心力。將葉片近似看成葉片截面弦長和相對厚度從葉根到葉頂線性變化（葉根大、葉頂?。~片弦長、相對厚度可以表示為：
式中—半徑處的截面弦長，單位為m；
—葉根截面弦長，單位為m；
—弦長沿徑向變化的系數(shù)；
—葉片任意截面所在半徑，單位為m
—葉根半徑，單位為m；
—半徑處的截面的相對厚度；
—葉根截面相對厚度；
—相對厚度沿徑向變化的系數(shù)；
—葉輪半徑處葉片截面離葉根的距離，單位為m
那么，如果葉片截面輪廓線是按弦長b及厚度c線性變化的，葉根截面面積為則葉輪半徑r處的葉片截面積為
（1+k1x）2（1+k2x） (4-12)
整個葉片的體積V（單位為m3）按下式計算
(4-13)
葉片質(zhì)心與葉輪旋轉(zhuǎn)中心距離（單位為m）
= (4-14)
計算葉片所受的離心力
（4-15)
式中—葉片長度，單位為m。
利用上式可以比較精確的求出葉根的離心力。由于葉片是邊截面的，應(yīng)根據(jù)文獻(xiàn)[4]的變截面葉片的葉根離心力的計算公式計算離心力。如前所述，可以知道的已知條件為：
B=0.102m，m, m,m,m。
可以得到
=6.0105N
通過CAD軟件計算葉根截面面積。
60MPa
式中為5A06的拉伸極限強(qiáng)度。所以葉輪選擇5A06可以滿足條件。
4.1.6 鍵的校核
選用鍵18×50(GB/T 1095-1979)，其機(jī)構(gòu)如圖3-5所示
鍵的尺寸為b=18mm,h=7mm,a=60mm，l=50mm。
1. 計算鍵的剪切力：
式中 — 鍵所傳遞的扭矩，N/ m2；
— 軸徑，m；
— 鍵的寬度,m；
— 剪切應(yīng)力,N；
圖3-5 鍵結(jié)構(gòu)簡圖
— 鍵的許用剪切應(yīng)力，一般鍵為45號鋼，可取
。
可知鍵是安全的。
2. 計算鍵的擠壓應(yīng)力：
N/m2
— 許用擠壓應(yīng)力，一般應(yīng)按輪轂材料進(jìn)行校核，因為輪轂材料的許用擠壓應(yīng)力較鍵的要求，45號鋼的許用擠壓應(yīng)力可取
鍵的選用符合設(shè)計要求。電動機(jī)的軸是經(jīng)過校核的，所以不用再慮，所以電動機(jī)軸上的鍵也是安全的
4.2 第二級葉輪的設(shè)計
4.2.1 確定葉輪轂比及輪轂直徑
在對旋通風(fēng)機(jī)中前后兩級葉輪由于在同一個風(fēng)筒能工作因此葉輪的輪轂比保持一致=0.6，軸向速度相等。但前后兩級葉輪所處的環(huán)境不相同因此還要進(jìn)行下面的計算。
為判斷葉輪葉片和后導(dǎo)流器根部是否會發(fā)生氣流分離，應(yīng)該驗算是否所取的輪轂比：
則得到通風(fēng)機(jī)的無因次軸向速度由式3-3為
最佳計算參數(shù)，查得取 n1= -0.6。[4]可計算出第二級風(fēng)機(jī)葉輪的計算函數(shù)為
可以計算葉輪的最小允許輪轂比由式4-6為
由于所決定的輪轂比,所以在葉輪葉片根部不會產(chǎn)生氣流分離。
對于導(dǎo)流器，可計算函數(shù)為：
==
可以得到導(dǎo)流器的最小允許輪轂比由式4-8為：
由于所決定的輪轂比=0.6＞，所以在后導(dǎo)流器葉片根部也不會產(chǎn)生氣流分離
4.2.2 確定計算截面
將整個葉片分成5個計算截面，其中相對半徑由式4-9為
其它計算截面半徑可按式3-10計算
各計算截面葉片環(huán)氣流參數(shù)和空氣動力負(fù)荷系數(shù)計算，各計算截面的空氣動力負(fù)荷系數(shù)均未超過1.0，所以按孤立翼型法設(shè)計是合適的。
4.2.3 葉片幾何尺寸的計算
計算結(jié)果列于表4-7中。
選用LS翼型，該翼型的性能曲線可見是光滑的，翼型的斷面坐標(biāo)值列于表
根據(jù)前述對翼型相對厚度的選取原則，在葉根及葉頂截面分別為0.1和0.8，中間各截面的可按直線規(guī)律變化，通過差值計算得出
表4-7葉輪氣流參數(shù)和幾何尺寸計算表
項目及公式
單位
計算截面
備 注
1
2
3
4
5
m
0.180
0.216
0.247
0.275
0.3
m
0.6
0.72
0.82
0.