矿用通风机设计毕业设计.doc
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摘要
此次设计是矿用通风机,采用的是对旋通风机,由于矿井开采时会有瓦斯气体溢出,可能引起爆炸,给工作人员增加了危险系数,对矿井的安全生产都是不利的。
此次设计是局部通风,采用了对旋隔爆轴流通风机,通风方式为压入式,采用了相同型号隔爆电机驱动叶轮,提高了矿下安全生产和人员的安全。
此通风机具有风量大、体积小等特点,并且在通风机的两级筒体及扩散器外面用超细玻璃棉的吸声结构,并在导流装置内填充吸声材料,达到了降噪的要求。
根据所给的设计参数及有关的设计要求。
具体内容包括:
总体结构方案的确定,叶轮的设计,流线罩,扩散器和集流器的设计,风机叶轮翼型尺寸的确定,通风机消声装置的设计。
本次设计更加注意对旋通风机的消音问题,注重了电动机的隔爆设计。
关键词:
对旋;隔爆;轴流通风机
Abstract
Thisdesignforminefan,usingthedisrotatoruventilator,becauseofthemineminingwillhavegasoverflow,maycauseblast,increasestherisktostaff,thesafetyofthemineproductionwillbeunfavourable.Thisdesignislocalventilation,adoptedforexplosion-proofaxialflowfan,ventilationmodeispressedintothetype,usingthesamemodel,flame-proofmotordrivenimpeller,improvethemineproductionsafetyandpersonnelsafety.Thefanhasthethecharacteristicsuchasbigairvolumesmallvolume,andinthetwostageoftheventilatoroutsideofthecylinderandthediffuserwithsuperfineglasswoolsound-absorbingstructure,andfillinthediversionsound-absorbingmaterial,hasreachedtherequirementofnoisereduction.
Accordingtothegivendesignparametersanddesignrequirements.Theconcretecontentincludes:
thedeterminationofgeneralstructurescheme,thedesignoftheimpeller,streamlinecover,thedesignofthediffuserandthecurrentcollector,streamlinecover,thedesignofthediffuserandthecurrentcollector,thedeterminationoffanaerofoilimpellersize,fanmufflerdevicedesign.Paymoreattentiontothedesignofrotaryfansoundattenuationproblem,payattentiontotheflame-proofmotordesign.
Keywords:
counterrotating;flameproof;aerofoilfan
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1选题意义 1
1.2通风机的原理及发展历史 1
1.3通风机的分类 2
1.3.1按工作原理的通风机分类 2
1.3.2按气流运动方向的通风机分类 2
1.3.3按压力大小的通风机分类 3
1.3.4按应用领域的通风机分类 3
1.4设计理论基础分析 3
第2章通风机主要结构设计 6
2.1通风机主要结构参数的确定 6
2.1.1确定电机的转速 6
2.1.2叶轮直径与叶顶圆周速度的确定 7
2.1.3流量系数及全压系数 8
2.1.4电机的选择 9
2.1.5叶轮的结构设计 9
2.2第一级叶轮叶片环的气流参数和空气动力负荷系数计算 12
2.2.1第一级叶轮叶片环的气流参数计算 12
2.2.2第一级叶轮叶片环的空气动力计算 15
2.3叶片几何尺寸的确定 17
2.3.1翼型的确定 17
2.3.2叶片数目的选择计算 20
2.3.3各计算截面的叶片尺寸参数 21
2.3.4各截面上的叶片安装角 22
2.4第一级叶轮叶片的绘制 23
2.4.1弦长在叶栅额线及叶栅轴向的投影 23
2.4.2各计算截面翼型的重心坐标 24
2.4.3重心距翼形前后缘的距离在叶栅额线及叶栅轴向上的投影24
2.4.4键的校核 25
2.5第二级叶轮叶片环的气流参数和空气动力负荷系数计算 27
2.5.1第二级叶轮叶片环的气流参数计算 27
2.5.2第二级叶轮叶片环的空气动力计算 29
2.6第二级叶轮叶片几何尺寸的确定 32
2.6.1第二级叶轮翼型的确定 32
2.6.2第二级叶轮叶片数目的选择计算 34
2.6.3第二级叶轮各计算截面的叶片尺寸参数 35
2.6.4第二级叶轮各截面上的叶片安装角 36
2.7 第二级叶轮叶片的绘制 37
2.7.1弦长在叶栅额线及叶栅轴向的投影 37
2.7.2各截面翼型的重心坐标 37
2.7.3重心距翼型前后缘的距离在叶栅额线及叶栅轴向上的投影 38
第3章集流器与流线罩的结构设计 39
3.1集流器的选择 39
3.1.1集流器型线的选择 39
3.1.2集流器尺寸的确定 39
3.2流线罩的选择 40
3.2.1流线罩型式的选择 40
3.2.2流线罩尺寸的确定 40
3.3集流器与流线罩的结构 40
第4章扩散器 42
4.1扩散器的型式 42
4.2扩散器尺寸的确定 43
第5章风机筒体的设计 44
第6章噪声的控制 46
6.1环境噪声污染的危害 46
6.2噪声治理的措施 46
6.3消声结构设计 47
结论 48
致谢 49
参考文献 50
CONTENTS
Abstract I
Chapter1Introduction 1
1.1Topicselectionsignificance 1
1.2Theprincipleoftheventilatoranddevelopmenthistory 1
1.3Fanclassification 2
1.3.1Accordingtotheworkingprincipleoftheventilatorclassification 2
1.3.2Accordingtotheclassificationoftheventilatorairflowdirection 2
1.3.3Accordingtothesizeofthepressureventilatorclassification 3
1.3.4Accordingtotheapplicationinthefanclassification 3
1.4Designtheorybaseanalysis 3
Chapter2Theventilatormainstructuredesign 6
2.1TheventilatormainstructureofParameters 6
2.1.1Determinethespeedofthemotor 6
2.1.2Impellerbladetipandthediametercircledeterminethespeed 7
2.1.3Theflowcoefficientandthepressurecoefficient 8
2.1.4Motorchoice 9
2.1.5Thedesignofthestructureofimpeller 9
2.2CalculationThefirstleveloftheimpellerbladeringgasParametersandairpowerloadcoefficient 12
2.2.1CalculateThefirstlevelimpellerbladesofairflowParameterring 12
2.2.2Thefirstlevelimpellerbladesofairpowercalculationring 15
2.3Thedeterminationofbladegeometrysize 17
2.3.1Wingtodeterminethetype 17
2.3.2Leafnumberofchoiceiscalculated 20
2.3.3ThecalculationofthebladesectionsizeParameters 21
2.3.4EachsectionofthebladeinstallationAngle 22
2.4Thefirstlevelofimpellerbladedrawing 23
2.4.1Longstringsindecreasingtheamountanddecreasingtheaxiallineofprojection 23
2.4.2Thecalculationofairfoilsectionbarycentercoordinates 24
2.4.3Centerofgravityfromthehydrofoilmarginofdistancebeforeandafterthebladeislineanddecreasingtheaxisofprojectionofupward 24
2.4.4Keytocheck 25
2.5ThesecondleveloftheimpellerbladeringgasParametersandairpowerlaodcoefficiention 27
2.5.1ThesecondimpellerbladesofairfiowParametercaculationring 27
2.5.2Thesecondlevelofimpellerbladeairpowercalulationring 29
2.6Thesecondimpellerbladegeometrysizedetermined 32
2.6.1Thesecondtypeofimpellerwingtodetermine 32
2.6.2Thesecondimpellerbladenumberofchoiceiscalculated 34
2.6.3ThesecondsectionofeachcalulationimpellerbladesizeParameter 35
2.6.4ThesecondsectionoftheimpellerbladeinstallationAngle 36
2.7Thesecondlevelofimpellerbladedrawing 37
2.7.1Longstringsindecreasingtheamountanddecreasingtheaxiallineofprojection 37
2.7.2Eachsectionoftheairfoilbarycentercoordinates 37
2.7.3Centerofgravityfromtheairfoilmarginofdistancebeforeandafterthebladeislineanddecreasingtheaxisofprojectionofupward 37
Chapter3Thecurrentcollectorandstreamlinethestructuredesignofthecover 39
3.1Collectorimplementthechoice 39
3.1.1Thechoiceoflinecurrentcollectorware 39
3.1.2Thesizeofthecurrentcollectorcertain 39
3.2Streamlinethechoiceofcover 40
3.2.1Streamlinecoverthechoiceoftype 40
3.2.2Streamlinethesizeofthecovercertain 40
3.3Thecurrentcollectorandstreamlinethestructureofthecover 40
Chapter4diffuser 42
4.1Diffusertype 42
4.2Todeterminethesizeofthediffuser 43
Chapter5Fancylinderdesign 44
Chapter6Noisecontrol 46
6.1Thedangersofenvironmentalnoisepollution 46
6.2Noisecontrolmeasures 46
6.3Silencingstructuredesign 47
Conclusion 48
Thanks 49
Reference 50
VIII
第1章绪论
1.1选题意义
由于煤矿生产是井下工作,自然条件比较恶劣。
当地面空气进入井下并流经各作业场所的过程中,会参杂有毒有害气体和粉尘。
同时,由于地热作用,人体和机械的散热、水分的蒸发等,井下空气的温度和湿度都会提高,造成不良的气候条件。
所以,对矿井必须进行通风,加快空气流动,通风机广泛的应用到煤矿生产。
煤矿用风机按其用途可分为主通风机和局部通风机两大类,目前,主通风机中有三分之二是对旋隔爆轴流风机,局部通风机几乎都是一样的结构。
局部通风机可分为压入式局部通风机和抽出式局部通风机,因抽出式局部通风会导致井下气压降低,吸入新鲜空气时会有瓦斯涌出。
而且压入式通风安全可靠性较好,经济性好,通风距离远等优点。
故大多煤矿的通风机采用压入式局部通风机。
本设计也采用的是压入式通风。
1.2通风机的原理及发展历史
通风机是依靠输入的机械能,提高气体压力并排送气体的机械。
通风机的工作原理与透平压缩机基本相同,由于气体流速较低,压力变化不大,一般不需要考虑气体比容的变化,即把气体作为不可压缩流体处理。
通风机已有悠久的历史。
中国在公元前许多年就已制造出简单的木制砻谷风车,它的作用原理与现代离心式风机基本相同。
1862年,英国的圭贝尔发明离心通风机,其叶轮、机壳为同心圆型,机壳用砖制,木制叶轮采用后向直叶片,效率仅为40%左右,主要用于矿山通风。
1880年,人们设计出用于矿井排送风的蜗形机壳,和后向弯曲叶片的离心式风机,结构已比较完善了。
1892年法国研制成横流通风机。
1898年,爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心通风机,并为各国所广泛采用。
19世纪,轴流通风机已应用于矿井通风和冶金工业的鼓风,但其压力仅为100~300Pa,效率仅为15~25%,直到二十世纪40年代以后才得到较快的发展。
1935年,德国首先采用轴流等压通风机为锅炉通风和引风;1948年,丹麦制成运行中动叶可调的轴流通风机;旋轴流通风机、子午加速轴流通风机、斜流通风机和横流通风机也都获得了发展。
按气体流动的方向,通风机可分为离心式、轴流式、斜流式和横流式等类型[1]。
20世纪90年代,我国引进日本反旋式扇风机,并开发了低噪声对旋局部通风机系列(压入式)。
该系列风机由于其风压高,风量大,噪声低,效率高而被广泛应用于煤矿和矿山工程局部通风。
2002年,中国的防爆离心式风机,在化工、石油、机械等领域广泛被采用。
1.3通风机的分类
1.3.1按工作原理分类
按工作原理通风机可分为叶片式和容积式及喷射式三类。
常用的形式主要为叶片式和容积式,尤其以叶片式通风机应用最为广泛
1.3.2按气流运动方向分类
1.离心通风机
气流进入旋转的叶片通道,在离心力作用下气体被压缩并沿着半径方向流动。
离心通风机工作时,动力机(主要是电动机)驱动叶轮在蜗形机壳内旋转,空气经吸气口从叶轮中心处吸入。
由于叶片对气体的动力作用,气体压力和速度得以提高,并在离心力作用下沿着叶道甩向机壳,从排气口排出。
2.轴流通风机
气流轴向进入通风机叶轮后,在旋转叶片的流道中沿着轴线方向流动的通风机。
轴流式通风机工作时,动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转,气体从集流器进入,通过叶轮获得能量,提高压力和速度,然后沿轴向排出。
轴流通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式三种,小型的叶轮直径只有100毫米左右,大型的可达20米以上。
相对于离心通风机,轴流通风机具有流量大、体积小、压头低的特点,用于有灰尘和腐蚀性气体场合时需注意。
3.斜流式(混流式)通风机
斜流通风机又称混流通风机,在这类通风机中,气体以与轴线成某一角度的方向进入叶轮,在叶道中获得能量,并沿倾斜方向流出。
通风机的叶轮和机壳的形状为圆锥形。
这种通风机兼有离心式和轴流式的特点,流量范围和效率均介于两者之间。
4.横流式通风机
横流通风机是具有前向多翼叶轮的小型高压离心通风机。
气体从转子外缘的一侧进入叶轮,然后穿过叶轮内部从另一侧排出,气体在叶轮内两次受到叶片的力的作用。
在相同性能的条件下,它的尺寸小、转速低。
它的出口截面窄而长,适宜于安装在各种扁平形的设备中用来冷却或通风。
1.3.3按压力大小分类
1.低压离心通风机
风机进口为标准大气条件,通风机全压的离心通风机。
2.中压离心通风机
风机进口为标准大气条件,通风机全压为的离心通风机。
3.高压离心通风机
风机进口为标准大气条件,通风机全压为的离心通风机。
4.低压轴流通风机
风机进口为标准大气条件,通风机全压为的轴流通风机。
5.高压轴流通风机
风机进口为标准大气条件,通风机全压为的轴流通风机。
1.3.4按用途分类
通风机按用途可分为锅炉引风机、工业炉用通风机、矿井通风机、通风换气用通风机、煤粉通风机、排尘风机等。
1.4设计理论基础分析
我设计的题目是对旋隔爆轴流式通风机结构设计。
所谓对旋轴流风机,是指前后串联两个直径,轮毂比都相同,而旋转方向相反的叶轮,用两个电机分别驱动流式通风机。
这种通风机只有两个对旋的叶轮,而没有固定式导流叶片。
对旋式两级通风机具有与一般两级轴流通风机相同的压力系数和比转数。
这种风机的压力系数、流量系数和轮毂相对直径值与一般通风机相同,更适合长距离通风。
对旋轴流式通风机由于省掉了导叶,使风机内耗减少,阻力降低,从而提高了风机的效率。
对旋轴流风机的工作原理是:
工作时两级叶轮分别由两个相同,旋转方向相反的电机驱动,使两级叶轮产生相反的旋转方向,当气流通过集流器进入第一级叶轮获得能量后使其出口气流产生正旋绕,该气流速度等值同方向流入第二级叶轮,再次获得能量后使第二级叶轮的出口气流产生负旋绕,最后气流从扩散器端得轴向升压排出,两级叶轮互为导叶,从而达到普通普通轴流式通风机所不能达到的高风压、大流量、噪声低、性能稳定及通风距离长等优点,是煤矿掘进工作面及公路、铁路、隧道工程中通用的通风设备。
本次设计采用孤立翼型设计方法,此方法适用于压力较高、轮毂比较大的轴流风机叶片环设计。
通风机的叶片翼型选择性能较好的LS翼型,用两型号相同的隔爆电机分别驱动,前后两级叶轮在要求风压风量较大时,可同时工作满足需要。
对风压要求较低时,可单独开启第一级叶轮或第二级叶轮。
1-流线罩;2-集流器;3-第一级电机;4-第一级风筒;5-第一级叶轮;6-第二级叶轮;7-第二级风筒;
8-扩散器;9-风筒接头;10-支撑板;11-消声材料;12-第二级电机;13-键;14支撑架
图1-1隔爆对旋轴流通风机结构图
已知设计参数Q=400m/min(6.67m/s)、全压达到H=4500Pa,一般的矿用轴流式风机主要气动部件有叶轮,风筒,集流器,流线罩以及出口处的扩散器组成轴流通风机。
对旋通风机两级叶轮使用两个电动机驱动,以电机直接驱动,并且两个叶轮之间互为导叶。
将风机叶轮、电动机、集流器、扩散器等分别装各段风筒,风筒与法兰焊接在一起,然后用螺栓将这些零件紧固在一起。
其基本结构如上图1-1所示:
在对旋轴流通风机的空气动力设计中,第I级叶轮可以按照叶轮加后导流器级型的单级轴流通风机,在给定设计参数的条件下,设计第I级叶轮。
即进行第I级叶轮叶片的气动计算和几何尺寸计算,然后再按照前导流器加叶轮级型的单级轴流通风机进行第II级叶轮的气动计算和几何尺寸计算。
对于本通风机降低噪声的问题,我采用了目前国内外比较流行的对旋轴流通风机外包复式消声结构。
对旋轴流通风机产生的噪声大部分来自于通风机的进风口和出风口,因此在设计时在通风机的第I、II级风筒和扩散器外层包复了消声材料以达到降低噪音的目的。
第2章通风机主要结构设计
2.1通风机主要结构参数的确定
2.1.1确定电机的转速
风机的风压比是决定各级叶轮和导叶的主要参数之一。
通常,前后两级叶轮分别用等功率、等转速的电动机驱动,因而它们的转速比,对旋轴流通风机的全压为两个叶轮全压之和,从合理分配前后两级叶轮的压力负载角度看,两个叶轮最佳的理论全压各位通风机理论全压的一半,这样设计不仅能够保证通过两级叶轮气流比较平稳,满足对旋轴流通风机气流的连续性条件,有利于提高风机的全压效率,因此两个叶轮的全压各为通风机全压的一半。
1.预选电机转速
预选三种电机转速分别为:
960r/min、1440r/min、2940r/min。
2.确定通风机的比转数
由文献[4]中公式
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