【文章內(nèi)容簡介】 ............. 31 致謝 .............................................................................................................................. 32 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)生論文 5 第一章 緒論 課題背景 進入 21 世紀，現(xiàn)已成為世界第二大經(jīng)濟體的中國經(jīng)濟發(fā)展令世界傾慕。 1979年至 2020 年，中國經(jīng)濟年均增速達 %遠超世界經(jīng)濟年均增速。 中國有著悠久的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史， 對于我國的經(jīng)濟增長，風(fēng)機功不可沒。在各個行業(yè)都有風(fēng)機的身影 。隨著中國經(jīng)濟的快速增長，特別是進入“第十二個五年計劃”，國家加大基礎(chǔ)設(shè)施投資，以及對行業(yè)發(fā)展的支持增加， 風(fēng)機市場毫無疑問將會更加繁榮。 離心通風(fēng)機是大型機組設(shè)備中的重要組成部分，根據(jù)風(fēng)機 產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，低噪聲、高效、大型化 的 風(fēng)機 在未來市場潛力。 在大型化的機組中，風(fēng)機強度、運行壽命和可靠性都受到了一系列挑戰(zhàn)。葉輪毫無疑問是離心通風(fēng)機的最關(guān)鍵的部件，也是實際應(yīng)用中最容易出現(xiàn)問題的部件。在離心通風(fēng)機的工作狀態(tài)下，葉輪高速轉(zhuǎn)動的過程中承受離心力和氣流激震力等力的共同作用，葉輪的工作狀態(tài)下受力十分復(fù)雜。所以風(fēng)機的穩(wěn)定性以及可靠度受葉輪強度和震動的直接影響?；谌~輪復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境，對它的研究更加困難也更加重要。 行業(yè)現(xiàn)狀 國內(nèi)外的各個 風(fēng)機企業(yè) 都在 加強 對風(fēng)機的 科研投入，優(yōu)化風(fēng)機的設(shè)計和性能， 才能在風(fēng)機市場占有一席之地 。 風(fēng)機在發(fā)達國家如：美國、 德國、日本的發(fā)展較快，其制造和研發(fā)更方面科技比較成熟，這些國家的風(fēng)機企業(yè)在中國也有很好的口碑和品牌效應(yīng)，在我國風(fēng)機市場占據(jù)優(yōu)勢。我國風(fēng)機產(chǎn)業(yè)起步不計較玩，但最近幾年取得了十足的進步，從最初的引進后仿制，到自主設(shè)計乃至返銷國外。盡管如此，國內(nèi)風(fēng)機行業(yè)與國外還存在一定的差距。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)生論文 6 課題研究的意義 葉輪是離心風(fēng)機的核心部件，其設(shè)計質(zhì)量的好壞直接影響到整個機組的工作效率和穩(wěn)定性，且隨著風(fēng)機市場質(zhì)量需求、同行業(yè)競爭以及原材料價格的上漲，風(fēng)機企業(yè)對其自身產(chǎn)品的技術(shù)需求越來越高，對于風(fēng)機設(shè)計優(yōu)化愈加迫切。利用ANSYS 有限元輔助軟件分析，可以在滿足風(fēng)機所需強度和可靠性的前提下，盡量減少風(fēng)機尺寸、節(jié)省原材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)，是材料利用最大化，為企業(yè)帶來可觀的效益。用有限元強度分析對于提高風(fēng)機的設(shè)計水平，有重要的意義。其意義有： ，保證風(fēng)機強度安全。 ，提升質(zhì)量的同時，節(jié)省了材料，為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本。 為今后企業(yè)大規(guī)模擴大奠定基礎(chǔ)。武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)生論文 7 第二章 關(guān)于風(fēng)機 風(fēng)機的應(yīng)用 風(fēng)機在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并且起到了十分重要的作用。 （ 1）離心風(fēng)機在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用： 離心風(fēng)機結(jié)構(gòu)簡單便于安 裝，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大作用，簡化了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，是農(nóng)業(yè)機械化。我國農(nóng)作物產(chǎn)量世界領(lǐng)先，農(nóng)耕面積大，作物收獲之后如不及時風(fēng)干處理，易腐爛變質(zhì)，或者發(fā)芽，造成浪費。過去農(nóng)民只能通過自然曬干，處理剛收獲的谷物，離心風(fēng)機的普及解除了天氣的限制。在大型的糧食儲備地方，基本都裝備了離心風(fēng)機，能更好的通風(fēng)換氣，保證糧倉空氣的濕度，更好的保存了糧食。谷物中會出現(xiàn)干癟，不飽滿的情況，風(fēng)機可以用來提取飽滿品相好的谷物。風(fēng)機輸送風(fēng)能，可以吧不飽滿的谷物吹起，保留飽滿的谷物，極大節(jié)省了人力。另外，在農(nóng)業(yè)機械中處處可見離心風(fēng)機的 身影，利用離心風(fēng)機送風(fēng)的功能，反向出現(xiàn)了利用風(fēng)能轉(zhuǎn)為機械能，達到灌溉、收割做業(yè)。這比人力、畜力便捷且高效。 （ 2）離心風(fēng)機在工業(yè)中的應(yīng)用：我國工業(yè)化進程高速發(fā)展的今天 ， 離心風(fēng)機的出現(xiàn)，它耐用而且實用性高，使人們越來越難以離開這一便捷的工業(yè)化產(chǎn)品。 離心 風(fēng)機 在 眾多場合得到應(yīng)用，尤其是 工廠、倉庫、礦井、隧道、車輛船舶等 這類空氣不能自然流通的場合 ； 在高溫的工作環(huán)境 如 鍋爐、鼓風(fēng)爐、工業(yè)用爐 也有它的身影 ； 對于需要保持空氣清潔的的地方如，餐廳，廁所，車站等設(shè)施 中的通風(fēng)與散味 。 風(fēng)機的構(gòu)造與分類 早在 19 世紀 80 年代，離心通風(fēng)機被英國人 Goebel 首先發(fā)明，改離心風(fēng)機有兩部分組成：葉輪和機殼，二者同心。磚材料制做的機殼，木制且后向直的葉輪，但效率效率只有百分之四十。隨后，不同于同心型技巧蝸形機殼出現(xiàn)了，后向彎曲葉片的離心通風(fēng)機基本成型，二者都廣泛用于礦井通風(fēng)。 不管離心通風(fēng)機尺寸型號怎樣，都離不開葉輪和機殼的組合，小型通風(fēng)機通常直接將葉輪鏈接到電動機， 葉輪隨連接軸一起轉(zhuǎn)動，二者同步轉(zhuǎn)動。對于中大型通風(fēng)機顯然就不適用了，大中型通風(fēng)機由于安裝條件，動力需求等個方面的限制，通常要么由聯(lián)軸器，要么由皮帶輪與電動機間接的聯(lián)接在一起。對于流量很小的離心通風(fēng)機，機殼設(shè)計成單側(cè)進氣，采用單級葉輪；流量大的離心通風(fēng)機，機殼設(shè)計成可雙側(cè)進氣兩個方向相反對稱的葉輪，又叫做雙吸式離心通風(fēng)機。 在葉輪和機殼中葉輪顯而易見是通風(fēng)機的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，葉輪設(shè)計成怎樣的幾何形狀、武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)生論文 8 葉片幾個、多大的尺寸和材料表面的精度對性能的影響有天壤之別。要確保通風(fēng)機能夠轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、正常工作，我們需要對葉輪的靜平 衡或動平衡校正。 項目 后傾葉片 前傾葉片 項目 后傾葉片 前傾葉片 效率 高 低 耐磨性 好 差 成本 搞 低 耐腐蝕 好 一般 尺寸 大 小 噪聲 高 低 工作范圍 廣 狹 可工作溫度 中等 中高 葉輪轉(zhuǎn)速 高 低 電動機易超載 不 是 離心機的工作過程 離心機的工作原理是通過葉輪旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)機內(nèi)部氣壓小于風(fēng)機外部大氣壓，形成壓力差帶動氣體流入風(fēng)機，風(fēng)機累葉片轉(zhuǎn)動時空氣獲得勢能由風(fēng)機向外流動。總之是 依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，使氣體在慣性離心力作用下從出口甩出 ,使吸入口出現(xiàn) 真空，從而形成氣體壓由低壓區(qū)到高壓區(qū)的轉(zhuǎn)換 。 圖 21 圖 21 為 離心式通風(fēng)機個結(jié)構(gòu)部件示意圖， 當電動機運轉(zhuǎn)時，通過 9皮帶葉輪或聯(lián)軸器帶動 4機軸進而帶動葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪轉(zhuǎn)動時，葉輪葉片間隙中的武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)生論文 9 空氣也隨之轉(zhuǎn)動，空氣在轉(zhuǎn)動時受離心力，被甩出葉片間隙匯集在 1渦旋型機殼內(nèi)。由于越靠近 6排氣口 機殼的界面劑 越大，空氣在流向排氣口的過程中，速度降低，大部分動壓力轉(zhuǎn)為靜壓力，以一定的壓力從 6排氣口壓出。隨著葉輪中的空氣壓出，葉輪中心的氣壓低于大氣壓，空氣被大氣從 5吸氣口壓入風(fēng)機。這樣就形成了一個循環(huán)，是空氣源源不斷的由吸氣口流向排氣口。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)生論文 10 第三章 919 型 離心通風(fēng)機 的三維圖與平面圖 919 型離心通風(fēng)機平面圖 CAD 是專門用于幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作的輔助軟件，全稱是 —— 計算機輔助設(shè)計 (CADComputer Aided Design)。使用 CAD 繪制二維圖紙，方便快捷。繪制圖紙的主要功能是將，一個實體模型，通過起三視圖 —— 即主視圖、俯視圖、左視圖，展示出來。若實體模型對稱有時候也可以只用主視圖和俯視圖表示。只要能達到表達效果， CAD 的繪制形式可以千變?nèi)f化。本文，則只繪制了俯視圖及側(cè)視圖，因為對于本次的 919 型葉輪而言，由其對稱性主視圖與側(cè)視圖一致。 由于 CAD 繪圖不是本次論文的重點，葉輪的繪制過程在此處省略。 平面圖用 Auto CAD 繪制。具體數(shù)據(jù)，依據(jù) 119 型離心通風(fēng)機葉輪參數(shù)得俯視圖 31 與側(cè)視圖 32 圖 31 圖 32 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)生論文 11 119 型離心通風(fēng)機葉輪三維圖 UG 是專 為用戶的 產(chǎn)品設(shè)計 及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段 的軟件，全稱 —— UG（ Unigraphics NX） 。 UG 草圖繪制比 CAD 更便捷，經(jīng)過一系列命令，可以將模型實體化，更加直觀，便于操作者設(shè)計和優(yōu)化。 與 UG 類似的三維制圖軟件還有 solidworks， solidworks 與 ug 的不同之處在于： 1. solidworks 對于（沒什么基礎(chǔ)）想學(xué)習(xí)三維建模的 比較容易上手。 2. UG 對于想學(xué)習(xí)模具設(shè)計 加工編程的 最好學(xué)習(xí) UG。 3. UG 的曲面 直接建模 CAM 編程等功能比較強大。 4. solidworks 在二維出圖等方面比 UG 方便 ，標注等也基本按照國標來做的。 通風(fēng)機葉輪通過 繪制，通過簡單的拉伸、旋轉(zhuǎn)、求和、剪切得到圖33 正等側(cè)視圖 圖 33武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)生論文 12 第四章 919 型某離心通風(fēng)機葉輪的建模 該論文的離心機葉輪是由 UG 繪制三維圖后導(dǎo)入 ANSYS 后建模而成。 UG 繪圖過程如下： 繪制上圓盤 創(chuàng)建草圖 單擊【插入】》【草圖】彈出“創(chuàng)建草圖”對話框，選擇【創(chuàng)建平面】》單擊【平面對話框】，在類型中選擇“ YCZC 平面”單擊“確定”。 單擊【插入】》【任務(wù)環(huán)境中的草圖】進入“創(chuàng)建草圖”對話框，在平面選擇方法中單擊“選擇平的面或平面”在雙擊圖中先前創(chuàng)建的平面，單擊【確定】 繪制草圖 根據(jù)二維圖尺寸，繪制離心通風(fēng)機葉輪的上側(cè)圓盤。 具體流程，參見 CAD 繪圖。 繪制完成后，單擊【完成草圖】得圖 41。 圖 41 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)生論文 13 旋轉(zhuǎn)成體 點擊【回旋】后彈出“回旋對話框”》拾取草圖曲線；“指定矢量軸”選擇“ YC”軸 ；“極限”起始角度 選“ 0”結(jié)束角度選“ 360”》單擊確定。得下圖 42 圖 4