【文章內(nèi)容簡介】 =、全壓達到H=3100Pa、效率在以上，以電機直接驅(qū)動，二級普通軸流的條件下，設(shè)計所需風機。一般的礦用軸流式風機主要氣動部件有葉輪，前導(dǎo)葉，中導(dǎo)葉，后導(dǎo)葉，外殼，集流器，疏流罩以及出口處的擴散器組成軸流通風機采用如圖23所示。葉輪是風機的主要部件，決定著風機性能的主要因素是風機翼型，葉輪外徑，外徑對輪轂直徑的比值和葉輪轉(zhuǎn)速。適用于礦用風機的翼型有對稱翼型，CLARKY翼型，LS翼型和RAF6E等。葉輪外徑和風機軸轉(zhuǎn)速決定圓周速度，直接影響到風機全壓。輪轂比與風機比轉(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,風機的風壓系數(shù)提高；反之。輪轂比小,，風壓系數(shù)也較低。葉輪葉片安裝角直接影響旋繞速度的增量，影響風機全壓。通常，可在10～45176。范圍內(nèi)調(diào)整。圖23 風機方案簡圖1軸；2殼體；3中導(dǎo)輪；4后導(dǎo)輪；5擴散器；6葉片；7葉輪；8集流器；9流線體現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的軸流式通風機的結(jié)構(gòu)形式很多，對于本設(shè)計而言，只考慮葉輪前加前置導(dǎo)葉、葉輪后加后置導(dǎo)葉、葉輪前后均加導(dǎo)葉以及兩級軸流式通風機這四種形式。 軸流式通風機幾種方案1葉輪，2前導(dǎo)葉，3后導(dǎo)葉 葉輪前加前置導(dǎo)葉如圖21a 所示，這種方案的通風機中，氣流在前置導(dǎo)葉中加速并扭轉(zhuǎn)方向，使進氣產(chǎn)生旋繞。在通風機中大多數(shù)采用的是負旋繞（即c1u0）,如圖22a 所示，這樣出口氣流的絕對速度方向為軸向，以便將氣體能直接輸入管道。這種級的特點是壓力系數(shù)高，反應(yīng)度Ω1，一般Ω=～。這種級的效率η=～。其常用于要求體積盡可能小的場合。 葉輪后置后導(dǎo)葉如圖21b 所示這種方案在軸流通風機中應(yīng)用最廣，氣體軸向進入葉輪，從葉輪流出的氣體絕對速度尚有一定的旋轉(zhuǎn)，如圖22b 所示，經(jīng)過后導(dǎo)葉擴壓整流后，使氣體軸向流出。其反應(yīng)度Ω＜1，一般為Ω=～。這種級主要應(yīng)用于壓頭較高的通風機，而效率也較高．可達到η=～，設(shè)計制造良好的甚。 兩種形式通風機的速度三角形葉輪前后均設(shè)置導(dǎo)葉如圖21c 所示，此方案前導(dǎo)葉使氣流在葉輪進口產(chǎn)生旋繞，后導(dǎo)葉使葉輪出口氣流整流后排出。這種方案其實是第一、二種方案的綜合，其性能也是介于兩者之間。其布置往往使葉輪進出口氣流的絕對速度大小相等，而旋轉(zhuǎn)方向相反，故而反應(yīng)度Ω=1，這種風機的效率η=～。 兩級軸流式通風機如圖21d 所示該方案一般是一個葉輪和一個導(dǎo)葉組成一級，也可以在第一級前設(shè)置導(dǎo)葉。在某些情況下，為了使風壓較高，而徑向尺寸較小，也可以采用兩個葉輪中間加一個導(dǎo)葉的方法，這可以看作兩極軸流式通風機的改造形式?？傮w來說兩級風機效率較高，其中每一級葉輪單獨工作時產(chǎn)生的風壓之和都低于兩級葉輪同時工作時風壓的一半，這樣通風機的壽命較高。本設(shè)計，在通風機方案選擇過程中，主要是對以上四種形式進行考慮，根據(jù)經(jīng)濟性、可靠性等方面進行取舍。圖23表示了兩種通風機級的特性對比。壓力系數(shù)、流量系數(shù)及功率系數(shù)的特性對比?？傮w上來說，這四種方案各有特點，其適用范圍也在一定程度上有重疊。由于軸流是通風機具體結(jié)構(gòu)方案的選擇問題比較復(fù)雜，在實際設(shè)計過程中，一般情況下需要根據(jù)制造廠現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)的具體情況，參照相似條件下已有的典型產(chǎn)品的實際結(jié)構(gòu)選擇適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)，并在該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上予以改進。 兩種通風機特性比較1設(shè)置前導(dǎo)葉，2設(shè)置后導(dǎo)葉在進行方案選擇的時候，也可以大致參考風機的比轉(zhuǎn)數(shù)ns或壓力系數(shù)進行。其方法大體如下：當=～= （115～180）時，可以采用葉輪加后導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)；當=～（80～115）時，可以采用前導(dǎo)葉加葉輪加后導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu) 。通過查閱相關(guān)技術(shù)資料，參照與該設(shè)計所給條件相似的已經(jīng)投入生產(chǎn)和使用的我國現(xiàn)有的典型軸流式風機的具體結(jié)構(gòu)形式，綜合以上所述結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，最終決定采用動葉可調(diào)式兩級軸流式通風機。軸流式風機其他基本結(jié)構(gòu)，如集流器、流線體、擴散器等都予以保留，并且按照國家相應(yīng)的標準加以設(shè)計。采用這種方案，相比于其他幾種形式，具有以下幾個優(yōu)點：兩級軸流式通風機的形式，可以使每一級葉輪所承受的風壓低于整個風機全壓的一半，改善了葉輪的工作條件，這就大大提高了整個風機的壽命，并且效率較高，對于礦用產(chǎn)品而言，可以顯著的降低總體成本；采用動葉可調(diào)的形式，能夠改變?nèi)~片的安裝角，這就使該風機可以根據(jù)礦井的具體情況，調(diào)節(jié)通風機的運行工況，使通風機的適應(yīng)范圍更廣；采用電動機與葉輪直接聯(lián)接的形式，相對于其他的結(jié)構(gòu)形式，可以使通風機的整體穩(wěn)定型更好，安裝更方便。同時降低了裝置的局部阻力，能夠避免了傳動裝置損壞事故，消除了傳動裝置的能量損耗，在另一個方面上提高了風機裝置效率。中導(dǎo)葉和后導(dǎo)葉后在多級軸流式風機葉輪級后設(shè)置。它的作用是將前級葉輪的流出氣流方向，轉(zhuǎn)為軸向流入后級葉輪。后導(dǎo)葉的作用是將最后一級葉輪的出流方向轉(zhuǎn)為接近軸向流出。剩余的旋繞速度使氣流不僅沿軸向，而且是沿螺線方向在擴散器中流動，有利于改善擴散器的工作。(集流器和整流罩)集流器是強力風機上的一個關(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一點敲成的。作用是使氣流順利地進入風機的環(huán)行入口信道，并在葉輪入口處,形成均勻的速度場。目前，礦用通風機集流器型線為圓弧形，疏流罩的型面為球面或橢球。軸流通風機級的出口動壓在全壓中所占的比例比離心通風機大的多，這是因為軸流風機工作時，通風機級的出口氣流軸向速度相當大，與之相對應(yīng)的動壓約占通風機全壓的。為了減少軸流風機出口流速，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)。此外由于通風機的出口處安裝擴散器還可以顯著降低通風機的排氣噪音。一般由錐形筒芯和筒殼組成,裝在風機出口側(cè)。風機外殼呈圓筒形,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。通常 ～。軸是傳遞機械能的重要零件,原動機的扭矩通過它傳給葉輪。軸是風機轉(zhuǎn)子的主要零件，軸上裝有葉輪、軸套、軸承等零件。軸靠兩端軸承支承，在通風機中作高速回轉(zhuǎn)，因而軸要承載能力大、耐磨、耐腐蝕。軸的材料一般選用碳素鋼或合金鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。目前軸流通風機多由電動機直接驅(qū)動。對于異步電機，起轉(zhuǎn)速可選為580、7960、1450、及2950r/min。軸流通風機提高轉(zhuǎn)速可以減少葉輪直徑及機器尺寸，并有利于提高通風機的效率。但是轉(zhuǎn)速的提高也受到一定的限制。如果提高轉(zhuǎn)速使通風機的比轉(zhuǎn)速增加，有可能得不到合理的通風機級數(shù)，而且增加了圓周速度，從而使通風機噪音增加。風機本設(shè)計中，考慮到交流電在礦井應(yīng)用比較廣泛，故采用異步電動機直接驅(qū)動方式，預(yù)選轉(zhuǎn)速分別n=1450r/min和n=2950r/min。在二級軸流風機中，常用的級型式有R+R（葉輪級+葉輪級）的對旋軸流風機、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)?？紤]到掘進段工作空間相對狹小，所以本設(shè)計采用R+S+R+S級，可以減少風機的軸向尺寸。風機的風壓比是決定各級葉輪和導(dǎo)葉的主要參數(shù)之一。考慮到如果采用風壓比為1：1，那么只需要單電機驅(qū)動，可以降低所設(shè)計通風機成本，還可以減小風機的體積，有利于在相對狹小的掘進工作面使用。 的選擇計算圓周速度是軸流通風機設(shè)計中的重要參數(shù)之一。實踐表明，提高軸流通風機的圓周速度，可以提高風機的全壓。實驗證實，葉輪葉頂圓周速度=m/s比較合適。但是圓周速度的提高，風機的噪音也將隨之提高，因為通風機的旋轉(zhuǎn)的噪音與成正比，而渦流噪音與成正比。葉輪直徑是軸流通風機的一個重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，其大小直接影響通風機的性能和結(jié)構(gòu)。常用的一種方法是根據(jù)大量試驗研究現(xiàn)有通風機的統(tǒng)計資料。人們發(fā)現(xiàn)葉輪直徑與全壓、流量、及轉(zhuǎn)速之間存在一定的關(guān)系，即與通風機的比轉(zhuǎn)速存在一定的關(guān)系。分別計算各種預(yù)選方案中通風機的計算比轉(zhuǎn)數(shù)，由比轉(zhuǎn)數(shù)查得對應(yīng)軸流風機的全壓系數(shù)及全壓效率。初步計算出不同方案通風機的葉輪直徑Ｄ，然后圓整為標準直徑，在求出其葉頂圓周速度。具體計算結(jié)果列與表21。由表計算結(jié)果看出，當通風機轉(zhuǎn)速n=1450r/min，=77,一般當≤100時,優(yōu)先采用離心風機，所以不能滿足要求。所以選擇轉(zhuǎn)速n=2950r/min，可以滿足要求。表21 不同方案的計算結(jié)果n/(r/min)14502950備注/Pa1550155077157級型式R+S+R+SR+S+R+S—由級型式的范圍—計算D/m—圓整D/m—按文獻[12]/（m/s）—按下式計算電動機功率為kW kW式中─電動機功率儲備系數(shù)，對于軸流風機，一般。P=~。所以根據(jù)計算功率和風機使用環(huán)境的要求，選擇電機型號YB200L12,其機構(gòu)如圖24所示YB20L12隔爆型三相異步電動機技術(shù)數(shù)據(jù)：額定功率=30kW滿載時\額定電流=滿載時\額定轉(zhuǎn)速=2950r/min滿載時\效率=90%滿載時\功率因數(shù)\cosφ=堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩=堵轉(zhuǎn)電流/額定電流=7A最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩=重量=290kg圖24 YB200L12電機示意圖3 主要部件的設(shè)計計算葉輪是通風最主要的部件，其主要作用是把原動機的能量傳遞給流體。葉輪常用鑄鋁合金、鋼板焊接或其他材料制成。葉片的空氣動力計算，是在滿足流量和全壓的條件下，為獲得高效率低噪音而進行的葉片集合尺寸的計算。為此，把整個葉片分成若干個計算截面，然后通過計算得出個基元截面所采用翼型的葉片寬度及安裝角。根據(jù)上述參數(shù)，引入如下幾個無量綱系數(shù)及其關(guān)系表達式。（1） 流量系數(shù)：＝=流量系數(shù)代表不同型號風機在相同葉輪直徑和相同轉(zhuǎn)速下風量的相對值。（2） 壓力系數(shù)：壓力系數(shù)代表不同型號風機在相同葉輪直徑和相同轉(zhuǎn)速下風壓的相對值。（3） 直徑系數(shù)： 直徑系數(shù)代表不同型號風機在相同風量和相同風壓下葉輪直徑的相對值。（4） 轉(zhuǎn)速系數(shù)：轉(zhuǎn)速系數(shù)代表不同型號風機在相同風量和相同風壓下轉(zhuǎn)速的相對值。（5） 直徑系數(shù)、轉(zhuǎn)速系數(shù)與壓力系數(shù)、流量系數(shù)的關(guān)系流量系數(shù)、壓力系數(shù)、直徑系數(shù)和轉(zhuǎn)速系數(shù)這四個無量綱系數(shù)由以上的式子可得：可見，上述四個無量綱系數(shù)的最佳結(jié)合就成為每兩個最佳無量綱系數(shù)、或、之間的排列問題。若已知最佳的、可以方便的計算一臺一定風量風壓的通風機的最佳葉輪直徑和最佳轉(zhuǎn)速。由以上公式可得最佳直徑和最佳轉(zhuǎn)速的表達式 在軸流式通風機的設(shè)計中，通常是在給定風量和風壓的情況下求最佳的葉輪直徑和最佳轉(zhuǎn)速，所以，無量綱系數(shù)對葉輪的最佳設(shè)計具有重要的意思。二級軸流風機的風壓比為1：1，所以第一級葉輪和第二級葉輪參數(shù)相同。故不需要分別計算。以第一級葉輪計算為例，設(shè)計計算步驟如下：流量系數(shù)：＝＝＝全壓系數(shù)：===輪轂比的計算公式為=式中：為輪轂直徑，為外徑。輪轂比是一個重要的參數(shù)，對于風機的全壓、流量和效率都有影響由文獻{}可推導(dǎo)出：由上式可以看出，輪轂比和全壓成正比，與成反比。當風機生壓或壓力系數(shù)較高時，應(yīng)取較大的，但是過大，葉片過短，流速損失大，效率降低，使風機性能惡化，當較大時，可以選較小一些的。太小，葉片過長，會引起葉片根部氣流發(fā)生分離。輪轂比由文獻[13] ，當通風機的比轉(zhuǎn)數(shù)=157時，可選用=。按表31, 可見，當=，=~，取=。由此得到葉輪輪轂直徑為：d=D==表31 不同全壓系數(shù)時所推薦采用的輪轂比≤02.~＞~~~為了判斷葉輪葉片根部和后導(dǎo)流器根部是否會發(fā)生氣流分離，應(yīng)驗算是否所取的輪轂比＞；求得通風機的軸向速度為：==m/s= 則得到通風機的無因次軸向速度為：= /=由表21的計算結(jié)果得到通風機的全壓效率=，則通風機的理論全壓系數(shù)為：=最佳計算參數(shù)，由文獻[13] ，查得=。根據(jù)表32，可以計算出二級R+S+R+S級型式通風機葉輪的計算函數(shù)為：表32 不同通風機級型式的與計算公式級型式函數(shù)RR+SP+RP+R+S；可以計算葉輪的最小允許輪轂比為：=1/=1/=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為：由于所決定的輪轂比=＞，所以在后導(dǎo)流器葉片根部也不會產(chǎn)生氣流分離。1. 確定計算截面將整個葉片分成5個計算截面，其中相對平均半徑為2. 各計算截面葉片環(huán)的氣流參數(shù)和空氣動力負荷系數(shù)計算葉片各參數(shù)計算結(jié)果列于33。從表中可以看出，所以按孤立翼型設(shè)計是合適的。表33 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?zhèn)渥?2345mD=m為葉輪半徑m/sn=2950r/minm/s等環(huán)量設(shè)計時沿程葉高為