轴流式通风机课程设计

轴流式通风机课程设计第一节 设计原始条件和要求设计轴流式通风机时，一般应给出下列原始资料：流量Q （3/m h ）、全压p （pa ）、工作介质密度ρ（3/kg m ）或工作介质温度t 、大气压力，以及结构上的要求和特殊要求等。

初始条件：流量Q ＝44263/m h ，风机全压p ＝261Pa ，介质为空气，其进口状态为标准状态（0p 为1个大气压，温度为20℃，空气密度31.24/kg m ρ=），设计一广泛应用于一般工厂、仓库、办公室、住宅内的轴流式通风机，要求全压效率η不小于80%。

设计目的：要求学生熟练掌握轴流式通风机的基本理论和设计方法，并初步掌握用所学的理论和方法进行轴流式通风机的设计。

设计要求：（1）满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近； （2）最高效率值要尽量大些，效率曲线平坦；（3）通风机结构简单、工艺性好、材料及附件选择方便； （4）有足够的强度、刚度，工作安全可靠； （5）运转稳定、噪声低；（6）调节性能好，工作适应性强； （7）通风机尺寸尽可能小，重量轻；（8）操作和维护方便，拆装运输简单易行。

第二节 设计计算的主要内容设计计算的主要内容为：通风机类型的选择（离心式、轴流式），方案选择与比较，驱动方式选取，计算比转速s n ，叶轮设计计算，叶型选型与设计（确定叶轮外径及轮毂直径），计算圆周速度t u 及压力系数p ，求轴向速度z c ，计算扭速u c ∆，计算平均相对速度m w 及气流角m β，选择叶片数z ，选取各截面的升力系数y c 及相应的攻角α，求叶片宽度b ，叶型的安装角A β，叶片型线的绘制，集流器、整流罩和扩散筒的设计计算，通风机主要零部件材料选取，主要零部件强度计算与校核，通风机临界转速计算，零部件图和总装配图的绘制。

目前大多数轴流通风机都是采用孤立叶型设计法，这种方法较为简便有效。

此处就采用孤立叶型的设计法来设计一般用的轴流式通风机。

其设计计算的主要内容有：一、方案选择与比较方案类型：叶轮前设置前导叶；叶轮后设置后导叶；单独叶轮级；叶轮前后都设置导叶。

要求：说明选择这种方案的原因与分析。

根据给定条件，此处可用选用： 单级：电机直接驱动叶轮的方式。

实际通风机具体的结构方案选择问题涉及的因素较多，可根据用户的使用要求及制造厂的生产经验，参照性能良好的已有产品，初步选定方案。

二、选择电动机及转速风机的转速可根据用户使用要求选取。

一般风机与电动机是直接驱动的。

为了正确选择电动机，需要进行轴功率的计算，风机在设计工况下运转时的轴功率为：KW Qp P 01118..08.010********8261000=⨯⨯⨯=≥η（1）所需电机功率为：KW KW P k P d 0145.0~0134.00118.0)3.1~2.1(=⨯=⨯≥ （2）（k 取1.2—1.3）根据所需要的电动机功率d P ，结合用户的情况，按d m P ≥P 来选取电动机型号，即可选择合适的电动机及相应的转速。

电机额定转速选择1410，根据单级比转速选择。

如下T30例子我们可以选择AQ 26314和No.3型号的电动机，转速为1410r/min 。

三、叶型设计计算1、计算比转速s n28.4339360014101410434321=⨯=⋅=pQ n n s（3）式中：n 为叶轮转速（r/min ），由于采用直接驱动，即为电机的转速，由上可知n=2850r/min ；依照有关比转速的应用，可大致确定通风机类型及叶片型式。

一般轴流式通风机有90~18=s n （100~500）。

2、确定叶轮外径及轮毂直径由s n 查图7－5和图7－6，选取轮毂比ν及系数u K ，则叶轮外径为： 一般轮毂比的选择范围为：ν＝0.25~0.75。

图7－5 轮毂比υ与比转速n s 的关系 图7－6 比转速n s 与系数K u 的关系 由图得Ku=2.62对于标准状态下的空气取：m n p K D u t 264.0141014.3392.424.774.77=⨯⨯⨯==π轮毂外径为：m D D t h 27.0~09.036.0)75.0~25.0(=⨯==ν，取ν=0.34，则D h=0.12m 。

3、计算圆周速度t u 及压力系数ps m nD u t t /19.48601410264.014.360=⨯⨯==π830.019.4824.13922=⨯==t u p p ρ 算出的圆周速度t u 应满足强度条件及噪声要求；否则应作适当调整。

从降低噪声的9角度出发，应取6080/t u m s ≤，但当叶轮直径一定时，过低的圆周速度，将降低风机的流量和风压。

一般可取130/t u m s ≤。

根据算出的p 及s n ，即可检验本方案的选择是否合理。

4、求轴向速度z cs m D D Qc h t z /47.4)092.0264.0(414.33600826)(42222=-=-=π（9）5、将整个叶片分成几个截面，分别计算各截面的扭速u c ∆值 方法：这里就采用变环量设计先计算平均直径m D D D h t m 198.02092.0264.022222=+=+=截面的扭速um c ∆ 60n D pu p c m m um πρηηρ==∆，由于η≥0.8， 则s m c um /69.2601410198.014.38.024.139=⨯⨯⨯⨯≤∆，取s m c um /69.2=∆，设气流分布规律为const r c r c m um m =∆=∆αα，则任一截面r 处的扭速u c ∆值为 ααrr c c mum u ∆=∆ 通常可选取5个截面进行叶栅的计算，则截面的半径为：m D D r t t 128.0~125.0264.0)025.0~015.0(2264.0)025.0~015.0(25=⨯-=-=，m D D r t h 042.0~039.0264.0)025.0~015.0(2092.0)025.0~015.0(21=⨯-=-=，则取m r m r 126.0,041.051==，则m rr r m r r r m r r r 062.02,105.02,084.023********=+==+==+=通常变环量指数ɑ的取值为0~1，取ɑ=0.5，则m r 0.2905.03=，m r m r m r m r 355.0,202.0,249.0,324.05.055.015.025.04====由5.05.0rr c c m um u ∆=∆，m D r m m 315.0)2(5.05.0==得 sm c s m c s m c s m c c u u u u /37.2,/60.2,/90.2,/38.34.16m/s 543u21=∆=∆=∆=∆=∆，式：η为风机的全压效率6、计算平均相对速度m w 及气流角m β22)2(u z m c u c w ∆-+= ，m z m w carcsin =β7、选择叶片数Z对于同一轮毂比υ和叶片弦长b 而言，叶片数Z 增加，则叶栅稠度τ亦增加，这将引起叶栅升力系数的下降，并使得流道内的流动损失迅速上升；如果叶片数过少，将使每个叶片的负荷增大，从而使气动性能变坏，导致风机的全压p 降低。

因此，对于一定的轮毂比和叶片弦长的风机，存在一个最佳叶片数（或最佳相对栅距）。

根据国内设计轴流式风机的经验和试验数据，对于孤立叶型法设计的轴流式风机的最佳叶片数Z 可按表7－1来选取：表7－1 最佳叶片数轮毂比υ 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 叶片数Z2~64~86~128~1610~20本设计一般只选择3至9个叶片。

由于ν=0.34，则取Z=6。

8、叶型选取有：RAF －6E 叶型、CLARK y 叶型、LS 叶型、葛廷根叶型和圆弧板叶型。

注意要根据其坐标比值来绘制叶片各截面。

选取CLARK y 叶型，其相对厚度1.0=c 9、选取各截面的升力系数y c 及相应的攻角α在选取y c 时，应使y c 值从叶尖向叶根逐渐增加，如果叶型的相对厚度c 不变，可取额定工况点的yc *（一般yc *＝（0.8~0.9）max y c ）作为叶根的y c 值，然后按直线规律依次向叶尖减小。

如叶型的相对厚度c 为变值，可按c 选取值。

各截面的y c 值确定后，相应的攻角可根据叶型的y c ~α曲线选取。

注意：攻角α从叶根到叶尖应逐渐减小。

10、求叶片宽度b由气动力基本方程式（6－17）得：4y m pb c z w πωρη=（602n πω=）11、叶型安装角A βA β＝m β+α项目单位计算截面12 3 4 5 Dm0.4040.4980.5800.6480.71012、叶片型线的绘制根据上述计算的数据及所选取叶型剖面的几何尺寸，绘制截面的叶片型线，再按强度及结构工艺的要求作适当修正。

为改善叶片的受力状况，各计算的截面叶型的重心，应当位于同一半径上。

四：风筒的设计1、风筒结构：采用圆柱形，其内部直径δ+=t D D （δ为叶轮外缘与风筒内壁的径向间隙尺寸）由表得机号为No.4的风机的D1=410mm=0.41m ，即风筒内部直径D=D1=0.41m 2、风筒尺寸的确定：长度L=（1.5~2.2）D=0.615~0.902m ，D 为风筒的内壁直径；另外，风筒长度也要兼顾考虑到电机和叶轮安装好后的轴向尺寸L 0 ，应使L>L 0 。

ααrr c c mum u ∆=∆ m/s 4.16 3.38 2.90 2.60 2.3760Dnu π=m/s 29.80 36.75 42.80 47.82 52.39 η0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 z cm/s4.474.47 4.47 4.47 4.47 ηρu c u p ∆=∆ N/m 2 122.98 123.22 123.13 123.38 123.17 22)2(u z m cu c w ∆-+=m/s28.0836.3441.5946.7451.30mz m w carcsin =β(º) 9.16 7.07 6.17 5.49 5.00y c (选取)1.36 1.13 0.95 0.81 0.70 α（选取）（º） 9.7 9 5.2 3.8 3 αββ+=m A（º） 18.86 16.07 11.37 9.29 8.00 z （选取）6 6 6 6 6 602nπω=1/s 147.58 147.58 147.58 147.58 147.58 my w z c pb ηρωπ∆=4 m0.0280.0220.0190.0170.016五、主要零部件材料选取，强度计算与校核1、电机固定件的设计与材料的选择1、叶片材料选取，强度计算与校核：轴流通风机的叶轮旋转式，叶片受离心力和气流流动引起的压力，前者引起拉伸，后者导致弯曲。