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4-72型离心通风机毕业设计doc
发布时间:2020-04-18 02:23

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  毕业设计(论文) 题 目 通用No7C/4-72型离心通风机设计 学院名称 机械工程学院 指导教师 李启成 职 称 教授 班 级 热能与动力工程1201班 学 号 学生姓名 仲启鑫 2016年 6月4日 南华大学机械工程学院毕业设计(论文) PAGE \* MERGEFORMATiv 通用No7C/4-72型离心通风机设计 摘 要: 4-72型离心通风机具有通风效果好、适用性强、噪音低、维护方便等优点。本次设计根据通风机设计的理论基础,对离心通风机的主要参数进行研究和分析,设计一台用于工厂及大型建筑物室内通风换气的4-72型离心通风机。本文完成了4-72型离心通风机的叶轮、轴盘、轴、带轮、蜗壳等重要零部件的设计,重点是离心通风机叶轮的设计计算和轴的设计计算。并进行叶轮、轴、键的强度校核和轴承寿命的校核等。本设计严格执行最新国家标准及行业标准,参照在现有应用的离心通风机的基础上,完成通用No7C/4-72型离心通风机的设计。离心通风机广泛应用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却。 关键词:离心通风机;叶轮;蜗壳;强度校核 Universal No7C/4-72 Type Centrifugal Fan Abstract: 4-72 type centrifugal fan ventilation effect is good, strong applicability, low noise, easy maintenance, etc. This design based on the extension design basis, on the basis of the main parameters according to the centrifugal fan, study and analysis, and design a used in factories and large buildings indoor and ventilated take a breath of 4-72 type centrifugal fan. This paper completed the 4-72 type centrifugal fan impeller, shaft, shaft, belt wheel, the design of the volute and other important components, the focus is on the calculation in the design of centrifugal fan impeller and shaft design and calculation. As well as impeller, shaft, key checking respectively and the checking of bearing life. This design strictly carry out the latest national standards and industry standards, with reference to the existing in the practical application of processing of centrifugal fan design drawings, complete the design of centrifugal fan. Design of universal No7C/4-72 type centrifugal fan. Centrifugal fans are widely used in factories, mines, tunnels, cooling towers, vehicles, ships and buildings of ventilation, dust and cooling. Keywords: Centrifugal fan;Impeller;Volute;Strength check 目 录 中文摘要i 英文摘要ii TOC \o 1-2 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc452763786 1 绪论 .. PAGEREF _Toc452763786 \h 1 HYPERLINK \l _Toc452763787 1.1 离心通风机概述 .. PAGEREF _Toc452763787 \h 1 HYPERLINK \l _Toc452763788 1.2 通风机分类 .. PAGEREF _Toc452763788 \h 1 HYPERLINK \l _Toc452763789 1.3 通用4-72型离心通风机 .. PAGEREF _Toc452763789 \h 4 HYPERLINK \l _Toc452763790 2 4-72型离心通风机的结构形式 ... PAGEREF _Toc452763790 \h 5 HYPERLINK \l _Toc452763791 2.1 离心通风机的结构形式 . PAGEREF _Toc452763791 \h 5 HYPERLINK \l _Toc452763792 2.2 离心通风机的主要零部件 . PAGEREF _Toc452763792 \h 8 HYPERLINK \l _Toc452763793 3 离心通风机的特性参数 PAGEREF _Toc452763793 \h 11 HYPERLINK \l _Toc452763794 3.1 通风机的流量 PAGEREF _Toc452763794 \h 11 HYPERLINK \l _Toc452763795 3.2 通风机的压强 PAGEREF _Toc452763795 \h 11 HYPERLINK \l _Toc452763796 3.3 通风机的转速 PAGEREF _Toc452763796 \h 11 HYPERLINK \l _Toc452763797 3.4 通风机的轴功率 PAGEREF _Toc452763797 \h 12 HYPERLINK \l _Toc452763798 3.5 通风机的效率 PAGEREF _Toc452763798 \h 12 HYPERLINK \l _Toc452763799 4 4-72型离心通风机主要零部件设计计算 PAGEREF _Toc452763799 \h 13 HYPERLINK \l _Toc452763800 4.1离心通风机的设计要求 PAGEREF _Toc452763800 \h 13 HYPERLINK \l _Toc452763801 4.2 离心通风机设计主要参数 PAGEREF _Toc452763801 \h 13 HYPERLINK \l _Toc452763802 4.3 叶轮的设计计算 PAGEREF _Toc452763802 \h 14 HYPERLINK \l _Toc452763803 4.4 蜗壳的设计计算 PAGEREF _Toc452763803 \h 23 HYPERLINK \l _Toc452763804 4.5 电动机的选择 PAGEREF _Toc452763804 \h 25 HYPERLINK \l _Toc452763805 4.6 V带轮设计计算 PAGEREF _Toc452763805 \h 26 HYPERLINK \l _Toc452763806 4.7 轴的设计计算 PAGEREF _Toc452763806 \h 29 HYPERLINK \l _Toc452763807 4.8 轴承选型 PAGEREF _Toc452763807 \h 30 HYPERLINK \l _Toc452763808 5 通用No7C/4-72型离心通风机主要零件的强度校核 PAGEREF _Toc452763808 \h 32 HYPERLINK \l _Toc452763809 5.1 叶轮的强度校核 PAGEREF _Toc452763809 \h 32 HYPERLINK \l _Toc452763810 5.2 轴的强度校核 PAGEREF _Toc452763810 \h 35 HYPERLINK \l _Toc452763811 5.3 键的强度校核 PAGEREF _Toc452763811 \h 37 HYPERLINK \l _Toc452763812 5.4 轴承寿命的校核 PAGEREF _Toc452763812 \h 37 HYPERLINK \l _Toc452763813 6 通风机的安装和维护 PAGEREF _Toc452763813 \h 38 HYPERLINK \l _Toc452763814 6.1 通风机安装方法 PAGEREF _Toc452763814 \h 38 HYPERLINK \l _Toc452763815 6.2 通风机的维护 PAGEREF _Toc452763815 \h 38 HYPERLINK \l _Toc452763816 结论 PAGEREF _Toc452763816 \h 40 HYPERLINK \l _Toc452763817 参考文献 PAGEREF _Toc452763817 \h 41 HYPERLINK \l _Toc452763818 谢辞 PAGEREF _Toc452763818 \h 42 HYPERLINK \l _Toc452763819 附录 PAGEREF _Toc452763819 \h 43 HYPERLINK \l _Toc452763820 1 英文原文 PAGEREF _Toc452763820 \h 43 HYPERLINK \l _Toc452763821 2 中文翻译 PAGEREF _Toc452763821 \h 53 第PAGE \* MERGEFORMAT5页,共56页 1 绪论 1.1 离心通风机概述 风机顾名思义是抽风或送风的机械设备。风机的工作原理是输入电功率,通过过电机带动风机叶轮旋转,达到对气体产生吸风或抽风效果,风机由进风口、叶轮、外壳、电机等元件组成。电机将电功率转成机械功率带动叶轮旋转;进风口导引气体流畅的进入叶轮;叶轮将旋转时的动能移转给气体;机壳收集叶轮吹出的气体,控制气体的流向。 通风机的历史是很悠久的,通风机的发展在国内外来说都是很迅速的,并且所取得的成果也是十分丰硕。1862年,第一台离心通风机由英国的圭贝尔发明,这一台离心通风机的叶轮、机壳为同心圆型,砖制的机壳也是一大特色,而其叶轮是木制的并采用后直叶片的形式,所以这台离心通风机仅有40%得效率;1880年,蜗形机壳被设计出来,离心通风机的叶片也变成了后向弯曲叶片,结构相对来说是完善了不少;1898年,前向叶片的西罗柯式离心通风机被设计出来,这类通风机在国际上也被广泛采用。 我国的离心式通风机历史要从建国后开始说起,1949年新中国建立后由于经济发展的同时,风机作为技术型的代表,也初步得到发展。在50年代初期,我国也在前苏联的技术资金援助下,我国开始了离心式通风机的制造与生产,但是由于在研制和生产初期我国的离心通风机产品存在很多缺点,比如机型少,效率低等。60年代我国将重点放在风机效率的提升上才有了很大进步。近年来我国加大了对离心风机的科研投入,并且也认识到国内外风机技术的差距,我们不断引进和学习国外先进技术,通过不懈的努力,缩短了我们与发达国家的差距。 1.2 通风机分类 通风机按气体流动方向的不同主要分为离心式、轴流式、混流式和横流式等类型。 1.2.1 HYPERLINK /view/3946741.htm \t _blank 离心式通风机 如图1.1所示,离心式风机是一款常见的抽风机产品,由于其使用效率高,广泛用于工矿厂房和民用建筑、大型公共建筑、发电厂等场所,还可以作为空气处理设施、热风循环设施的配套设备。目前市场上常用的有4-72-A式和4-72-C式两类别离心式风机。 离心通风机工作时,空气经吸气口从叶轮中心处吸入。这样流动气体的压力以及速度都会得到提高,并且在离心力的作用下沿着叶道甩向机壳,再从排气口排出。因为气体在叶轮内的流动主要是在径向平面内的,所以又可以称为径流式通风机。 图1.1 离心式风机示结构意图 1-吸气口;2-叶轮前盘;3-叶片;4-叶轮后盘; 5-机壳;6-排气口;7-节流板;8-支架 1.2.2 轴流式通风机 如图1.2所示,轴流通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式这三种,小型的叶轮直径只有100毫米左右,大型的则可达20米以上。小型的低压轴流通风 机是由叶轮、机壳和集流器这些部件组成的,这些类型的通风机一般安装在建筑物的墙壁或天花板上;而大型高压轴流式通风机则是由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩散筒和传动部件组成。 1-工作轮;2-叶片;3-轴;4-外壳;5-进风口;6-前流线 轴流式通风机结构示意图 1.2.3 混流式通风机 如图1.3所示,混流通风机又称为斜流通风机,在混流通风机中,气体以与轴线成某一角度的方向进入叶轮,这样在叶道中获得能量后,接下来沿倾斜方向流出。混流通风机的叶轮和机壳通常会是圆锥形。而且混流通风机兼有离心式通风机和轴流式通风机的特点。 图1.3 混流式通风机示意图 1.2.4 横流式通风机 如图1.4所示,横流式通风机一般是小型的高压离心通风机,而横流式通风机与离心通风机的区别在于是否具有前向多翼叶轮。横流式通风机的优势在于与其他类型通风机相比在相同性能的条件下,它的尺寸小、转速低。正是基于这样的优势,横流式通风机与其它类型的风机相比效率会相对较高。而且横流式通风机另外一特点是它的轴向宽度任意选择都不会影响气体的流动状态。而且横流通风机的出口截面是窄而长得,所以横流式通风机适宜于安装在各种扁平形的设备中。 1-叶轮;2-蜗壳;3-蜗舌 图1.4 横流式风机示意图 1.3 通用4-72型离心通风机 4-72型离心式风机是一款常见的抽风机产品,由于其使用效率高,广泛用于工矿厂房和民用建筑、大型公共建筑、发电厂等场所,还可以作为空气处理设施、热风循环设施的配套设备。分为4-72-A式和4-72-C式两类。 图1.5 4-72-A式 图1.6 4-72-C式 2 4-72型离心通风机的结构形式 2.1 离心通风机的结构形式 4-72型离心通风机的结构比较简单,多数部件如叶轮和蜗壳一般都用钢材料,如下图2.1是比较常见的4-72型离心通风机的简图。 图2.l 4-72型离心式通风机结构示意图 1-V带带轮 2、3-轴承座 4-主轴 5-轴盘 6-后盘 7-蜗壳 8-叶片 9-前盘 10-进风口 11-出风口 12-底座 2.1.1 旋转方式不同的结构形式 4-72型离心风机分左旋和右旋两种型式,从电机(皮带轮)侧正视,叶轮按顺时针方向旋转为右旋(如图2.2),逆时针旋转为左旋(如图2.3)。 图2.2 左旋 图2.3 右旋 2.1.2 进气方式不同的结构形式 离心通风机的进气方式分为单侧进气(又称单吸)和双侧进气(又称双吸)两种。 在特殊情况下,离心通风机的进风口装有进气室,按叶轮“左”或“右”的回转方向,各有五种不同的进口角度位置,如图2.4所示。 图2.4 进气室角度位置示意图 2.1.3 离心通风机出风口位置不同的结构形式 根据使用的要求,离心通风机蜗壳出风口方向,规定了如图2.5所示的8个基本出风口位置。 图2.5 出风口角度位置示意图 如基本角度位置不够,可以采用表 2.1所列的补充角度。 表2.1 补充角度 补充角度 15° 30° 60° 75° 105° 补充角度 120° 150° 165° 195° 210° 2.1.4 传动方式不同的结构形式 离心通风机的传动方式也是需要根据实际的使用情况来确定最合适的。当然要确定传动方式,这些都需要根据经验和工作要求来定。 目前,我国离心通风机的传动方式有如图2.6所示几种形式。 图2.6 离心通风机传动结构形式 2.2 离心通风机的主要零部件 2.2.1 叶轮 叶轮可以说是通风机最重要的部分,可以说叶轮的形状和尺寸的确定基本上可以确定通风机的特性。离心通风机的叶轮一般由前盘、后盘、叶片和轴盘等组成。 叶轮前盘的型式又分为平前盘、锥形前盘和弧形前盘这几种,如图2.7a、b、c所示。 图2.7 叶轮结构形式示意图 (a)平直前盘 (b)锥形前盘 (c)弧形前盘 (d)双吸叶轮 叶轮上的主要零件是叶片。离心通风机叶轮的叶片,一般有6-64个.而叶轮的结构形式又基本上可以由叶片的出口安装角和叶片形状决定。(叶轮的形式主要有如图2.7所示几种) (1)叶片出口角不同 离心通风机的叶轮,根据叶片出口角的不同,可分为如图2.8所示的前向、径向和后向三种。叶片出口角β2A大于90的叫作前向叶片,等于90的叫作径向叶片,小于90的叫作后向叶片。 图2.8 前向、径向和后向叶轮 (2)叶片形状不同 离心通风机叶片形状有如图2.9所示的平板形、圆弧形和中空机翼形等几种。 目前,前向叶轮一般都采用圆弧形叶片。在后向叶轮中,对于大型通风机多采用机冀形叶片,而对于中、小型通风机,则以采用圆弧形和平板形叶片为宜。我国生产的4-72型和4-73型离心通风机均采用中空机翼形叶片。 图2.9 叶片形状 a)平板叶片 b)圆弧窄叶片 c)圆弧叶片 d)机翼型叶片 2.2.2 机壳 离心通风机的机壳由蜗壳、进风口和风舌等零部件组成。 (1)蜗壳 蜗壳的作用是收集从叶轮出来的气体,并引导到蜗壳的出口、经过出风口.把气体输送到管道中或排到大气中去。 (2)进风口 进风口又叫做集风器,它是为了保证气流能均匀地充满叶轮的进口,使气流流动损失最小。离心通风机的进风口有锥形、筒锥形、筒形、筒弧形、弧形、弧筒形、弧锥形等多种。 2.2.3 进气箱 进气箱一般只使用在大型的或双吸的离心通风机上。其主要作用可使轴承裝于通风机的机壳外边,便于安装和检修,对改善锅炉引风机的轴承工作条件更为有利。 2.2.4 前导器 一般在大型离心通风机或要求特殊性能调节的通风机的进气口或进风口的流道内装置前导器。他是用改变前导器叶片角度的方法,来扩大通风机性能、使用范围从而提高调节的经济性,前导器的两种形式分别是轴向式和径向式。 2.2.5 扩散器 扩散器装于通风机机壳出口处,其作用是降低出口气流速度,使部分动压转变为静压。根据出口管路的需要,扩散器有圆形截面和方形截面两种。 3 离心通风机的特性参数 流量、压力、功率、效率和转速是表示通风机特性的参数,通常称为通风机特性参数。 3.1 通风机的流量 流量(体积流量或质量流量)是指单位时间内通过风机出口断面的气体量(体积或质量)。当用体积流量时,用Q表示,单位为立方米每秒(m3/s),当用质量流量时,用表示,单位为千克每秒(kg/s)或千克每小时(kg/h),质量流量和体积流量的关系为 (3-1) 其中ρ为气体密度,单位为kg/m3。 将单位时间内通过风机进口断面的体积流量称为理论流量,用Qth表示。而实际被利用的流量小于通过叶轮输送的理论流量,该理论流量为 于是,风机的容积效率为 (3-2) 3.2 通风机的压强 压强是指风机的压强升,即进出口断面单位体积气体的能量差,用压强差表示,单位为帕(Pa)。风机的压强升又分全压升、理论压强、静压升为和动压升。 风机在工作过程中会有流动损失,我们用表示。所以风机实际产生的全压升是比理论全压升要小的,即 (3-3) 风机的流动效率为 (3-4) 3.3 通风机的转速 转速n是风机的转速与风机的流量、压强和效率是直接相关的。AG亚游手机客户端,转速n的单位为转每分(r/min)。 3.4 通风机的轴功率 轴功率我们用P表示,单位为瓦(W)或千瓦(KW)。 从压强升的定义可以得出单位体积的气体经过风机后具有的能量为,若理论流量为(m3/s),则单位时间内气体获得的能量称为气体功率即内功率,用PJ表示,有 (3-5) 考虑流动损失和容积损失q后,实际气体的有效功率为 (3-6) 3.5 通风机的效率 效率是反映所设计、制造的风机性能优劣的指标。实际气体功率是气体经过叶轮后获得的能量,风机的轴功率是原动机输入的功率,所以风机的有效效率为 (3-7) 所以风机的有效效率(总效率) 为 (3-8) (其中表示容积效率、表示流动效率、表示机械效率) 4 4-72型离心通风机主要零部件设计计算 4.1离心通风机的设计要求 对于通风机设计的要求是:?? (1)满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近; (2)最高效率要高,效率曲线)压力曲线的稳定工作区间要宽; (4)结构简单,工艺性能好;?? (5)足够的强度,刚度,工作安全可靠;?? (6)噪音低;?? (7)调节性能好;?? (8)尺寸尽量小,重量尽量轻;??? (9)维护方便。?? 4.2 离心通风机设计主要参数 4-72型离心通风机设计主要参数: 1、型 号:4-72型 2、机 号:No7C 3、进气压力:P0=101.325KPa 4、气体温度: 5、介 质:空气 6、全 压: 7、流 量: 8、主轴转速: 根据4-72型离心通风机主要参数可知:其中“4”表示压力系数为0.4;“72”表示转速为72r/min;“7”为机号,就是风机叶轮的外径700mm;“C”是传动方式,表示皮带轮传动;从主轴转速:n=1800r/min、全压:P=2406Pa、流量:Q=12521m3/h,可查出进口法兰:D1=600;D2=650;联结螺栓:M=8;N=16.出口法兰:A1=398;A2=486;A3=448;A4=536;联结螺栓M=6,N=16.通风机外形:长×高×宽=878×1395×1198(mm),规格型号Y-160L-4,功率15kW。 4.3 叶轮的设计计算 叶轮是通风机的最主要的部件,其中叶片是向流体传递能量的唯一零件。通风机能否获得所需能量和压力,和叶轮的设计有极大的关系。 4.3.1 叶片型式及叶轮外径的确定 图4.1 叶轮各参数示意图 :叶轮外径;:叶轮进口直径;:叶片进口直径;:出口宽度;:进口宽度; :叶片出口安装角;:叶片进口安装角;:叶片数 通风机的全压与叶轮外径、转速n、叶片出口安装角之间的关系,可有以下几个方程来确定: (4-1) (4-2) , (4-3) (式中 表示 叶轮出口的无因次子午速度) 1)全压系数 由表4.1可以看出,前向叶片的全压系数较高,径向次之,后向较低。在其他几何参数相同的情况下,弯曲叶片的全压系数比平板叶片的高;机翼型叶片的全压系数比弯曲叶片的高。 表4.1 全压系数选择范围 20°~30° 0.60~0.80 40°~50°(机翼形) 0.7~0.9 30°~60° 0.8~1.2 90° 1.2~1.4 110°~135° 1.6~1.8 135°~150° 1.8~2.2 150°~175°(多翼形) 2.4~2.8 查表选叶片出口角=50°,选择后弯机翼叶片。根据角度,取全压系数为0.9。 2)通风机的效率 前向叶片虽然压力系数高,但效率较低。后向叶片虽然压力高系数较低,但是效率高。目前强后向翼型叶片的离心通风机,其效率可达0.9~0.92.近年来,前向通风机的全压效率也有所提高,可达0.84~0.86.通风机的内部效率。(可按表4.2、4.3选择) 表4.2 叶轮型式与全压效率的范围 叶轮型式 全压内效率(%) 后弯叶片 77~85 后弯机翼叶片 85~91 径向出口叶片 77~83 径向直叶片(无前盖) 70~72 径向开式叶片 65~70 前弯叶片 72~80 前弯多翼叶 60~70 表4.3 传动方式和机械效率 传动方式 机械效率 电动机直联 1.0 联轴器直联传动 0.98 减速器传动 0.95 V带传动 0.92 3)叶轮径向尺寸 不同类型的离心通风机。在转速n,全压P相同时,有全压系数的不同,叶轮直径也将不同。前向叶片的叶轮直径要小些,径向次之,后向叶片直径最大。 风机的比转速 (4-4) 估算全压系数 (4-5) 估算叶轮外缘圆周速度: (4-6) 估算叶轮外缘出口直径: (4-7) 按优先数系取 当时叶片出口圆周速度u2为: 4)计算风机的其它参数 全压系数: (4-8) 流量系数: (4-9) 比直径: (4-10) 转速系数: (4-11) 4.3.2 叶轮入口直径的确定 在决定叶轮入口集合参数以前,先分析入口的气体流动情况。 对于叶轮入口直径: (4-12) (d为轴直径,对悬臂式叶轮d=0,表示叶轮进口速度,可按表4.4选择) 表4.4 叶轮进口速度范围 风 机 类 型 进口速度m/s 低压风机 10~14 低中压风机 12~19 中高压风机 15~30 大型高压风机 30~50 本课题设计的风机全压为2406pa,属于中高压风机,故选择。 则叶轮入口直径: (4-13) (4-14) 叶片进口直径: (4-15) (4-16) 因流量系数,故选用扩散形进气,即采用最佳收敛性系数并参考公得 (4-17) 取 4.3.3 叶片入口宽度的确定 叶片入口宽度是根据所需要的流量来决定的。通风机设计中,常把叶片入口的轴向宽度(见图4-1)作为叶片入口宽度。这种做法对于低比转速的窄叶轮,两者相差不大,但对于高比转速的宽叶轮,差别较大。 图4.2 叶片入口宽度 选择径向进气 (4-18) 选择叶片入口前进气速度 (4-19) 确定叶片入口宽度 (4-20) 4.3.4 叶片入口角度的确定 和决定叶片入口直径一样,叶片入口角度也是根据最小的原则来确定,以保证叶道内流力损失最小。可按叶片入口气流角来计算叶片入口安装角 计算入口前气流角: (4-21) 则 确定叶片入口几何角: (4-22) 选冲角,则 (4-23) 4.3.5 叶片始端形状 从前图4.1可知,靠近叶片前段A点的气流速度,比靠近后盘B点的速度大。当时,A的气流角比B的气流角大,气流冲角将不相等,冲击打的地方冲击损失大,降低了通风机的效率。随着叶轮宽度级气流转弯时速度不均匀程度的增加,气流速度沿叶片宽度的变化越大,影响也越厉害。叶片可以分为 主部和始端两部分。如果把始端设计成某种形状,以保证沿叶片宽度的气流冲角变化不大,就会减少签署的叶片入口冲击损失。最常用的就是采用斜切的始端。本课题设计的通风机叶片也采用斜切始端。对于弧形前盘叶片,斜切始端可提高效率。 图4.3 叶片入口的始端 a)无始端的叶片 b)、c) 有始端的叶片 1--叶片的主部 2--叶片的端 4.3.6 叶片数目的确定 叶片数目Z对通风机性能有很大的影响。 按经验公式计算,对机翼形叶片均偏大,参图4.5。 表4.5 叶片型式和推荐叶片数 叶片型式 推荐叶片数 强后弯叶片 8~10 后弯机翼叶片 8~12 一般后弯叶片 12~16 径向出口高压鼓风机 10~20 径向出口工业废气或废料输送 5~10 前弯叶片高压鼓风机 12~16 一般前弯叶片 16~32 强前弯多翼叶片 32~64 根据一般后弯叶片选择,取 Z=12 叶片尽快阻塞系数 (4-24) 其中选用优质薄板叶片。 气流进入叶片后的径向分速和气流角 (4-25) (4-26) (4-27) (4-28) 选择叶片出口后径向分速 选择近似双曲线规律的圆弧前盖,故选用 (4-29) 4.3.7 叶片出口宽度的确定 (4-30) (4-31) (4-32) 叶片出口阻塞系数 (4-33) 叶片出口前径向分速 (4-34) 无限叶片数气流出口圆周分速 (4-35) 估算滑差系数K (4-36) 有限叶片气流出口圆周分速 (4-37) 校核全压系数 (4-38) 其中,; (4-39) 它说明本风机原选用之有余量,其误差为 (4-40) 叶轮出口前、后的气流速度和角度 出口前: (4-41) (4-42) (4-43) (4-44) 出口后: (4-45) (4-46) (4-47) (4-48) 校核 (4-49) (4-50) 确定叶片圆弧半径和中心圆半径 (4-51) (4-52) 4.4 蜗壳的设计计算 机壳的任务是将离开叶轮的气体导向机壳出口,并将一部分动能转变成静压。 图4.4 离心通风机蜗壳 4.4.1 选择蜗壳宽度 根据统计,我国优良的通风机的机壳宽度B=(2~4)。也可以按下列公式计算选择B值。 (4-53) (取) 4.4.2 采用平均速度计算蜗壳型线 离心通风机蜗壳内壁型线) (取) 可以用近似作图法得到蜗壳内壁型线 确定蜗壳张开度 不论通风机的风量大于或小于计算流量,螺旋部分内的速度几乎不变 机壳尺寸与张开度A有关,A的计算如下式: (4-55) 4.4.4 确定蜗壳绘制半径 (4-56) 4.4.5 蜗壳出口长度 取 故 蜗壳出口速度 (4-57) 取 取 4.5 电动机的选择 (1)风机静压按下式近似计算 (4-58) (2)压缩性系数,进口为大气 (4-59) (其中)。 (3)通风机所需轴功率 (4-60) 其中;。 (4)选择电动机功率 (4-61) 可选用7.5的电动机。 根据《机械设计实用手册》要求,选YF132S2-2型电动机。 4.6 V带轮设计计算 V带与带轮传动具有中心距范围广;变换转速方便,结构简单,传动平稳。能缓冲等优点,在通风机中被广泛采用。 4.6.1 确定计算功率 (4-62) 其中工作情况系数取: 4.6.2 选择V带的带型 根据,并参考机械设计实用手册[14]选用B型。 表4.7 V带截面基本尺寸 图4.3 V带截面图 4.6.3 确定带轮的基准直径并验算带速 初选小带轮的基准直径。查机械设计实用手册[14],取小带轮的基准直径。 验算带速 (4-63) 因为,故带速合适。 计算大带轮的基准直径 (4-64) 根据机械设计实用手册[14],圆整为。 4.6.4 确定V带的中心距和基准长度 根据资料,初定中心距。 计算所需的基准长度 (4-65) 根据机械设计实用手册[14],选带的基准长度。 计算实际中心距 (4-66) 中心距的变化范围为。 4.6.5 验算小带轮上的包角 (4-67) 4.6.6 计算带的根数z 计算单根V带的额定功率 由和,查机械设计实用手册[14]得。 根据,和B型带,查机械设计实用手册[14]得。 查机械设计实用手册[14]得,,于是 (4-68) 计算V带的根数z (4-69) 圆整取3根。 4.6.7 计算单根V带的初拉力的最小值 查机械设计实用手册[14]得B型带的单位长度质量,所以 (4-70) 应使带的实际拉力。 4.6.8 计算压轴力 压轴力的最小值 (4-71) 4.6.9 大带轮的结构设计 取 取 取 4.7 轴的设计计算 4.7.1 轴的材料选择 按照一般轴用材料选取材料40Cr 4.7.2 轴的直径计算 (4-72) 在轴的两端有两个键槽,故应该增大。取 4.7.3 轴的结构设计 按照轴上的零件布置要求,设计轴的结构如图。 图4.6 轴结构图 1)轴各段直径设计 轴Ⅰ段和轴Ⅴ段按照最小直径来设计,则 在轴的Ⅰ-Ⅱ和Ⅳ-Ⅴ段分别有轴的定位要求,则 在轴的Ⅱ-Ⅲ和Ⅲ-Ⅳ段分别要给轴承定位,则 轴各段长度设计 在轴Ⅰ段的长度是按照轴盘中心孔的长度,则 在轴Ⅴ段的长度是按照V带的中心孔的长度,则 在轴Ⅱ段和轴Ⅳ段的长度是按照轴上零件的按照尺寸,及零件的组装和拆卸要求,得 , 轴Ⅲ段的长度是按照轴的轴承的位置要求,以及轴的零件位置确定,得 轴上键的设计 在大带轮与轴连接处用键C10×8×40 在轴盘有轴连接用键C10×8×50 4.8 轴承选型 1) 由已知条件可知,轴承只受轴向力 (4-73) 按照机械设计实用手册[14],,取,则 (4-74) 2) 轴承应有的基本额定动载荷值 (4-75) 对于球轴承, 按照通风机一般年限10年,则 则: (4-76) 根据基本额定动载荷选用6408型深沟球轴承。 5 通用No7C/4-72型离心通风机主要零件的强度校核 5.1 叶轮的强度校核 5.1.1 叶片的强度校核 叶片材料选取Q235,已知条件: 叶片为等厚度圆弧形,弧的半径 叶片质心处的厚度 ,,,叶片与轮盘连接为焊接 轮盘内孔直径 轮盘外径 轮盘厚度为 转速 计算叶片的应力 图5.1 叶片的应力示意图 叶片的离心力分解为和两个分力。所引起的最大弯曲应力为 (5-1) 旋转角速度 材料的密度 则 (5-2) 考虑引起的弯曲应力后,叶片的最大弯曲应力为 (5-3) 故叶片材料选Q235合格。 5.1.2 轮盘的强度校核 轮盘的材料选Q235 轮盘的外径,圆周速度为 (5-4) 轮盘的内径为,轮盘的最大应力为 (5-5) 轮盘的厚度为,则 (5-6) (5-7) (5-8) 取叶片负荷分配系数,则叶片的附加应力为 (5-9) 轮盘的总应力为 (5-10) 故轮盘的材料选Q235合格。 5.1.3 轮盖的强度校核 轮盖材料选Q235 轮盖的内径,则轮盖的最大应力为 (5-11) 轮盖的厚度为,则 (5-12) 取叶片的负荷分配系数,则叶片的附加应力为 (5-13) 轮盖的总应力为 (5-14) 故轮盖材料选Q235合格。 5.1.4 轴盘材料的选择 轴盘直径,则 (5-15) 因为,选Q235。 5.2 轴的强度校核 离心和轴流通风机的主轴在运转过程中;同时承受弯矩和转矩,因而在强度计算时,先分别求出主轴承受的最大弯矩和转矩,然后求出二者所引起的合成应力。 1)各零件的质量以及各轴段的质量的估算 叶轮的质量估算: 轴盘的质量估算: 带轮的质量估算: 轴各段的质量估算: 图5.1 离心力通风机传动方式示意图 图5.2 轴的受力分析 2) 力作用点间各段的距离 ;;; 3) 轴的校核计算 (5-16) (5-17) (5-18) (5-19) 由以上可得出,最大弯矩为 轴的转矩为 轴上的最大复合应力 (5-20) 由于,故轴选用合格。 5.3 键的强度校核 键是标准零件,用来实现轴与轮廓之间的周向固定以传递转矩。 1)键的基本尺寸 根据轴的直径和轮廓长度选用键35×40(GB/T 1095-1979),其机构如图5-3所示 图5-3 键结构简图 2) 校核大带轮处的键,则 (5-21) 故合格。 3) 校核轴盘处的键,则 (5-22) 故键合格。 5.4 轴承寿命的校核 根据寿命验算公式,得 285010h>87600h (5-23) 故该轴承合适。 6 通风机的安装和维护 6.1 通风机安装方法 离心式通风机主要由四部分组成,分别是叶轮、机壳、进风口以及传动装置。叶轮采用钢板制作而成,经过动静平衡校正,可以达到运转平稳的工作目的。机壳一般分为两种,一种机壳是一个整体,不可以拆开,而另一种机壳呈三开成式。进风口需要装在风机的侧面,可以使气体顺利的进入叶轮。而传动部分一般是由主轴以及带轮等部分所组成。 安装风机之前首先应该检查零部件是否都完好无损,同时检查部件的种类是否齐全。在安装风机之前还需要彻底清洗轴承以及轴承箱等部分。在安装风机的时候首先应该将机壳的下部分以及进风口的大部分等放在原基础上,同时调整好各个部分,将将机壳地脚板焊好。然后把轴承底座放在基础上,调差轴向水平偏差以及轴承对的横向水平偏差。之后将轴承箱放在轴承底座上,使用销钉将轴承箱以及轴承底座固定好。 在安装轴承之前应该检查和清理轴承箱的内部,同时要清理轴衬的表面,尤其应该重点检查清理瓦面。之后在双头螺栓的螺纹上面涂上一层凡士林,同时将轴承箱以及轴衬定位销等部分的杂物清理干净。还需要使用一些颜料涂在轴衬的表面,并将轴衬放在轴承底座上,在轴承座中转动轴衬,并将轴衬取出,检查其接触情况。在完成以上安装步骤之后,调整轴承箱的水平,并安装转子组。 6.2 通风机的维护 通风机的正常维护也是很重要的,是为了保证通风机的正常运行。通风机维护的主要内容就是严格按照有关技术规定要求和操作规程,进行通风机的运转,并对运转中出现的问题进行及时的维修。通风机在运转中的维护只要加强管理,执行操作规程即可。但是也要随时注意检查通风机各个部位的地螺栓是否松动,同时也要注意电动和通风机是否发出不正常声响,如果发现问题,就要及时处理,不可麻痹大意。通风机的维护,还包括其他设备的维护,如通风机前面的除尘设 备的维护。除尘设备的正常高效运行,对通风机的运转和通风机的寿命有直接的影响。 6.2.1 叶轮的检修 叶轮是转子中较易磨损的机件。如果通风机的叶轮如果磨损过多,就将失去转子的平衡,不仅会引起通风机的剧烈振动,而且还可能发生事故。因此,对通风机的叶轮不仅要定期检修,而且有时还要更换新叶轮。对于制成的叶轮,需将叶片的进口和出口处的毛刺除掉,并时行修整,清扫叶道,然后进行静平衡及动平衡校正。 6.2.2 机壳漏气的检修 对于钢板机壳的通风机,如果机壳严重漏气,就应该在中分面上的密封垫更换,或加上密封垫。密封垫一般用的是石棉板或石棉绳这些材料,也可以用其它材料代用。如果是叶轮或飞灰与机壳摩擦而使得机壳磨损漏气,我们应首先对叶轮进行检修,再焊补机壳损坏部分。检修完毕之后,还要记得把内面的焊接毛刺打磨掉。 6.2.3 密封与润滑 轴承的转速主要受到轴承内部的摩擦发热引起的温升的限制,当转速超过某一界限后,轴承会因烧伤等而不能继续旋转。? 轴承的极限转速是指不产生导致烧伤的摩擦发热并可连续旋转的界限值。因此,轴承的极限转速取决于轴承的类型、尺寸和精度以及润滑方式、润滑剂的质和量、保持架的材料和型式、负荷条件等各种因素。? 各类轴承采用脂润滑及油润滑(油浴润滑)时的极限转速分别载于各轴承尺寸表,其数值表示标准设计的轴承在一般负荷条件(C/P=13,Fa/Fr=0.25左右)下旋转时转速的界限值。另外,润滑剂根据其种类和牌号的不同,也可能虽优于其他性能但不适用于高速旋转。 由于轴承的滑动线速度极限值dn为,则滚动轴承的润滑方式为脂润滑,脂润滑因润滑脂不易流失,容易密封。轴承箱密封按照标准采用密封环和O型密封圈密封,并辅以隙缝密封。 在轴与蜗壳处采用隙缝密封。 结论 本设计是4-72(NO6C)型离心通风机设计,NO6号风机采用C型传动方式,而本次设计主要是结构设计,气动力计算确定风机叶轮和蜗壳的主要尺寸和零部件强度校核计算等。设计的主要内容有以下方面,通风机的分类和通风机国内外的发展状况;离心通风机的结构型式和重要参数;叶轮、蜗壳、V带轮、轴等主要零部件的设计;叶轮、轴、键等主要零件的校核。 本设计所采用的技术方案是拟采用叶栅设计方法进行叶片叶型的设计,通过充分查阅相关手册和文献资料以获得相关计算公式和大量数据,采用CAD、PRE等计算机辅助计算、设计及模拟软件。而本设计的预期目标是,要满足所需流量和压强的工况点应在最高效率点附近、最高效率值要高、效率曲线要平坦、压强曲线的稳定工作区间要宽、结构简单、工艺性好、足够的强度和刚度、工作安全可靠、噪声低、调节性能好、尺寸尽量小、重量轻、维护方便。 而对叶片长度设计计算来说,如果叶轮的外径D、内径d、人流角口,和流出角度确定之后,那么流量和压力也就固定了,也就是流体从叶片获得的能量固定了。此时在入流角口和流出角段保持不变的情况下,如果加大叶片长度(加大叶片围包角)将会降低叶片单位长度的负荷率。这样可以减少摩擦损失以及延长叶轮使用寿命。再者蜗壳的设计计算,离心通风机都有一个蜗形机壳,通常有4个圆心点等两三种作法。做蜗壳外形线任一点的切线,并且找出它与过叶轮轴心的半径线的垂线间夹角a。通过计算出叶轮外径处流体流出速度的方向,可以找出它与圆周切线间夹角岛。而两个夹角的差值越小越好,如果能做到相等是最好。道理是没有冲角,减少流动损失。当然轴的设计计算以及重要零部件的强度校核也是十分重要。 离心通风机的发展趋势本设计总的概况为向着大容量、高参数化发展,重视风机转速向着高速化的方向和高效率、高可靠性、低噪声的方向发展。 参考文献 [1] 成大先主编.机械设计手册(单行本)轴及其连接[M].北京:化学工业 出版社,2004.1 [2] 濮良贵、纪名刚主编.机械设计第八版[M].北京:高等教育出版社,2010.5 [3] 郑文纬、吴克坚主编.机械原理(第七版)[M].北京:高等教育出版社,1997.7 [4] 刘鸿文主编.材料力学(Ⅰ)第4版[M].北京:高等教育出版社,2004.1 [5] 成大先主编.机械设计手册(单行本)机械震动及机架设计[M].北京:化学工业出版社,2004.1 [6] 安连锁主编.泵与风机[M].北京:中国电力出版社,2001 [7] 王朝晖主编.泵与风机[M].北京:中国石化出版社,2007.08 [8] 李文科编著.工程流体力学[M].安徽:中国科学技术大学出版社,2007 [9] 商景泰.通风机实用技术手册[M].北京:机械工业出版社,2005.4 [10] 吴玉林、陈庆光、刘树红编著.通风机和压缩机[M].北京:清华大学出版社, 2005.2 [11] 成大先主编.机械设计手册(单行本)连接与紧固[M].北京:化学工业出版社,2004.1 [12] 吴宗泽主编.机械设计实用手册(第二版)[M].北京:化学工业出版社,2

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