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AG亚游手机客户端通风机设计说明书
发布时间:2020-05-26 04:09

  沈阳化工学院学士学位论文 摘要 本文在吸收国内外风机的选型设计经验的基础上,以离心风机相似设 计为基础,建立了适用于离心通风机设计系统。鉴于传统通风机的设计方法 始终是以人为主体,设计环境由手工计算工具、绘图仪器和以纸为载体的资 料构成,不论是复杂的计算,还是精细的制图,都必须由设计者亲自来完成。 我们采用了 CAD 技术来进行辅助设计,减少手工绘图时间、提高绘图效率, 进而能够促进设计工作的规范化,系列化和标准化。 设计过程中我们采用分工设计、合作完成的原则,小组合作共同完成 离心式通风机的设计全过程。本文主要论述了通风机的设计,完成了对叶轮、 机壳、进口集流器、导流片、联轴器、轴等重要零部件的设计,进行计算并 根据计算绘制 Invertor 三维机械图。 关键词:离心式,通风机,Invertor,叶轮 -1- 沈阳化工学院学士学位论文 Abstract On the foundation of the lectotype that absorbs the design experience of domestic and international fan, base on the similar design of centrifugal fan, the design system of lectotype of centrifugal ventilator is established. In view of the tradition fanner’s design method ,all along withal human for these .design environment is made up by hand computation instrument、 drawing instrument and withal paper for bearer and so on. The complicated count and the refined protraction must be completed by the designer .We adopt CAD technology to decrease the time of handwork plot,improve the efficiency of plot,so that it can acquire standardization , serialization and standardize for the design. We adopt division of labour design, principle of cooperative finish in the design process,and complete the design of 4-72 centrifugal fan by groups working together.The text mostly discuss the stator team’lete the most importantly design of stator shell,flange,bed case body,intake chamber,circumfluence ware,diffuser ,volute and so on. And then to make calculation and draw CAD machine instrument graphique by the result of calculation. Keywords: centrifugal type,fanner,Inventor,volute -2- 沈阳化工学院学士学位论文 目录 引 言 ................................................................. 1 第一章 基本原理 ........................................................ 2 1.1 通风机的基本结构及原理 ........................................... 2 1.1.1 概述 .......................................................... 2 1.1.2 基本结构和理论 ................................................ 2 1.1.3 离心通风机的工作原理 .......................................... 4 1.1.4 通风机的特性参数 .............................................. 4 1.1.5 通风机的基本方程式 ............................................ 6 1.1.6 通风机的理论特性曲线 .......................................... 7 1.1.7 通风机损失和效率 .............................................. 8 1.2 相似设计理论 ...................................................... 9 1.2.1 概述 .......................................................... 9 1.2.2 相似原理 ...................................................... 9 1.2.3 通风机的无因次特性曲线 ....................................... 10 1.2.4 通风机的相似设计的步骤 ....................................... 12 1.3 校核理论 ......................................................... 13 第二章 数据分析和计算 ................................................. 14 2.1 相似设计计算和结构设计 ........................................... 14 2.1.1 概述 ......................................................... 14 2.1.2 风机尺寸换算和结构设计 ....................................... 16 2.1.3 设计风机空气动力略图 ......................................... 19 2.1.4 风机各部分材料选择表 ......................................... 20 2.2 校核计算 .......................................................... 21 2.2.1 叶轮的强度计算 ................................................. 21 2.2.2 主轴的计算 ................................................... 22 2.2.3 主轴的转速 ................................................... 23 2.2.4 轴承的寿命 ................................................... 24 -1- 沈阳化工学院学士学位论文 2.3 雷诺数的修正 ..................................................... 24 第三章 性能分析 ....................................... 错误!未定义书签。 第四章 设计结果 ....................................... 错误!未定义书签。 参考文献 .............................................. 错误!未定义书签。 结束语 ................................................ 错误!未定义书签。 -2- 沈阳化工学院学士学位论文 引言 风机是将原动机的机械能转化为流体的压力能和动能的一种设备。它广泛应用在 国民经济的各个方面,如采矿工业的通风、水力采煤的风力工具、冶金工业的鼓风等 等。 随着我国工业的发展,通风机在各行各业的应用日趋广泛。做到正确选择、维护、 检修就需要我们对通风机有一定的了解。本次设计是以 NO4-72.10 通风机为模型机, 运用相似原理设计具有一定流量、压力、效率的通风机。 设计过程中主要以学习掌握通风机的基本原理、设计计算和校核计算为目的,在 综合了各方面的知识并在老师的指导下完成毕业设计,这在说明书中会一一体现。 在通风机设计中,相似设计理论有着特殊的优势,它以实际研究出来的性能良好、 运行可靠的风机为模型来设计新的通风机,在不用做气动力学计算的情况下,可以得 到性能较优的通风机,具有很强的可靠性、简捷性、安全性。 由于自身水平有限,实践经验不足,设计说明书中难免有许多错误,热诚希望老 师给予批评和指正,学生不胜感激。 -1- 沈阳化工学院学士学位论文 第一章 基本原理 1.1 通风机的基本结构及原理 1.1.1 概述 通风机是叶片式气体压缩和输送的机械,从能量的观点来看,它是把电动机的机 械能转化为气体能量的一种机械。[1] 通风机广泛地应用于各个工业部门,是各部门企业普遍使用的设备,锅炉通风、 轻烟除尘、通风冷却都离不开通风机。在电站、矿井以及环保工程通风机更是不可缺 少的重要设备,在采暖通风以及特殊用途,如高温通风、防暴通风、强腐蚀条件下通 风,由于其用途不同,必须具有相应的结构特点和性能,并且要求高效率、低噪音、 大型化和调节自动化,这一切都要求我们对通风机有较高的认识和设计能力,我们以 学习的态度来完成本次设计结果。 通风机的种类繁多,按作用原理可分为容积式、透平式、喷射式。其中容积式有 分为往复式(用曲轴连杆机构使活塞在气缸内做往复运动,以减小气体所占的容积, 从而使压力上升。)、回转式(主要是罗茨式风机)、透平式又分成离心式(气体进入 旋转叶片通道,在离心力作用下,气体被压缩并抛向叶轮外)、轴流式(气体轴向进 入旋转叶片通道,由于叶片与气体相互作用,气体被压缩并轴向排出)、混流式(气 体与主轴成某一角度的方向进入旋转叶道)、横流式(气体横贯旋转叶道而受到叶片 作用而升高压力)。[2] 1.1.2 基本结构和理论 由于本次设计的离心式通风机,所以以介绍离心式为主。离心式通风机的主要部 件一般由叶轮、机壳、导流器、集流器、进气箱以及扩散器等组成。如图(1-1) -2- 沈阳化工学院学士学位论文 图 1-1 离心通风机 1-叶轮 2-机壳 3-集流器 (一)叶轮 叶轮是风机的主要部件,它的尺寸和形状对通风机性能有重大影响,其作用是转 化能量、产生能头。叶轮分为封闭式和开式两种。封闭式叶轮一般由前盘、后盘、叶 片、轮毂等组成。AG亚游手机客户端而叶片又有前弯式、径向式、后弯式。根据叶片形状又分为平板型、 圆弧形、机翼形等。叶片出口角度不同又可分为前向、径向、后向。 (二)机壳 风机的机壳由、蜗舌和进风口等组成。其中螺形室是由蜗板和左右两块侧板(钢、 塑料板、玻璃钢等为材料)焊接而成,其作用是收集从叶轮甩出的气流,并将高速气 流的速度降低,使其静压力增加,以此来克服外界的阻力并将气流送出。螺形室的轮 廓线是阿基米德螺旋线或是对数螺旋线,其出口附近的“舌头”结构称为蜗舌,作用 是防止部分气流在蜗壳内循环流动。蜗舌有深舌、平舌、线舌三种。蜗舌处流体的流 动比较复杂。它的几何形状。有蜗舌尖部的圆弧半径 r 以及距叶轮的距离 t 决定,对 风机性能和噪音影响较大。 (三)导流器 导流器又称为进口风量调节器。在风机的集流器之前,一般装置有导流器,运行 时通过改变导流器叶片的角度来改变风机性能,扩大工作范围和提高调节的经济性。 (四)集流器与进气箱 集流器的作用是在损失最小的情况下引导气流均匀地充满叶轮进口。集流器的形 状与叶轮入口的间隙大小对风机的性能均有影响。其基本形状有圆筒形、圆锥形、锥 -3- 沈阳化工学院学士学位论文 弧形等。 (五)扩散器 扩散器又称为扩压器。因蜗壳出口断面的气流速度很大,所以在蜗壳末端装有扩 散器。其作用是降低气流速度,使部分动能转化成为压能,另外蜗壳出口到扩散器出 口截面流速分布不均匀并向轮旋转方向偏斜。因此,扩散器一般要做成向叶轮一边扩 大,其扩散角通常为 6°—8°。 1.1.3 离心通风机的工作原理 离心式通风机的工作主要依靠离心力完成。气体的离心通风机中的流动是为轴 向,后转弯垂直于通风机轴的径向,当气体通过旋转叶轮的叶道间,由于叶片的作用 气体获得能量,即气体压力提高和动能增加。当气体获得能量足以克服其阻力时则可 将气体输送到远处或高处。 离心通风机的理论压头公式即离心通风机的基本方程式是利用流体力学的动量 矩原理推算而得,其表达为 pt ? u2c2 cos? 2 ? u1c1 cos?1r / g pt -――――――――――――――――――离心通风机产生的理论压头 u 2 、 u1 ――――――――――――――叶轮进出口的圆周速度 c2 、 c1 ――――――――――――――气流质点在叶轮进出口处的绝对速度 g 重力加速度 -―――――――――――――――――― ? 2 、?1 ――――――――――――叶轮进出口处圆周速度与绝对速度的夹角 r 气体的重度 ――――――――――――――――――― (1-1) 1.1.4 通风机的特性参数 (一)通风机进口标准状况 它是指通风机进口处空气的压力为一个大气压。温度为 20 ℃,相对温度为 50 % 的气体状况。 (二)气体密度 气体密度由气体状态方程确定 ? ? P / RT (1-2) (三)流量 -4- 沈阳化工学院学士学位论文 流量是指单位时间内流过通风机入口的气体体积或称为容积流量,其单位为 m3/h、m3/min、m3/s,用 Q 来表示。 (四)通风机的全压 P 气流在某一点或某一截面上的总压等于该点或截面上的静压和动压之和。而通风 机的全压则定义为通风机进气口截面上的总压之差 P ? (Psf 2 ? ?2c2 / 2) ? (Psf 1 ? ?1c1 / 2) 注: Psf 2 、 Psf 1 、 ? 2 、 ?1 、 c2 、 c1 通风机进、出口截面的静压、密度、速度 (五)通风机的动压 Pdf 通风机出口截面上气体的动能表示压力 (1-3) (六)通风机的静压 Psf 通风机的全压减去动压即 Pdf ? ?2c2 / 2 (1-4) (七)通风机的转速 Psf ? p ? pdf (1-5) 指的是叶轮每秒钟旋转速度一般称为角速度用? 表示 (八)通风机的功率 1 通风机的有效功率 在单位时间内获得有效能量 2 通风机的内部功率 Pe ? ?qv /1000 (1-6) 等于有效功率加上通风机内部流动损失功率 3 通风机的轴功率 Pin ? Pe ? ?Pin (1-7) 等于通风机内部功率加上轴承和传动装置的机械损失(输入功率) (九)通风机效率 Psh ? Pin ? ?Pme ? Pe ? ?Pin ? ?Pme (1-8) 1 通风机的全压内效率? sn 等于通风机全压有效功率与内部功率的比值 ?sn ? Pe / Pin ? Pqv /1000 Pin 2 通风机的静压有效功率等于通风机静压有效功率与通风机内部功率之比值 (1-9) -5- 沈阳化工学院学士学位论文 ?sf .in ? Pe.sf / Pin ? Psf qv /1000 Pin 3 通风机的全压效率? if 等于全压有效功率与输出功率之比 4 通风机静压效率? sf ?if ? Pe.if / Psh ? Pqv /1000Psf ??in ??me 等于静压有效功率与轴功率之比 ?sf ? Pe.sf / Psf ? Psf qv /1000Psf ??sf ??me 1.1.5 通风机的基本方程式 (1-10) (1-11) (1-12) 我们先做了些假设。把它当做一元流体来讨论,也就是用气体在通风机内的流动 是非常复杂的,为了简便起见,流速原理分析,基本假设有: (1) 风机流动时没有任何能量损失。 (2) 叶轮叶片无限多,叶片厚度无限薄。 (3) 气体做稳定流动。 (4) 不考虑气体的压缩性(压缩机除外) 而现实中有些情况与上述条件是有差异的。所以,我们对那些与实际情况不符合 的地方可以加以修正。 根据第一条假定,原动机到通风机轴上的外力矩等于叶轮传给气体的力矩有: N ? M ?W (1-13) 又因为 N ? PT? ? QT (1-14) 得到 PT? ? M ?W / QT (1-15) 根据动量定理,单位时间内由叶片流出的气体动量对轴心的动量矩与叶片入口前 流入气体动量对轴心的动量矩之差,等于加给气体的外力矩 即 M ? Qr / g(C2U ? R2 ? C1U R1 ) (1-16) 注: r -------------气体的重度 C2U? 、 C1U ------叶片无限多时叶片出入口气流切向分速度 R2 、 R1 ----------叶片入、出口的半径 所以 PT ? r / g(C2U ?u2 ? C1U u1 ) (1-17) HT? ? 1/ g(C2U ?u2 ? C1U u1 ) (1-18) 当气流径向进入时 C1U ? 0 ,有 -6- 沈阳化工学院学士学位论文 PT ? ? r / gC2U ?u2 HT ? ? 1/ gC2U ?u2 1.1.6 通风机的理论特性曲线、理论全压特性曲线 通风机在一定的吸气状态下和一定转速下工作时通风机理论全压和理论流量之间 关系曲线叫做通风机的理论全压特性曲线] PT? ? ?u 2 2 ? ?u2 / ?d2b2tg?b2 (1-21) 图 1-2 理论全压特性曲线、理论功率特性曲线 通风机在一定转速工作下,不考虑任何损失时轴功率与理论流量之间的关系成为 把9代入10中得 NT ? PT? ? QT (1-22) NT ? ?u 2 2 QT ? ?u2 / ?d2b2tg?b2 ? QT2 (1-23) -7- 沈阳化工学院学士学位论文 图 1-3 理论功率特性曲线 由特性曲线可以看出,后向叶片功率增加较慢,前向叶片功率增加较快,径向叶 片处于两者之间。所以,后向叶片的超载能力大。 1.1.7 通风机损失和效率 一般情况下通风机的损失包括流动损失、容积损失、摩擦损失和外部机械损失。 其中流动损失引起通风机压力下降,容积损失引起流量减小,摩擦损失和外部机械损 失则引起外部功率的消耗。[5] 1、流动损失与流动效率 流动损失产生的原因在于气体的粘性,包括气体摩擦损失和涡流损失两类,流动 效率是实际全压和理论全压之比。 2、容积损失和容积效率 由于存在间隙而引起泄漏所造成的损失就叫容积损失。容积效率为实际流量与吸 入叶轮流量之比。 3、轮盘摩擦损失 叶轮旋转时,叶轮的轮盘外表面积和轮盖与周围气体产生摩擦而引起的损失叫做 轮盘摩擦损失。 4、轴承损失 由于轴承摩擦所引起的损失。 -8- 沈阳化工学院学士学位论文 1.2 相似设计理论 1.2.1 概述 所谓相似设计即根据实验研究出来的性能良好,运行可靠的模型来设计与模型相 似的通风机。通风机的相似设计,在通风设计中具有重要地位。我们在掌握较多空气 的动力学略图和无因次性能曲线的情况下,遇见具体产品设计时,只要在这些空气动 力学略图中进行选择后即可做产品的结果设计,而无需在空气性能上做更多的研讨。 1.2.2 相似原理 现象相似条件,在几何相似的两体系中。进行同一性质的过程,而且体系中各对 应点上表示现象特性的同类量的比值等于常数,即成比例关系时,则此两体系为互相 相似的现象,对于两通风机来说必须具备下列条件,才能称为现象相似。 1、几何相似 相似现象只有发生在几何相似的体系内,所有几何相似时相似的先决条件,是指 模型和原型各对应点的几何尺寸对应边成比例,对应角相等,叶片数相等。 注:下式中带“‘”指模型尺寸,不带“’”指设计尺寸 D2 / D2 ? D1 / D1 ? ? ? b2 / b2 ? b1 / b1 ? ? ? 常数 z ? z (1-24) (1-25) 2、运动相似 ?b2 ? ? b2 ? b1 ? ? b1 (1-26) 原型与模型各对应点的同类量速度方向相同,大小比值等于常数时,叫做运动相 似。就通风机叶轮的流动过程而言,运动相似是指 ?1 / ?1 ? ?2 / ? 2 ?1 / ?1 ? ?2 / ? 2 c1 / c1 ? c2 / c2 ? / ? ? ? /? ? c/c (1-27) (1-28) (1-29) (1-30) 即对应点速度三角形相似,且对应点两速度三角形大小相差的倍数相等。 3、动力相似 原型与模型内容对应点的同类力方向相同,而大小比值等于常数时叫做动力相 -9- 沈阳化工学院学士学位论文 似。就通风机内流动而言,作用在基元流体上主要力有惯性力 I 、粘性力 R 和总压力 Pt 动力相似指 I1 / I1 ? I2 / I 2 R1 / R1 ? R2 / R2 Pt / Pt ? Pt 2 / Pt 2 I / I ? R/ R ? P/ P (1-31) (1-32) (1-33) (1-34) 根据理论力学和流体力学原理,上式可得 Lc /? ? Lc /? ? Re (雷诺数) (1-35) ? ---------------------------运动粘性系数 L ---------------------------特征常数 c ---------------------------特征速度 Re 是一个无因次项,因为它是用来表示动力相似,所以称为相似准则数。要验 查所有点是否满足上述各种关系式,来判断两通风机是否相似式很困难,实际上几何 相似的通风机中,只要能保持叶片入口速度三角形相似,且对应点的惯性力和粘性力 比值相等,则流动过程必然相似。因此,两通风机流动过程相似条件为 1、几何相似 2、流量系数相等 3、Re 相等。 1.2.3 通风机的无因次特性曲线 在 Re 不变的情况下,P-Q 和 N-Q 关系曲线为无因次特性曲线。这组曲线适用于 转速不等,尺寸不同的同一类通风机,所以又叫同类型特性曲线。无因次特性曲线可 直接由试验求得,或由单体特性曲线 - 沈阳化工学院学士学位论文 图 1-4 通风机无因次特性曲线 要保持尺寸不同的所有同一类型的通风机的 Re 都相等,不是可以随便办到的, 不过只要 Re 大于它的临界值,即通风机的流动状态处在阻力平方区时,或是两通风 机的 Re 值相差不超过 2-3 倍时可以忽略 Re 的影响,同一无因次特性曲线它们都适用。 同系列通风机爱不同转速,尺寸和气体密度条件下的特征: 1、转速不同的通风机的特性 Q/Q ? n/ n (1-36) P / P ? (n / n )2 (1-37) N / N ? (n / n )3 (1-38) 2、尺寸不同的通风机的特性 3、密度不同的通风机的特性 Q / Q ? (D2 / D2 )3 P / P ? (D2 / D2 )2 N / N ? (D2 / D2 )5 (1-39) (1-40) (1-41) P/ P ? ? / ? (1-42) N /N ? ?/? (1-43) 比转速直径系数和周速系数 只靠流量系数 Q 和全压系 P 表示通风机的特性是不够的。因为它们不能反映通风 机的尺寸和转速,所以需要讨论另外一些系数。 - 11 - 沈阳化工学院学士学位论文 1、比转数 ns ? Nq1/ 2 / p3/ 4 ? 30 / ? 1/ 2 ? 3/ 4 ? Q1/ 2 / p3/ 4 (1-44) 两通风机在相似情况下工作时,它们的比转数相等,在不同的工况下对应不同的 比转数。通常把通风机最高效率点的比转数作为该系列通风机的比转数 2、直径系数 其标志通风机叶轮直径大小 ? ? D2 / D2 ? 1.189 p1/ 4 / Q1/ 2 表示所讨论的叶轮直径比 Q=1 P=1/2 的标准叶轮增大倍数。 (1-45) 3、周速系数 圆周速度和出口速度的比值叫做周数系数,用? 表示 ? ? u2 / c2 ? 1/(2 p)1/ 2 周速系数表示通风机在一定全压条件下叶轮周速的大小。 (1-46) 1.2.4 通风机的相似设计的步骤 1、根据用户给定的流量、压力、气体状态将它换算为标准进口状态 ( p ? 760mmhg t ? 293k ? ? 1.2kg / m3 )的流量和全压。 2、比转数的确定 首先选取转速如通风机和电动机为直连转动,那么通风机转速只能根据电动机的 转速选取。由选取的转速 n 及换算好的流量 q 全压 p 来计算比转数 ns 最后找出比转数 接近式相等的模型机器。 3、确定比转数后,根据模型的无因次曲线,找出最高效率点压力系数 p 流量系数 q 全 压效率? 值. 4、由 p 、 p及 ? 值,根据式 确定圆周速度 ?2 ? ( p / p ?)1/ 2 (1-47) 5、确定几何比例常数 ml 由圆周速度 u2 及转速 n 可得叶轮外径 D2 D2 ? 60u2 /?n (1-48) ml ? D2 / D2m (1-49) 已知 D2 后也可根据系列风机的空气动力学略图,确定新风机的尺寸。 - 12 - 沈阳化工学院学士学位论文 6、通风机的结构设计,并验算零部件的强度 7、Re 的修正 1.3 校核理论 离心通风机的零件,应具备有足够的强度和刚度,以保证通风机的运行安全和使 用寿命。因此,设计者必须在经济合算的基础上合理确定离心通风机的尺寸和材料。 离心通风机大部分零件的强度计算都是近似的。 通风机的校核包括 a、叶轮的强度计算 b、主轴的强度计算 c、主轴的临界速度 d、滚动轴承的校核 - 13 - 沈阳化工学院学士学位论文 第二章 数据分析和计算 2.1 相似设计计算和结构设计 2.1.1 概述 本次设计是以 NO 4-72 10 离心通风机为模型机,用相似理论和相似设计方法, 设计所需的通风机。 需设计通风机的基本参数 流量 Q:16156----------30993m3/h 压力 P:2104-----------1400pa 功率? :85%左右 发动机转速:选为 1450rpm 已知 NO4-72.10 离心通风机的基本参数 流量 Q:31554----------60553m3/h 压力 P:3301------------2194pa 功率? :85%左右 发动机转速:选为 1450rpm 基本计算 由 NO4-72.10 基本参数值做无因次曲线] № 机号 传动方式 r/min Pa 2373 2341 2247 2138 10 C 1250 2018 1877 m3/h 电机型号 Kw 34683 37953 41044 43690 46262 Y225S-4 30 48797 传动 三角带 B;C 7;5×3550 由 Q ? 4 ? Q / D22u2? (2-1) P ? P / ?u22 (2-2) - 14 - 沈阳化工学院学士学位论文 得 Q 、 P 无因次参数 Q 、 P 数值表 做无因次曲线 通风机无因次特性曲线 为模型机设计新通风机则可以认为要设计通风机和模型机有 相同的无因次曲线。我们也认为两通风机遵守比例定律,其在无因次曲线上,对应点 成比例。则 Q ? 31554 (模型机) Q ? 16156(设计风机) 两风机 ? 、? 是相同的,根据比例定律 得 Q / Q ? (D2 / D2 )3 已知 D2 ? 1000 mm D2 ? D2 (Q / Q )1/ 3 ? 1000 ? (16156 / 31554 )1/ 3 ? 800 mm 根据 NO4-72.10 风机系列,选 D2=800 以满足设计要求 ml ? D2 / D2 ? 800 /1000 ? 0.8 (2-3) (2-4) (2-5) - 15 - 沈阳化工学院学士学位论文 2.1.2 风机尺寸换算和结构设计 1、叶轮 已知模型机叶轮主要尺寸为 表 2-3 模型机主要尺寸 D2’ D1’ B2’ B1’ 1000 730 250 350 ?? 2’ 45° 按相似原理得出设计风机叶轮主要尺寸 表 2-4 设计风机主要尺寸 D2 D1 B2 B1 ?? 2 800 584 200 280 45° 叶轮其他部分尺寸按同比例放大或缩小,对应角相等。 注: 1)原模型机采用 12 个中空机翼形叶片,则设计风机采用几个中空机翼形叶片; 2)叶片始端形状采用模型风机的样式,斜切始端,可以减小叶片入口冲击提高 通风机效率,前盘采用弧形,后盘采用平板形。 3)叶片和前、后盘连接采用焊接,后盘和轴盘采用铆接,具体尺寸见图; 4)轴盘和主轴配合采用基轴制过盈配合; 5)叶轮和集风口得配合其径向间隙由相关尺寸公差保证(说见图中标准)。轴向 间隙 5-8mm,因此处间隙对风机的性能影响很大,所以要特别保证间隙精度。 2、集风器 采用锥弧形集风器,作用是将气体导向叶轮,集风器开关和集风器与叶轮间隙大 小对通风机性能有很大的影响。 其主要尺寸,也是依照相似原理由模型机尺寸换算得到,说见图中标准。 注: (1)集风器和叶轮配合注意两点:一是集风器出口和叶轮入口的间隙,采用轴 向间隙和径向间隙,二是集风器出口中形状和叶轮入口附近前盘形状相匹配,这样可 以最大限度减少流动损失使气体流动连续,即减速规律相一致; (2)为了保证强度,增加了相应部分材料的壁厚,具体尺寸详见图; (3)特别要保证集风器喉部和出口尺寸精度。 - 16 - 沈阳化工学院学士学位论文 3、蜗壳 蜗壳设计主要是蜗壳形线如何取得,在此仍采用和模型机一样的画法,正方形画 法。相似原理计算得到机壳最大张开度 A 可得 a ? A/4 (2-6) 则蜗壳内壁形线) Rb ? R2 ? 2.5a (2-9) Ra ? R2 ? 3.5a (2-10) 以 Ra 、Rb 、Rc 、Rd 为半径,以 a 为边长正方形四个顶点为圆心顺次再顶点所 在的象限的下一象限作用圆弧和坐标轴相交,最后连成的曲线即为蜗壳的形线 通风机蜗壳型线)蜗壳形线要保证最大流量满足设计要求,所以要对现得形线进行验证: Qmax ? (?D2n /()60 ? Qmax / ?D2b2 ) ? A? B ? (3.14?800?1450/ 60 ? 8.61/ 3.14?800?86) ? 0.256? 0.26 ? 10.2m3 / s ? 8.61m3 / s (2-11) B-----------蜗壳宽度 所以是满足要求的 2)为了保证蜗壳强度,在相应部分材料增加了厚度,另外在蜗壳侧板外加有加强角 钢,在蜗壳侧板内加油补强角钢: 3)蜗壳的蜗舌则采用短舌,其半径为 r,根据 - 17 - 沈阳化工学院学士学位论文 r ? (0.003? ?0.006)? D (2-12) 取 0.005 得出 r=4mm 4)蜗壳出口截面积 FCB 依据 FCB=1.3-1.4 取 1.35 得 FCB ? 1.35 ? A? B ? 1.35 ? 0.256 ? 0.26 ? 0.346 ? 0.26 (2-13) 其中 0.346 为蜗壳出口高,0.26 为蜗壳出口宽,亦是蜗壳的宽。 4、主轴 主轴基本采用模型的尺寸,只是与叶轮相接部分加长以满足相似换算,其余尺寸 保持不变。 注: 1) 主轴和叶轮配合采用基轴制过盈配合,径向采用键连接,主轴与轴承也采用 过盈配合;[8] 2) 轴的轴上各部件的位置由轴肩和各部件的螺母确定,轴和主轴箱位置见主轴 箱,叶轮和蜗壳的相对位置由主轴箱和蜗壳的相对位置来确定; 3) 由于主轴箱同主轴的特别关系,有着特别的要求,详见图中标注。 5、主轴箱 在这里主轴箱也采用模型机的主轴箱,其尺寸大小不必做过多阐述,只强调其结 构: 1)主轴箱和主轴的轴向位置由主轴箱一端,铸造特别的肩和轴承盖来固定轴的位 置来确定,具体详见图; 2)主轴的轴承上各装有一个温度计以检验轴承的工作温度,在主轴箱顶部装有安 全塞,箱底设有出油孔,由螺栓封闭,在箱侧设有加油口和检测油位的装置,详见图; 3)主轴箱中润滑油的装入以没注轴承滚球为准。 6、前导器 要实现设计要求的流量变化范围,除了保证最大流量以外,还需设前导器,实现 对流量的调节控制,但此设计主要侧重于风机的本身设计,所以图中并未详画出。 7、其它部分 电动机的选择[9] 由已知条件得风机的轴功率 N ? PQ/1000 ? 30993?1400/ 3600/1000 ?12.05kw (2-14) - 18 - 沈阳化工学院学士学位论文 N0 ? N /? 其中? 为联轴器和轴承传递效率的乘积 (2-15) ? =0.95? 0.995 (2-16) N0 =12.05/0.95/0.995=12.75kw 所以电动机功率1.15*BN0=14.66kw (2-17) 查《机械课程设计》表 8-169 选 Y180M4 型电动机,功率为 18.5KW,定转速为 1450rpm。风机和电动机用联轴器连接,联轴器选型 TL848*110,质量 25.2 ㎏。 2.1.3 设计风机空气动力略图 在空气与机械杂质混合的情况下,其密度随杂质的浓度呈正比例增加。 通风机的通流部分可用其气动略图来表示,按同一种气动略图制造不同尺寸和结 构的通风机均属于同一种类型,利用气动略图可以设计通风机结构,此时必须知道绘 制通风机的基本元件(进气管、叶轮和蜗壳)。 在离心通风机中,蜗壳的宽度 B 一般是不变的,而且大于叶轮的宽度。蜗壳的 外壁大多数按螺旋性或正方形法则用圆弧来绘出。外壳在最靠近叶轮处转变为蜗舌, 由蜗舌和作为外壳的延长的平面所界定的机壳部分称为机壳出口。机壳出口长度 C 和宽度 B 构成通风机的出口截面。在某种情况下,根据布置的需要,可以在叶轮后面 配置带叶片的或无叶片单位径向扩压器以及其他形式的机壳(如有两个或更多出口的 蜗壳,直流式机壳等)来代替螺旋形机壳。 为了调节通风机的工况可以采用各种形式的导流器,普遍采用的是装在通风机进 口的轴向导流器。AG亚游手机客户端,离心通风机与进气箱、扩压器、导流器或与其中一种元件的组合称 为通风机装置。如图表示: 图 2-3 通风机装置图 - 19 - 沈阳化工学院学士学位论文 我们实际生活中,我们所接触的每一种机械,都要求有较好的性能和材料。而在 本次设计中,为了满足设计要求,而且进行强度校核,我们在满足强度、刚度、扭矩 等条件下,考虑经济实用选取最优材料。 2.1.4 风机各部分材料选择表 名称 材料 蜗板 A3 机 侧板 A3 壳 吊环 A3 组 加强角钢 A3 补强圈 A3 出口角钢 A3 筋板 A3 进 法兰圈 A3 风 挡圈 A3 口 整流筒 A3 组 进风筒 A3 轮盖 16Mn 叶 叶片 16Mn 轮 轮盘 16Mn 组 轴盘 HT25-17 轴承盖 HT20-40 传 轴承座 HT20-40 动 主轴 45# 组 轴承侧盖 HT20-40 填料盖 HT20-40 安全塞 A3 - 20 - 沈阳化工学院学士学位论文 2.2 校核计算 2.2.1 叶轮的强度计算 1、机翼形叶片的强度计算 由于叶片两面全是凸形,可将叶片当做椭圆形近似计算。 图 2-3 机翼形叶片示意图 2b1=179.2mm 2b2=172mm 2a1=17.04mm 2a2=9.84mm b=240mm ? =45° R=(800+580)/4=345mm (2-18) 由于叶片和前、后盘是以焊接连接,所以按整体件计算最大弯矩。[10] 图 2-4 弯矩示意图 已知:叶片重量 G=3.5 公斤力 Rc=R=345mm ? ? ?D2n / 60 ? 60.7r / s - 21 - (2-19) 沈阳化工学院学士学位论文 P ? G / gRc? 2 ? 3.5 /(9.8? 0.345 ? 60.72 ) ? 363.2 公斤力 M1 ? P1b /12 ? P cos?b /12 ? 363 .2 ? cos 45? ? 300 /12 ? 5136.2 公斤力.毫米 (2-20) (2-21) 其中抗弯截面模数 W1 ? ? (a13b1 ? a23b2 ) / 4a1 ? 3.14 ? (8.523 ? 89.6 ? 4.933 ? 86) /(4 ? 8.52) ? 4987.8mm (2-22) ? max ? M1 /W1 ? 5136 .2 / 4987 .8 ? 1.03 公斤力.毫米 ? 10.09N / mm2 (2-23) 查相关工具书的 16mm,直径=16mm 的抗拉强度 所以 ? b ? 510 ~ 660 N / mm 2 2、 铆钉的强度计算 ? max ? [? ] ? ?b 故叶片安全。 扭矩 Mn ? 973600N / n ? 973600? 18.5 / 1450 ? 12421.8 公斤力.毫米 (2-24) 铆钉所在圆周半径 R 为 150mm,每个铆钉所成受的平均剪应力: ? ? Mn / R / z?d 2 / 4 ? 4?12421 .8 /(3.14 ?82 ?12 ?150 ) ? 0.1374 公斤力.毫米 (2-25) 其中 d=8mm z=12 2.2.2 主轴的计算 本次设计风机的主轴为 D 式,见下图 - 22 - 沈阳化工学院学士学位论文 图 2-5 主轴力矩图 其中: G1 为叶轮重量和其不平衡之和 167.54 公斤力; G3 为联轴器的重量 30.2 公斤力; G4 为 AB 段轴的重量 23.66 公斤力; G5 为 AC 段轴的重量 12.55 公斤力; G6 为 BD 段轴的重量 10.78 公斤力 L1=271mm d1 =70mm L2=434mm d2=80mm L3=231mm L4=217mm RA ? [(G1 ? G5 ) ? (L1 ? L2 ) ? G4 L4 ? (G3 ? G6 )L3 ]/? ? [(167.54 ?12.55)? (434 ? 271) ? 23.66? 217 ? (25.4 ?10.78)? 231]/ 518 ? 250.16 公斤力 (2-27) RB ? G1 ? G3 ? G4 ? G5 ? G6 ? RA ? 167.54+25.4+23.66+12.55+10.78-297.73 ? -10.23 公斤力 (2-28) M A ? (G1 ? G5 )L 1? (167.54 ?12.55) ? 271 ? 48804.4 公斤.毫米 (2-29) M B ? (G3 ? G5 )L3 ? (25.4 ?10.78) ? 231 ? 8357.6 公斤力.毫米 剪应力 ? ? M n /W1 ? 16 ? M n / d 3 ? 16? 12421.8/3.14? 703 ? 0.1845 公斤力/平方毫米 拉应力 ? ? M max /W1 ? 16 ? M n / d 3 ? 16? 48804.4/3.14? 703 ? 0.725 公斤力/平方毫米 (2-30) (2-31) (2-32) ? max ? (? 2 ? 4? 2 )1/ 2 ? (0.725 2 ? 4 ? 0.184 2 )1/ 2 ? 0.814 公斤力/平方毫米 ? 7.9N / mm2 (2-33) 查表 8-17 得 45﹟钢正火、回火=100? b= 588 N / mm2 故? max[? ]=? b= 588 N / mm2 所以设计的主轴安全 2.2.3 主轴的转速 D 式传动的离心通风机主轴在计算主轴临界转速,忽略轴和联轴器的重量 nc ? 1.66 ? d 2 /{Ga 3[(d2 / d1 )2 ? L /? ]}1/ 2 详见主轴校核部分,其中 (2-34) - 23 - 沈阳化工学院学士学位论文 G 为叶轮的重量 160 公斤力,? ? ?1 ? 0.374 mm nc ? 1.66 ? 80 2 /{160 ? 0.374 3[(80 / 70)2 ? 43.4 / 37.4]}1/ 2 ? 3055.6 r / min (2-35) nc / n ? 3055 .5 /1450 ? 2.11 ? 1.60 可以保证风机转速的安全运行 2.2.4 轴承的寿命 本主轴采用双列向心轴承 由前面轴校核计算得轴承的径向载荷 Fr ? 250 .16 公斤力,轴承的轴向载荷 F? 为 气流对叶轮的轴向力,经计算得 F? ? 65.40公斤力 Ln ? 10 6 / 60n(C / P)? (2-36) 查表得 c ? 58.2KN ? 5938.8公斤力 ? =3 P 为轴的当量动载荷 F? / Fr ? 65.40 / 250.16 ? 0.26 ? L ? 1.5?tg? ? 1.74 查表 令 x ?1 y ? 0.42?tg? ?1.74 (2-37) P ? x ? Fr ? y ? F? ? 250.6? 1+1.74? 65.40 =363.96 公斤力 (2-38) 代入数据 Ln ? 10 6 / 60 ?1450 ? (5938 .8 / 437 .63)? ? 2645503 小时 (2-39) 2.3 雷诺数的修正 通风机各点的雷诺数 Re 均不相同,现以叶轮出口处的雷诺数来验证模型机和设 计风机是否相等 Re ? LC /? [11] (2-40) 模型机 而设计风机中 L ? D2 ? 1000 mm C ? u 2 ? ?D2 n / 60 Re ? ?D2 n / 60? (2-41) (2-42) (2-43) L ? D2 ? 800 mm C ? u2 ? ?D2n / 60 (2-44) (2-45) - 24 - 沈阳化工学院学士学位论文 Re ? ?D2n / 60? 由设计要求可知,设计风机和模型机有相同的 ? 和? 。 (2-46) 所以 Re/ Re ? (D2 / D2 )2 ? 25 /16 由前叙述的相似原理得: (2-47) “实际上要保证尺寸不同的所有同一类型风机 Re 都相同,不是都可以办到的, 不过只要 Re 大于它的临界值,即在通风机的流动阻力平方区时,或是两通风机的 Re 值相差不超过 2-3 倍,可以忽略 Re 的影响。” 模型机的 Re 值肯定大于其临界值,故设计风机的 Re 值也肯定大于临界值,又 二者相差未超过 2-3 倍,所以不用修正 Re,且可以忽略 Re 不同造成的影响,认为所 设计风机满足要求,即认为二者相似。 - 25 - 沈阳化工学院学士学位论文 5. 离心通风机的三维建模和装配 5.1INVENTER 介绍 Inventor 美国 AutoDesk 公司推出的一款三维可视化实体模拟软件 Autodesk Inventor? Professional(AIP),目前已推出最新版本 AIP2014。同时还推出了 iphone 版本,在 app store 有售。 Autodesk Inventor Professional 包括 Autodesk Inventor®三维设计软件;基于 AutoCAD 平台开 发的二维机械制图和详图软件 AutoCAD Mechanical;还加入了用于缆线和束线设计、管道设计及 PCB IDF 文件输入的专业功能模块,并加入了由业界领先的 ANSYS 技术支持的 FEA 功能,可以 直接在 Autodesk Inventor 软件中进行应力分析。在此基础上,集成的数据管理软件 Autodesk Vault用于安全地管理进展中的设计数据。由于 Autodesk Inventor Professional 集所有这些产品于一体, 因此提供了一个无风险的二维到三维转换路径,您能以自己的进度转换到三维,保护的二维图形 和知识投资,并且清楚地知道自己在使用目前市场上 DWG 兼容性最强的平台。 Autodesk Inventor 软件是一套全面的设计工具,用于创建和验证完整的数字样机;帮助制造 商减少物理样机投入,以更快的速度将更多的创新产品推向市场。 Autodesk Inventor 产品系列正在改变传统的 CAD 工作流程:因为简化了复杂三维模型的 创建,工程师即可专注于设计的功能实现。通过快速创建数字样机,并利用数字样机来验证设计 的功能,工程师即可在投产前更容易发现设计中的错误。Inventor 能够加速概念设计到产品制造 的整个流程,并凭借着这一创新方法,连续 7 年销量居同类产品之首。 5.1.1 INVENTER 零件设计 Inventor 可以帮助设计人员更为轻松地重复利用已有的设计数据,生动地表现设计意图。借 助其中全面关联的模型,零件设计中的任何变化都可以反映到装配模型和工程图文件中。由此, 设计人员的工作效率将得到显著提高。 Inventor 可以使经常使用的自定义特征和零件的设计标准化和系列化,从而提高客户的生产 效率。利用 Inventor 中的 iPart 技术,设计公司可以轻松设置智能零件库,以确保始终以同种方 式创建常用零件。 5.2 零件的建模过程 5.2.1 叶轮的建模 打开 INVENTER 软件,创建文件,命名为叶轮,在主视基准面创建个草图平面,然后根据 设计尺寸建立草图,创建拉伸实体,选择底盘直径 1200,拉伸完成后在底盘上表面创建草图,如 图 5.1 所示。选择拉伸指令后得到叶片模型图,最后建立叶轮前盘草图,选择对于中心旋转,得 到叶轮实体模型如图 5-2 所示。 - 26 - 沈阳化工学院学士学位论文 图 5-1 叶轮草图 图 5-2 叶轮完成模型 5.2.2 进风口的建模 接下来创建文件,命名为进风口,在主视基准面创建个草图平面,然后根据设计尺寸建立草 图,创建旋转草图如图 5-3 所示,完成草图选择旋转特征,根据截面旋转得到如图 5-4 所示实体。 图 5-3 进风口草图 - 27 - 沈阳化工学院学士学位论文 图 5-4 进风口完成模型 5.2.3 蜗壳的建模 创建文件,命名为蜗壳,在主视基准面创建个草图平面,如图 5-5 所示,选择拉伸特征,完 成蜗壳主体的创建,接着选择抽壳特征,选择壁厚为 40mm,得到壁厚为 40 的主体,在蜗壳表面 切除进风口开口和连接涡轮开口部分,在出风口处拉伸建立挡板,最终完成零件蜗壳的建模如图 5-6 所示。 图 5-5 蜗壳草图 - 28 - 沈阳化工学院学士学位论文 图 5-6 蜗壳建模完成 5.2.4 轴的建模 创建文件,命名为轴,根据已知条件确定轴的直径尺寸等,在主视基准面创建个草图平面, 选择拉伸特征,完成轴的主体创建,如图 5-7 所示。接着选择拉伸切除,在上视基准面建立两个 键槽草图,完成拉伸切除,得到如图 5-8 所示。 图 5-7 轴的建模 图 5-8 轴的建模完成 5.2.5 其他零件的建模 轴承座的建模如图 5-9 所示 - 29 - 沈阳化工学院学士学位论文 联轴器建模如图 5-10 所示 图 5-9 轴承座的建模完成 电机建模如图 5-11 所示 图 5-10 联轴器的建模完成 支架建模如图 5-12 所示 图 5-11 电机的建模完成 - 30 - 沈阳化工学院学士学位论文 图 5-12 支架的建模完成 5.3 离心通风机的装配 所有零件创建完毕,接下来我们进行离心通风机的装配创建, 首先把涡轮、轴按照装配关系,同心、面重合装配带一起,接着把涡轮连同轴跟蜗壳、进风口装 配到一起。如图 5-13 所示 图 5-13 离心通风机的主体装配 接下来把轴承座、联轴器、电机、支架跟离心通风机主体进行装配,装配过程通过面重合, 同轴心等配合关系,最终得到如图 5-14 所示装配图。 图 5-14 离心通风机的总装配 5.4 生成工程图 在 INVENTER 软件中保存工程图为 DWG 格式,在 CAD 里面打开工程图,编辑零件边框、 表格等,添加外形尺寸,最终完成后的二维工程图如图 5-15 所示。 - 31 - 沈阳化工学院学士学位论文 1 2 3 4 11 5 6 7 8 9 10 540 1015 技术要求 1.零 件去除氧化皮。 2.零 件加工表面上,不 应有划痕、擦伤等损 伤零件表面的缺陷 。 1 661 10 槽钢 9 支架 焊接件 8 电机 7 联轴器 6 轴 45 5 轴承座 45 4 涡 轮 轴座 3 涡轮 Q 23 5 2 进风口 Q 23 5 1 蜗壳 Q 23 5 序号 代号 名称 数 量 材料 单件 总计 重量 备注 标记 处数 更改文件号 设 计 罗凯 签字 日期 2013.6.2 日期 离心通风机 装配体 图样标 记 重 量 比例 1:3 共张 第张 沈阳化工大学 程图 图 5-15 离心通风机工 138 1 584 - 32 - 沈阳化工学院学士学位论文 致谢 在本文完成之际,衷心的感谢苑成友老师,本毕业设计工作自始至终是在导师的细心指导下 完成的,他付出了极大的精力和心血,给予了精心的指导,热情的鼓励和无私的帮助。苑成友老 师既有丰富的理论知识,又在实践中积累了大量的经验,并有敏锐的,超前的学术意识,及忘我 的工作态度。所有这些都使我受益终生,并激励我在未来的工作,学习和生活中,时刻保持勤奋 刻苦的工作态度,求实创新的敬业精神。 感谢所有在学习期间给予我关怀,鼓励,理解和支持的老师同学和朋友们。即将毕业的我们, 在以后的工作中难免会遇到一些问题或麻烦,这时就要靠自己从前积累的经验去解决它。随着科 学技术的高度的发达,一些质量优,性能好,效率高,能耗低,价格廉的产品将开发出来并淘汰 那些老的生产计术或设备。因此,我们应该树立良好的设计思想,重视对自己进行机械设计能力 的培养,树立知识经济意识;善于利用各种信息资源,扩展知识面和能力;培养严谨,科学,创 新与创业,艰苦奋斗的企业精神,加强环境保护意识,做到清洁生产和文明生产,以最大限度的 获得企业效益和社会效益。 所以,在以后的工作中,继续学习和加深。在此我非常感谢苑老师再设计过程中对我的指导 和帮助,在此向苑老师致以诚挚的谢意! 参考文献 1.范祖尧. 现在机械设备设计手册. 机械工业出版社.1996.10 2.智乃刚,萧滨诗. 风机噪声控制技术. 机械工业出版社,1984.09 3.孙研. 通风机选型实用手册,2000.01 4.李玉振.食品科学手册、北京轻工业出版社,1989. 5.采暖通风设计经验交流会编。采暖通风设计手册、北京、中国建筑出版社,1979 6.陈树义等著、燃料燃烧及燃烧装置。北京、冶金工业出版社,1985. 7 哈尔滨工业大学热能工程教研室编。小型锅炉设计与改装北京科学出版社,1987 8.续魁昌.风机手册 机械工业出版社。1999. 9.树人.虚拟仪器及其最新发展[J].振动、测试与诊断,2000, 10.GB:1236-85 通风机空气动力性能试验方法 11. 路林吉,饶家明.虚拟仪器论.电子技术,2000(l):44-45 12.林正盛.虚拟仪器技术及其应用[J].微型机与应用,1997(8) 13.机械设计手册编委会 机械工业出版社 2007 14.曹承志.电机、拖动与控制[M」.北京:机械工业出版社 15. 李庆宜. 通风机[M]. 北京: 机械工业出版社 - 33 - 沈阳化工学院学士学位论文 16. 黄东涛,高效、低噪风机现代设计方法和风机噪声预估[J],通用机械,2005 年 03 期X.Damodaran M Comparison of deterministic and stochastic optimization algorithms for generic wing design problems 2000(5) - 34 - 沈阳化工学院学士学位论文 - 35 -

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