轴流通风机叶片强度计算
轴流风机叶片的设计方法及实例
综 合
的作用�传统的轴流通风机设计方法包括以气动性能 良好的机翼为原始叶型 的孤立叶型设计方法 和基于 二元叶栅理论的叶栅设计法，在上世纪 0 年代出现
了一些基于准三元流动的叶片造型方法�采用上述方 参数， 设计了一款实用新型旨在提 供一种流量大, 全 研 法所设计的通风机叶片比较多的是平面叶片， 虽然工 � � � 压高的 系列变压器轴流通风机， 其中 表示风机 艺简单， 但性能较差�少量的扭曲叶片也大多是由平 � � 叶轮直径为 00 毫米， 表示风机为前吹式�其总体 究 面叶栅叠加而成， 而不是真正的基于全三维造型设计 结构形式由电机, 叶轮, 导流罩, 支架, 机 壳和防护罩 的扭曲叶片， 从而也影响了通风机的 性能， 因 而很难 等 6 部分组成�其特征是电机位于风机的进口端， 电 达到变压器轴流通风机流量大, 全压高的要求� 1. 轴流风机的叶片设计理论 轴流风机设计的核 心就是叶片型线设计 �本文 机轴和 叶轮相连 ， 驱动叶轮 旋转， 电 机由支 架支撑， 外面套有导流罩， 导流罩位于风机 的进口端， 为中空 的锥形柱体， 底端面的直径和轮毂 的直径相等， 机壳
根据扭曲叶片理论，采 用全三维造型来进行 叶片流 � � 为直径 0 毫米的圆筒形�在进口端略呈喇叭口状， 型设计， 并结合空气动力学理论， 应用变环量 流型设 以使气流平顺地进入 风机的流道，在风机 的进口端 计方法， 使叶片的做功分布更加符合 运动规律， 从而 发挥出更高的功能转换效益� 首先， 基 于抛物面理论， 我们在柱坐标下 建立叶 片中型面方程： （ - / ） 其中： （ ） ( )/ ， 通过参数 , 端面上有防护罩，以 避免杂物进入风机流 道和叶片 发生撞击� 其中的风机叶片 为特殊设计，在设计 过程中采 用了抛物面理论和不 等功原理，对叶片的 流型和流 面进行全三维的造型 设计，得到的叶片为 三维的扭 曲叶片 ， 其 特征为 叶片不等 厚， 型面 连续光 滑， 任一 相贯面与型面相割， 得到的相贯线呈流线 形状的机 翼形， 以使得本实用新型具有优良的气动性能� 本实用新型的总体结 构中， 增 加了导流罩部分， 导流罩位于风机的进口端 ， 套在电 机的外面， 其作用 是使气流平顺地进入 通风机的流道，从而 提高风机
风机常用计算公式
风机常用计算公式风机是一种用于压缩和输送气体的机械，从能量观点来看，它是把原动机的机械能量转变为气体能量的一种机械。
风机分类及用途：按作用原理分类透平式风机--通过旋转叶片压缩输送气体的风机。
容积式风机—用改变气体容积的方法压缩及输送气体机械。
按气流运动方向分类离心式风机—气流轴向驶入风机叶轮后，在离心力作用下被压缩，主要沿径向流动。
轴流式风机—气流轴向驶入旋转叶片通道，由于叶片与气体相互作用，气体被压缩后近似在园柱型表面上沿轴线方向流动。
混流式风机—气体与主轴成某一角度的方向进入旋转叶道，近似沿锥面流动。
横流式风机—气体横贯旋转叶道，而受到叶片作用升高压力。
按生产压力的高低分类(以绝对压力计算)通风机—排气压力低于112700Pa；鼓风机—排气压力在112700Pa~343000Pa之间；压缩机—排气压力高于343000Pa以上；通风机高低压相应分类如下(在标准状态下)低压离心通风机：全压P≤1000Pa中压离心通风机：全压P=1000~5000Pa高压离心通风机：全压P=5000~30000Pa低压轴流通风机：全压P≤500Pa高压轴流通风机：全压P=500~5000Pa一般通风机全称表示方法型式和品种组成表示方法压力:离心通风机的压力指升压（相对于大气的压力）,即气体在风机内压力的升高值或者该风机进出口处气体压力之差。
它有静压、动压、全压之分。
性能参数指全压（等于风机出口与进口总压之差）,其单位常用Pa、KPa、mH2O、mmH2O等。
流量:单位时间内流过风机的气体容积,又称风量。
常用Q来表示,常用单位是;m3/s、m3/min、m3/h（秒、分、小时）。
(有时候也用到“质量流量”即单位时间内流过风机的气体质量,这个时候需要考虑风机进口的气体密度,与气体成份,当地大气压,气体温度,进口压力有密切影响,需经换算才能得到习惯的“气体流量”。
转速：风机转子旋转速度。
常以n来表示、其单位用r/min(r表示转速，min表示分钟)。
风机与压缩机05-轴流通风机的设计计算
C
* y
（
C
* y
=
0.8C
y
max
）为叶根的
C
' y
。即叶根处：
C
' y
＝
C
* y
＝0，8
C
y
max
，然后依直线规律到叶尖
减少。对各断面依此进行以下计算：
（1）
（2） （3）
利用叶栅气动力基本方程计算弦长 b。例如：
b = 4πΔP C y Zwρwmη
计算叶型安放角：
βΛ = βm +α
叶栅绘型
图 5-10
11
然后估计效率η
3． Dt
=
60 nπ
2ΔΡ ρψ
ut
=
nπDt 60
4． Cz
=
π 4
Q Dt2 (1−υ 2 )
5．选 Z
6．计算各毂面的转速，由断面方程
D
u
Cz
ΔCu
wm =
Cz2
+
(u
−
1 2
ΔCu
)2
βm
=
sin −1
Cz wm
Cyb
=
4πΡ ρZωwmη
ΔCcu
=
ΔΡ ρuη
在叶栅法时，吹风试验曲线是用“理论升力系数” C y0 绘制的。所谓叶型的理论升力系数
是指 ε ＝0 时，该叶栅具有的速度三角形与 ε ± 0 时相同。
C
' y
0
b t
=
2 sin
βm
Δwu wz
（5-2）
sin β m
=
wz wm
C
' y
矿用主通风机动叶片的强度计算
矿用主通风机动叶片的强度校核叶片叶柄强度校核原理轴流通风机的叶轮在旋转时，叶片上受到离心力和气流流动压力；前者造成拉伸，后者导致弯曲。
在扭曲叶片中，离心力也会造成弯曲。
离心力和由它所引起的应力在叶片顶端为零，向叶根逐步增大，到叶片根部时达到最大值。
作用在叶片上的总离心力P （见图五）为：P c =m ω2r式中 m ——叶片质量（kg ）；r c ——叶片重心至叶轮中心之距离（m ）；ω——叶轮角速度（s －1）ω=30n 叶片根部的拉伸应力σc （Pa ）为：σc =S P c 式中S ——对于叶片焊接在轮毂上的叶轮，S 为焊缝面积；对于叶片通过叶轮固定在轮毂上的叶轮，S 指叶柄的横截面积（m 2）。
ωcP c图6 轴流通风机叶片拉伸计算图图五 轴流通风机受拉伸应力图气流流动压力引起的荷载力P h 可以分解为切向力P u 和轴向力P z（见图六）。
计算中假设荷载力作用在叶片平均半径的位置上。
θpθhω图六 叶片受气流压力分析图切向力P u （N ）决定于传动功率、叶片数和叶片平均半径处的圆周速度：P u =msh Zu P 1000 式中 P sh ——轴功率（kW ）；Z —— 叶片数（个）；u m —— 叶片平均半径处的圆周速度（m/s ）。
轴向力P z 决定于叶轮产生的静压差、叶片长度和叶片平均半径圆周上的节距：P z =ΔP st lt式中ΔP st ——叶轮产生的静压差（N/m 2）；l ——叶片全长（m ）；t ——叶片平均半径圆周上的节踞荷载力P h （N ）就等于切向力P u 和轴向力P z 的合力为： 22z u h P P P +=为了求得气流荷载力P h 引起的弯矩，先要根据叶轮图确定叶片根部截面的法线与圆周切线之间的夹角θh ，以及荷载力P h 与圆周切线之夹角θp ，如图所示。
在叶片长度L 方向上受到的弯矩为：)cos(2p h h h L P M θθ-= 其中 k h θθ-=90 （k θ为叶片安装角） )arctan(u z p P P =θ叶片离心力产生的附加弯距：1PcL Mc = 式中 L1——叶片重心处弦长的10% 。
第一章叶片结构和强度计算
第一章叶片结构和强度计算叶片是风力发电机的核心组成部分之一，其结构和强度的设计对于风力发电机的性能和安全性至关重要。
本文将介绍叶片的结构和强度计算的基本原理和方法。
一、叶片的结构叶片是风力发电机的转动部分，其结构设计要考虑到受力情况和减小气动阻力等因素。
一般叶片由叶片轴、叶片桁架和托盘等组成。
1.叶片轴：叶片轴是叶片的主轴，承受着叶片所受的扭转力。
其直径和强度需根据风力机的功率和设计风速来确定。
2.叶片桁架：叶片桁架是支撑叶片表面的骨架结构，主要承受气动力和重力。
叶片桁架的设计要考虑到受力情况和材料的强度。
3.托盘：托盘是连接叶片和风力机轴的部分，其承受着叶片受到的拉力和剪力。
托盘的设计和材料的选择将影响叶片的安全性和可靠性。
二、叶片强度计算叶片强度计算是确定叶片结构是否能够承受风力荷载的一项重要任务。
一般叶片强度计算分为静态强度计算和动态强度计算两部分。
1.静态强度计算静态强度计算是指在风力荷载作用下，叶片不发生振动时的强度计算。
静态强度计算主要考虑叶片的抗弯强度和抗剪强度。
抗弯强度计算需要考虑叶片的自重和气动力对叶片产生的弯曲力矩。
弯曲应力可以通过弯曲应力公式计算得到，然后与叶片材料的弯曲强度进行比较，从而确定叶片的抗弯强度。
抗剪强度计算需要考虑叶片的自重和气动力对叶片产生的剪切力。
剪切应力可以通过剪切应力公式计算得到，然后与叶片材料的剪切强度进行比较，从而确定叶片的抗剪强度。
2.动态强度计算动态强度计算是指叶片在风力荷载作用下，发生振动时的强度计算。
动态强度计算主要考虑叶片的自然频率和振动模态。
叶片的自然频率可以通过有限元分析或模态分析得到，然后与设计要求进行比较，从而确定叶片的振动状况。
叶片的振动模态的分析可以通过有限元分析或模态分析得到，振动模态的结果可以用于优化叶片结构和减小振动幅值，提高叶片的工作效率和安全性。
三、叶片强度计算的优化叶片强度计算的优化需要考虑到叶片的结构和材料的优化，以实现叶片的轻量化和高强度设计。
轴流式风机的性能测试及分析
轴流式风机的性能测试及分析轴流式风机的性能测试及分析摘要轴流式风机在⽕⼒发电⼚及当今社会中得到了⾮常⼴泛的运⽤。
本⽂介绍了轴流式风机的⼯作原理、叶轮理论、结构型式、性能参数、性能曲线的测量、运⾏⼯况的确定及调节⽅⾯的知识,并通过实验结果分析了轴流式风机⼯作的特点及调节⽅法。
关键词：轴流式风机、性能、⼯况调节、测试报告⽬录1绪论1.1风机的概述 (4)1.2风机的分类 (4)1.3轴流式风机的⼯作原理 (4)2轴流式风机的叶轮理论2.1概述 (4)2.2轴流式风机的叶轮理论 (4)2.3 速度三⾓形 (5)2.4能量⽅程式 (6)3轴流式风机的构造3.1轴流式风机的基本形式 (6)3.2轴流式风机的构造 (7)4轴流式风机的性能曲线4.1风机的性能能参数 (8)4.2性能曲线 (10)5轴流式风机的运⾏⼯况及调节5.1轴流式风机的运⾏⼯况及确定 (11)5.2轴流式风机的⾮稳定运⾏⼯况 (11)5.2.1叶栅的旋转脱流 (12)5.2.2风机的喘振 (12)5.2.3风机并联⼯作的“抢风”现象 (13)5.3轴流式风机的运⾏⼯况调节 (14)5.3.1风机⼊⼝节流调节 (14)5.3.2风机出⼝节流调节 (14)5.3.3⼊⼝静叶调节 (14)5.3.4动叶调节 (15)5.3.5变速调节 (15)6轴流风机性能测试实验报告6.1实验⽬的 (15)6.2实验装置与实验原理 (15)6.2.1⽤⽐托静压管测定质量流量6.2.2风机进⼝压⼒6.2.3风机出⼝压⼒6.2.4风机压⼒6.2.5容积流量计算6.2.6风机空⽓功率的计算6.2.7风机效率的计算6.3数据处理 (19)7实验分析 (27)总结 (28)致谢词 (29)参考⽂献 (30)主要符号pa-------------------------------------------------------------------------------当地⼤⽓压()p a pe-------------------------------------------------------------------------------测点平均静压()p a pm----------------------------------------------------------------------------测点平均动压()p aqm -------------------------------------------------------------------------------平均质量流量()skgpsg1-----------------------------------------------------------------------------风机⼊⼝全压()p a psg2----------------------------------------------------------------------------风机出⼝全压()p a pFC----------------------------------------------------------------------------风机全压()p a pSFC---------------------------------------------------------------------------风机静压()p a Q------------------------------------------------------------------------------体积流量()sm3 V-------------------------------------------------------------------------------流体平均流速()s m p e-----------------------------------------------------------------------------风机有效功率()KW P a-----------------------------------------------------------------------------轴功率()KW η-------------------------------------------------------------------------------风机效率()00n-------------------------------------------------------------------------------风机转速()minrL------------------------------------------------------------------------------平衡电机⼒臂长度（m）G------------------------------------------------------------------------------风机运转时的平衡重量（N）0G----------------------------------------------------------------------------风机停机时的平衡重量（N）D------------------------------------------------------------------------------风机直径（m）α------------------------------------------------------------------------------流量系数ε-------------------------------------------------------------------------------膨胀系数1绪论1.1风机的概述风机是将原动机的机械能转换为被输送流体的压能和动能的⼀种动⼒设备其主要作⽤是提⾼⽓体能量并输送⽓体。
轴流式通风机的设计
摘要在矿井掘进巷道时，为了供给工作人员呼吸新鲜空气，稀释掘进工作面的瓦斯及产生的有害气体，矿尘，创造良好工作条件，必须对掘进工作面进行通风。
目前对掘进工作面进行通风的主要设备为JBT系列轴流式通风机。
本次设计的内容是对JBT62轴流式通风机总体方案和通风机总体结构设计，机械传动部分设计，对轴流风机工作原理，主要工况参数的意义的掌握。
具体内容包括：通风方式的选择，总体结构方案的确定，轴的设计和校核计算，叶轮的设计和校核计算，导叶的设计计算，疏流罩、扩散器和集流器的设计和选择，壳体的设计，通风机消声装置的设计，电机的选择和固定方式的设计，联轴器、键和法兰等零件的选型校核。
关键词轴流风机；局部通风设备；机械设计绪论通风机是煤矿的主要能耗设备，轴流式通风机主要由进风口、工作轮、整流器、主体风筒、扩散器和传动轴等部件组成，它的主要原理是风机运转时，空气沿着风机的轴向方向进入叶轮，被叶片挤压向前推动，经扩散器排出（轴向进入，轴向流出），其主要特点，结构紧凑，便于调节风量、风压，但构造复杂，较难维护。
叶轮是由固定在轴上的轮毂和以一定角度安装其上的叶片组成。
叶片的形状为中空梯形，横断面为翼形。
沿高度方向可做成扭曲形，以消除和减小径向流动。
叶轮的作用是增加空气的全压。
叶轮有一级和二级两种。
二级叶轮产生的风压是一级两倍。
整流器安装在每级叶轮之后，为固定轮。
其作用是整直由叶片流出的旋转气流，减小动能和涡流损失。
通风机的气动性能参数设计是通风机设计中的重要部分，过去气动参数大多通过手工运算获得，工作量大、精确度低、周期长。
同时，在气动参数设计完成后，绘制叶片截面图过程中，大量尺寸数据通过手工输入完成，工作重复程度高、易出错，从而延长设计周期，降低工作效率。
计算机技术的飞速发展为计算人员带来了福音。
如今计算机软件的应用已经渗透到科学研究工作的各个角落，通过编程可以使繁杂的计算工作一挥而就。
性能优良的风机叶型也不断涌现。
采用先进的航空空气动力学理论设计动叶、静叶。
风机叶片强度计算
风机叶片强度计算（标准的附录）B1总则B1.1叶片强度通常由静强度分析和疲劳分析（设计极限状态校核）来验证。
受压部件应校验失稳（膨胀、折皱、翘曲）。
B1.2强度分析应在足够多的截面上进行，被检验的横截面的数目取决于叶片类型和尺寸，但至少应研究四个截面。
在几何形状和（或）材料不连续的位置处应研究附加的横截面。
B1.3 用螺纹、粘接或其他连接技术在不同部件间构成的连接强度，应用尺寸确定，由载荷来验证。
B1.4为了确保叶片和其他部件间的最小间隙，应使用可维修性极限状态进行变形分析。
如果进行静态或准静态分析，则对风轮运行时的所有载荷情况，其最小间隙应保持为未变形结构间隙的50%；对风轮静止时的载荷情况，其最小间隙应为未变形结构间隙的5%。
如经动态或气动弹性变形分析，则其最小间隙在风轮运行时总是保持为未变形结构间隙的30%。
B1.5 应以设计载荷值为依据在权威试验机构监督下进行叶片静态试验。
在进行试验过程中，应特别验证分析确定的最大载荷区域。
如果不进一步分析，则不允许有局部损伤或屈曲。
在叶片试验中作为最低要求，应求出风轮叶片在50% 和100%的载荷条件下的变形并与计算值比较，而且至少应确定叶片挥舞方向的一阶固有频率以及叶片的质量和重心。
B1.6 在应变、应力和稳定性分析中，应采用各向异性材料破坏假设证明其实际安全。
B1.7应确定叶片在运行和静止时的一阶、二阶挥舞和摆振方向的固有频率。
如有必要，轮毂和叶片轴承的影响也应加以考虑。
若风轮激振频率在风轮固有频率80%至120%及叶片固有频率的90%至110%这一范围内时，则应提供适当的验证。
B2 玻璃纤维增强塑料（FRP）B2.1 总则B2.1.1强度分析既可用应变验证又可用应力验证，对于后者，应额外建立最大载荷点处的应变来证实没有超过破坏极限。
B2.1.2验证是用下面B2.2中叙述的试验数据确定的特征值来进行的，需要证明应力S（由设计载荷导出的应力）不超过材料的设计强度R d（特征值R k除以该材料局部安全系数уMx）：S≤Rk/уMx=RdB2.1.3 如果没有供验证的试验结果，可以使用下面给出的最小特征值。
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1.2.15 050301-15 轴流通风机叶片强度计算
( 参考《风机手册》第2版 第五章第三节第一小节 例(5-15)) 专利代号：ZL 02 2 14256 .8 （安装软件：Excel 2003） 第五章 风机的用途、结构、材料、强度
（ 黑三角 ▲ 置换法 ）
7850
kg/m 3
注: 常用钢材材料弹性模量 E = 2.06E+11
常用钢材材料密度
N/m 3 ( 参考:《轴流式通风机实用技术》）
例(5-15) 叶片根部的离心拉应力。
注:▲ 本题用材料弹性模量 E =
70000000000
结论: 叶片根部最小截面积拉应力小于许用应力(见上表) 整体式叶片各截面拉应力远小于许用应力(见下表)
N/m 3 kg/m 3
▲ 本题用材料密度
2700
)
()
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N/m3
常用钢材材料密度7850 kg/m3
2.06E+11
( 参考:《轴流式通风机实用技术》）
例(5-16) 叶片根部的离心拉应力。
注: 常用钢材材料弹性模量 E =
结论: 叶片根部最小截面积拉应力小于许用应力(见上表)
整体式叶片各截面拉应力远小于许用应力(见下表)
注: 本题用材料弹性模量 E =70000000000 N/m3
本题用材料密度2700 kg/m3
)
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编写人员：
湘潭平安电气有限公司 肖务里 肖亮
沈阳鼓风机研究所 续魁昌
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