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轴流通风机最佳结构设计与技术细节处理
吴秉礼;杨柳
【期刊名称】《风机技术》
【年(卷),期】2012(000)004
【摘要】提出了轴流通风机最佳结构设计问题,着重对产品结构型式合理化和技术细节处理规范化进行了论述.
【总页数】5页(P34-38)
【作者】吴秉礼;杨柳
【作者单位】长春花园机械有限公司;阳泉市阳煤华鑫电气风机厂
【正文语种】中文
【中图分类】TH432
【相关文献】
1.隔船式船用防爆轴流通风机的结构设计 [J], 邓跃进;殷积德
2.低压轴流通风机最佳结构参数的选择 [J], 吕泽舟;银燕
3.轴流通风机的气动结构设计对轮毂旋压工艺的影响 [J], 何志伟
4.船体结构设计与建造的细节处理 [J], 崔国林
5.浅析船体结构设计及建造中的细节处理 [J], 张则刚
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轴流通风机的设计理念对旋式轴流通风机是指前后串联两个直径、轮毂比、转速都相同，而旋转方向相反的叶轮，用两个电机分别驱动的一种轴流式通风机。
它是一种无静叶的两级轴流式通风机，由于省掉了导叶，从理论上讲，使风机内耗减少了，阻力损失降低了，从而提高了风机的工作效率。
对旋通风机由于性能好，高效区宽，驼峰区风压平稳，风流稳定，使它在煤矿的生产中得到了广泛应用。
为了提高对旋通风机的效率、降低噪声、扩大稳定工作范围，就应该对对旋通风机内部（主要指风机出口处）的流场进行简单的理论设计和试验分析，对两级叶片和流道的结构尺寸进行合理设计。
一、合理选型：无论是压入式或是抽出式轴流通风机，通常都是连接管道（或巷道）进行工作，那么风机的工况点就是风机性能曲线与管网特性曲线的交点。
因此，风机的合理选型涉及两个方面：1、提供管道系统的阻力要比较准确，以便作为选型的依据；2、所选风机在最高效率点附近工作（既高效区范围宽）。
然而，要把这两点完美的结合起来应用到压入式或抽出式轴流通风机中并非易事；一般情况下大都采用理论估算的方法。
但此方法又存在误差；同时，所选定的风机又不一定是在高效率点附近工作。
在则由于井下所使用的压入式风机运行时，是随着掘进巷道的延伸，管网阻力也逐步加大；所以在我们的设计理念中，只要是在功率允许的情况下，全压尽量选择标准范围值的上限，这样有利于扩宽动压和静压范围值；风量尽可能选择标准范围值上限。
这样选择两高的重要性是所设计风机能够在高效率点附近工作，而且效率曲线更加平缓。
二、预备设计计算：这里包括设计方案的筛选与优选。
1、对于压力不高（压力系数≤0.4），实度较小轴流通风机，可应用孤立翼型法进行设计；相反，对于压力高（压力系数≥0.4），实度大的轴流通风机，可应用叶栅设计法设计。
此方法对于高压轴流通风机的最佳叶片是以小的摆差角（既大的安装角）和大的叶片弯度、大的叶片实度为特征，特别是大轮毂比时，这种特征条件体现在整个叶片半径方向。
高效降噪轴流式通风机的优化设计摘要：通风机作为应用广泛的输送气体的动力装置，既是国民经济中比重很大的能耗设备，也是人们生产和生活中重要的噪声污染源。
开发气动效率高、噪声低、稳定运行的通风机产品，对降低能耗，保护环境，促进社会和谐发展具有十分重要的意义。
本文具体阐述了高效降噪轴流式通风机的主要结构，并对主要结构进行了优化设计。
关键词：轴流风机、轮毂、叶轮、尾翼一、背景技术轴流式通风机广泛应用于石油、化工、冶金、矿山、电力、交通、烟草等工业领域，也应用于采暖、通风、空气调节等民用设施。
现有的轴流式通风机从实际应用看，低效率和高噪声仍是风机运行中的主要问题。
随着节约能源和环保意识的提高，人们对提高风机效率和降低噪声的呼声越来越高，因此高效率、低噪声通风机具有重要的应用价值。
二、结构介绍高效降噪轴流式通风机主要由机壳、叶轮、电机组成。
1、叶轮叶轮是轴流风机最关键的部件之一，叶轮的质量直接影响到风机的工作效率、风机的寿命，以及风机的噪音。
叶轮包括轮毂和风叶，其中风叶由叶柄与叶片组成，轮毂、风叶的叶柄主要起着传动、连接的作用，而叶片的形状直接关系到风机的各项性能指标。
1.1叶片叶片是风机提供空气流动的关键部件，为提高风机运行效率、降低噪音、节约材料，并使风叶的制造方便，设计出一种尾翼能适合不同规格风筒的中空叶片。
中空叶片主体的尾部端面具有柳叶状的开口，且尾部端面为圆弧形，与所匹配的风筒内壁平行。
尾翼固定在中空叶片主体的尾部端面的开口上，其包括导流片与连接块，尾翼的连接块垂直连接在导流片靠近中空叶片主体的一侧。
由于尾翼的导流片直接紧靠在中空叶片主体的尾部，加上中空叶片主体尾部的圆弧形，使尾翼的导流片能呈随中空叶片主体的尾部的圆弧形，也就是尾翼的导流片与中空叶片主体的尾部平行，只要将中空叶片主体的尾部制作成与对应风筒内侧平行，就可保证尾翼的导流片与对应风筒内侧平行。
因此，尾翼能适合不同规格大小的风筒，降低了风机的整体制造成本。
轴流矿井风机安装施工技术措施轴流矿井风机作为矿井通风系统中的重要设备，是保证矿井安全生产的关键之一。
在使用轴流矿井风机的同时，其安装施工质量也是十分重要的。
下面将介绍轴流矿井风机安装施工的技术措施。
1. 安装准备在安装轴流矿井风机之前，需要对安装现场进行评估，以确定适合安装轴流矿井风机的位置。
同时，还需要准备作业所需的设备、工具等材料，以确保安装施工工作能够顺利进行。
2. 安装位置的确定轴流矿井风机的安装位置对于矿井的通风效果至关重要。
在选择安装位置时，需要考虑矿井内部的空气流动情况、地质条件、供电条件等因素。
同时，还应确定轴流矿井风机的进出风口位置，以保证其与矿井通风系统的连接是合理、有效的。
3. 基础的制作安装轴流矿井风机之前，需要对安装位置进行基础的制作。
首先需要对基础进行布置，确定基础的尺寸和深度，并对基础进行坑混、压实等工作。
制作好的基础应该在施工前得到充分的养护，以确保其质量达到要求。
4. 轴流矿井风机安装安装轴流矿井风机的过程中，首先需要将轴流矿井风机、轴承、电动机等设备运输至安装现场。
然后进行安装前的检查和确认，确认轴流矿井风机及其附件是否完好无损，并检查施工工具的准备情况是否齐全。
在安装时，应该按照轴流矿井风机生产厂家提供的安装图纸进行安装，并保证吊装、固定等阶段工作的准确、稳妥。
在进行轴流矿井风机的吊装时，需要使用安全钢丝绳、吊具等设备，并严格按照吊装方案来执行。
在轴流矿井风机安装完成后，需要对其进行试运行。
试运行时应该逐一检查轴流矿井风机各个部位是否正常运转，确认轴流矿井风机与矿井通风系统的连接是否畅通，并检查轴流矿井风机的工作噪声是否正常。
5. 安装结算在轴流矿井风机安装工作完成后，需要对其进行结算。
结算时，需要确认施工过程中的材料、设备和工具费用是否合理，并进行材料使用量的核对。
同时，需要领取风机设备出厂质保书、使用说明书等材料，并将轴流矿井风机的出厂编号、安装日期等信息记录下来，方便以后进行维护保养和管理。
动叶可调轴流风机性能和结构介绍动叶可调轴流风机性能和结构介绍⼀、引进技术为使我公司风机能更好地为电⼚服务，上海⿎风机⼚有限公司于1979年12⽉与德国TLT公司（全称为Turbo-lufttechnik Gmbh 德国透平通风技术有限公司）以许可证协议⽅式引进该公司轴流风机的全套技术。
引进部分包括：设计、⼯艺、⽣产、检验、服务、销售及其配套技术（如：消声器、油站、轴承等）。
由于我公司在我国风机⾏业通风机领域内是第⼀家实现技术引进的，因⽽对所需技术及世界上知名的有关⼚商有充分的选择余地。
在经过细致⽽科学的分析后，我公司选择了德国TLT公司。
这是基于以下原因：1.德国是产煤国家，对应⽤于粉尘介质的风机有着很丰富的经验，如叶⽚耐磨措施及密封性问题、机组的检修⽅法等，均有完善的研究；2.只有TL T公司的技术最适⽤于燃煤机组,切合中国国情。
3.⼯艺的实践性与我国的国情及我公司情况接近，易于保证产品的质量且能较快地实现成批⽣产，如叶轮结构采⽤焊接完成，⽐铸件较易掌握；4.先进的⽓动性能及结构和技术提供完整性好，从试验、设计、质控、销售等⼀整套完整技术的提供，为"量体裁⾐"变形设计创造了前提。
5.业绩⼴泛，在国际轴流风机市场具有绝对的领导地位。
简述为安全、可靠、技术先进、⼯艺科学。
⼆、性能特点动叶可调轴流风机，因为它在运⾏中可以调节动叶⽚的安装⾓，其⼯况范围不是⼀条曲线，⽽是⼀个⾯。
所以流量变化范围⼤及⾼效率运⾏区宽⼴。
对于⼤容量机组，特别是⼤容量变⼯况机组采⽤动叶可调轴流式风机，其节能效果⾮常显著，降低运⾏成本。
本次投标风机采⽤"量体裁⾐"的风机设计⽅法。
第⼀步：以⽤户的要求参数输⼊计算机，对引进的全套896种模型级进⾏匹配筛选根据⽤户的安全可靠性要求、余量要求、调节⼯况运⾏需要、性能保证点、效率考核点、单机运⾏需要、加⼯及运⾏业绩等多个因素按优先次序排序；第⼆步：⽤叶型组合、叶⽚弦长变换、轮毂匹配、叶⽚数优化、叶⽚⽓流进⼝⾓更改等8种⽅法再进⾏优化调整。
摘要分析此次通风机结构设计，属于矿用轴流通风机，考虑到开采时会有大量的有害气体溢出，而且包含可能引起爆炸的高浓度瓦斯气体的原因。
随着开采深度的增加，气温也要逐渐升高，这些因素对于井下工作人员的身体健康和矿井的安全生产都是极为不利的，更严重的会对井下工作人员和矿井安全产生巨大危害。
调查了国内当今的趋势，此设计采用对选矿用通风机，采用两极电机驱动的方式，对对旋风机的优点进行了进一步的了解，故采用对旋风机。
根据所给的设计参数及有关的设计要求。
具体内容包括：通风方式的选择，总体结构方案的确定，叶轮的设计，疏流罩、扩散器和集流器的设计和选择，通风机消声装置的设计。
本次设计更加注意对旋通风机的消音问题，注重了电动机的隔爆设计。
关键词:对旋;防暴;轴流通风机;消音器AbstractThe structural design, the ventilator tomography belongs to mine axial fan, considering the mining will have plenty of harmful gases, and can cause high concentrations of gas explosion. Along with the increase of mining depth, temperature will gradually rise, these factors for underground work personnel's health and safety of coal production are extremely detrimental to the more serious, the working personnel of underground mine safety hazards and tremendous. A survey of the current trend of domestic, the design of the concentration polarization, with fan motor driving mode, on the merits of the whirlwind machine, the further understanding of cyclone machine.According to the design parameters and design requirements. Contents include: overall selection of ventilation, design, structural design, flow of the impeller, diffuser, and runoff, design and selection of the design of fan silencer. The design of the ventilator to pay more attention to the problem, pay attention to the motor deadened the isolation design.Keywords To spin riot axial fan muffler目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 选题的意义 (1)1.2 国内外现状和发展趋势 (1)1.3 设计的主要内容 (3)第2章结构设计方案的选择和确定 (4)2.1 结构方案图的选择 (4)2.2 比较两种结构的优缺点 (5)第3章通风机总体结构设计 (10)3.1 通风方式的确定 (10)3.1.1 抽出式通风 (10)3.2.2 压入式通风 (10)3.2 结构方案简图设计 (12)3.3 主要结构形式的选取 (12)3.3.1 扩散器 (13)3.3.2 集流器与流线罩 (14)3.3.3 叶轮 (14)3.3.4 外壳 (15)3.3.5 确定通风机各级风压比 (15)3.3.6 选择电动机的功率和型号 (15)第4章叶轮的结构设计 (18)4.1 第一级叶轮的设计 (18)4.1.1 确定叶轮毂比及轮毂直径 (18)4.1.2 确定计算截面 (20)4.1.3 叶片几何尺寸的计算 (20)4.1.4 叶片的绘制 (23)4.1.5 叶轮强度计算 (25)4.1.6 键的校核 (28)4.2 第二级叶轮的设计 (29)4.2.1 确定叶轮毂比及轮毂直径 (29)4.2.2 确定计算截面 (30)4.2.3 叶片几何尺寸的计算 (31)4.2.4 叶片的绘制 (33)第5章主要结构部件的设计选型 (36)5.1 集流器与流线罩的设计 (36)5.1.1 集流器的设计 (36)5.1.2 流线罩的设计 (36)5.2 扩散器的设计 (38)5.3 通风机轴向间隙和径向间隙 (38)5.3.1 径向间隙的计算 (38)5.3.2 轴向间隙的计算 (39)5.4 风筒的选择 (40)5.4.1 风筒选用要求 (40)5.4.2 局部通风机的风筒选型 (41)第6章消声器的设计 (42)结论 (44)致谢 (45)参考文献 (46)附录 (47)CONTENTSAbstract (II)Chapter 1 Introduction (1)1.1 The topic (1)1.2 Status and development trend (1)1.3 The main contents of the design (3)Chapter 2 The selection of design scheme and structure (4)2.1 Structure scheme selection of diagram (4)2.2Compare the advantages and disadvantages of the two kinds of structure (5)Chapter 3 Fan structural design (10)3.1 Ventilation (10)3.1.1 Drawer-type ventilation (10)3.2..2 In ventilated (10)3.2 Structure scheme design diagram (12)3.3 The main structure form (12)3.3.1 Diffuser (13)3.3.2 Collecting and streamline mask (14)3.3.3 Impeller (14)3.3.4 Shell (15)3.3.5 Determine the ventilator than at wind (15)3.3.6 Choose the motor power and models (15)Chapter 4 Impeller structure design (18)4.1 The first level of the impeller design (18)4.1.1 Determine diameter wheel rims leaves ratio (18)4.1.2 Determine the computation section (20)4.1.3 Blade geometry size calculation (20)4.1.4 The blade (23)4.1.5 Impeller strength calculation (25)4.1.6 The key (28)4.2 Article 2 the impeller's design (29)4.2.1 Determine diameter wheel rims leaves ratio (29)4.2.2 Determine the computation section (30)4.2.3 Blade geometry size calculation (31)4.2.4 The blade (33)Chapter 5 The main structure parts design selection (36)5.1 Collecting and streamline cover design (36)5.1.1 Collecting design (36)5.1.2 Streamline cover design (36)5.2 Diffuser design (38)5.3 Fan radial clearance and axial clearance (38)5.3.1 Radial clearance (38)5.3.2 The axial clearance (39)5.4 The washroom (40)5.4.1 Hair chooses requirements (40)5.4.2 The selection of local-ventilator hair-dryer (41)Chapter 6 The muffler design (42)Theory (44)Cause (45)Participation in exam (46)Attached (47)第1章绪论煤矿井工生产是地下作业，自然条件比较复杂。
1 轴流式通风机设计补充说明1、ν和t D 的选取ν和t D 按GB3235-2008中的系列值选取，t D 最后按给定的值设计。
2、栅面的划分可采用沿叶片高度方向（即径向）均分的方法，计算时划分至少25～31个栅面。
绘图时从中选取部分栅面，多绘几个靠近叶片根部栅面，靠近叶片顶部可以少绘制几个栅面。
3、等环量和变环量选择可以采用等环量设计，当轮毂比较小时，也可以采用变环量设计。
4、z c 和t u 的关系一般z c ＝0.4～0.5t u 。
5、弦长b 和升力系数y c 的确定叶片应根部宽，顶部窄。
设计时可先给定叶片顶部和根部叶片弦长b ，中间其他栅面的b 按线性变化，再计算各栅面的升力系数y c ，但y c 也必须满足：叶根处y c ≤1.2，叶顶处y c ≤0.7的要求，如果不满足，必须调整并重新给定各栅面的叶片弦长b ，重新计算y c ，直到满足要求为止。
弦长b 的参考取值2K60风机28＃：根部b ＝540mm ，顶部b ＝460mm ；2K60风机24＃：根部b ＝460mm ，顶部b ＝400mm ；2K60风机18＃：根部b ＝360～380mm ，顶部b ＝300mm 。
6、叶片数的选取一般规律是：叶片数少，叶片宽，支杆直径大；叶片数多，叶片窄，支杆直径小。
叶片数z ＝14～24，对旋风机前后级叶片数互为质数，一般后级叶片数略少于前级。
7、叶型选取本设计建议选择NACA-65-010叶型，见参考书《通风机》中的表6-9，叶型数据中只给了叶型前缘半径10.666%r b =，但没有给出尾缘半径，绘图时圆滑过渡即可。
表6-9 NACA-65-010叶型截面尺寸（,x y 为弦长之百分值）前缘半径10.666%r b =。
9、叶片选用钢板厚度一般选3mm δ=。
编程计算完成以后，进行结构设计和强度校核，所有计算和设计完成以后再绘制图纸，因为中间可能需要调整数据。
2012.No7摘 要 由于煤矿生产的特殊性，煤矿主要通风机是24小时不间断运行的设备，要求设备要有相当高的运行安全性，一旦设备故障而不预知的停止运转，会造成重的生命生和财产损失；同时由于设备是24小时不间断运行的，因此该设备是矿井耗能的主要组成部分。
矿井主要通风机个性化设计，可有效地提高主要通风机的运行稳定性，并充分显示出节能降耗的优点。
关键词 煤矿 主要通风机 个性化设计传统的煤矿轴流式主要通风机设计是预先将通风机进行标准化设计(传统方法设计)，矿井再根据自己的风量、风阻要求去选择满足自己通风要求的通风机。
个性化设计则是根据矿井实际需要的风量、风压要求，针对性地对所需通风机进行设计。
1 传统方法设计煤矿轴流式主要通风机的弱点传统方法设计煤矿轴流式主要通风机，是通过对大量矿井的风量、风阻等通风参数进行数据统计或煤矿管理部门对矿井通风等积孔（即矿井阻力系数）确定一定的范围，最终对风机的风量、风压参数进行系列化，再通过系列化的参数对风机进行空气动力性能设计，即应用系列化的参数为已知条件，对风机进行空气动力性能计算，再通过空气动力性能计算结果，对风机进行结构设计，进而设计出完整的风机，矿井则通过自身阻力系数的大小对风机进行选型。
通风机的工况点是通风机的特性曲线与通风机所带系统的网络特性曲线的交点。
如图1。
图中H=f(Q)是通风机特性曲线；RQ2即为系统网络特性曲线；交点M即为通风机的工况点。
1.1 传统方法设计煤矿轴流式主要通风机对运行安全的影响由于按传统方法设计的通风机是预先进行标准化设计的，为了使矿井有较宽的选型范围，通风机的叶片安装角就必须设计为可调式。
目前此种叶片的结构都制作为如下图所示的形式。
从图2可知，这种结构是用螺帽将叶片中轴紧固在叶轮轮毂煤矿轴流式主要通风机个性化设计何仁刚（重庆飞尔达机械有限责任公司 重庆 401327）上，这样，风机运行时，在叶片中轴根部在弯曲和扭转复合应力作用下，由于中轴热处理工艺、机加工艺以及长期疲劳等原因，都会发生叶片中轴根部断裂，从而损坏风机，给矿井带来人身和财产的重大损失。
轴流排风扇主要技术措施一、设计方面的技术措施1. 叶片设计：轴流排风扇的叶片设计是关键，需要考虑到气流的流动性能以及噪音和振动的控制。
通常采用气动优化设计方法，通过改变叶片的几何形状和倾角来提高风量和效率，并减小噪音和振动。
2. 整体结构设计：轴流排风扇的整体结构设计需要考虑到承载能力、刚度和重量等因素。
合理的结构设计可以提高扇叶的强度和刚度，减小振动和噪音的产生。
二、材料方面的技术措施1. 叶片材料：叶片是轴流排风扇的核心部件，其材料选择对于风扇的性能至关重要。
常用的叶片材料有铝合金、钢、塑料等，根据不同的工况和要求选择合适的材料，以提高叶片的强度、耐磨性和抗腐蚀性。
2. 其他部件材料：除了叶片外，轴流排风扇还包括轴、轴承、外壳等部件，这些部件的选择也需要考虑到耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性等因素，以确保风扇的可靠性和耐久性。
三、动力系统方面的技术措施1. 驱动电机：轴流排风扇的驱动电机需要具备足够的功率和转速范围，以满足不同工况下的风量和静压要求。
常见的驱动电机包括交流电机和直流电机，根据具体需求选择合适的驱动电机。
2. 传动装置：传动装置主要用于将电机的转速传递给轴流排风扇的叶轮，常见的传动装置包括皮带传动和直接传动。
传动装置的设计需要考虑到传递效率、可靠性和噪音等因素。
四、控制系统方面的技术措施1. 风速控制：轴流排风扇的风速控制可以通过调节电机的转速来实现，也可以通过改变叶片的倾角来调节。
在实际应用中，通常采用变频调速器或调节叶片的方法来实现风速的控制。
2. 温度控制：在某些应用场合，需要根据温度的变化来自动调节轴流排风扇的风量。
这可以通过温度传感器和控制器来实现，当温度超过设定值时，控制器会自动调节风扇的风量。
轴流排风扇的主要技术措施包括设计、材料、动力系统和控制系统等方面。
通过合理的设计和选择优质的材料，可以提高风扇的性能和可靠性；同时，采用适当的动力系统和控制系统，可以实现风速和温度的精确控制。
矿井对旋轴流通风机设计中存在的问题及解决方法1引言通风机堪称煤矿的“肺脏”，通风机的运行效率的高低以及可靠性型问题是煤矿关心的焦点。
由于部分老矿井风机老化，运行效率低，正逐渐被高效节能风机所代替，各种各样的风机应运而生，对旋风机就是引进国外80年代新技术经消化吸收后研制生产的矿用通风机的更新换代产品。
它以其压力高、流量大、高效、结构紧凑、反风容易的特点深受煤矿的青睐。
但是，经过长期的实践证明，对旋轴流通风机还存在一些缺陷，本文针对这些问题提出整改措施。
2结构特点对旋式轴流通风机一般由集流器、前后主风筒、扩散器组成。
一级、二级叶轮直连在电机轴上，电机均置于风筒内，两级叶轮互为导叶，工作时两级叶轮反向旋转。
结构简图如图1。
3对旋轴流风机的优越性以及设计和使用注意问题3.1对旋风机的优越性3.1.1传动效率高。
叶轮直接安装在电机轴上，改变了传统的传动结构，既避免了传动装置的频繁损坏，消除了能量损耗，也提高了风机装置的传动效率，同时也提高了使用效率。
3.1.2对旋轴流通风机最高压力点的压力值较高，一般比普通带后导的轴流风机的压力高1.2～1.3倍[1]。
3.1.3静压效率高。
由于采用对旋结构，减少了两级工作轮之间中的导叶，降低了风机内部阻力损失，提高了风机的静压效率。
3.1.4最高效率高，高效运行范围广。
对旋风机比前置导叶两级风机的最高效率高出约8%，比后置静叶型两级普通风机最高效率高4%～5%，其高效运行范围广[2]。
3.1.5轴流对旋风机使用灵活。
对旋风机两级工作轮分别由两台电机驱动，因而对旋风机对应不同的使用状态，可进行各式各样的组合，使其中一级空转可组成前导加动叶级或动叶加后导叶级，亦可配备一个静叶作为附件，可以调节栅距以实现变风量调节。
对旋风机可变转速和两转子的转速比来调节流量，这是对旋风机所特有的。
3.1.6轴流对旋风机，有良好的逆向送风性能，回风量可达到60%～70%的送风量。
由于对旋风机可以利用电机的反转反风，既不需建扩散器和扩散塔，也不需建风机房和反风道，施工工艺简单，因此可大大缩短工期。
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关键词：轴流通风机；最佳结构；设计；技术细节；处理中图分类号：TH432文献标识码：BOptimal Structural Design and Technical Details Treatment of Axial Flow FanAbstract: This paper has pointed out the optimal structural design problems in axial flow fan. Especially, this paper has focused on the rationalization of product structure and technical details treatment standardization.Key words: axial flow fan; optimal structure; design; technical details; treatment0 引言轴流通风机气动设计计算完成之后要进行结构设计。
气动设计解决的是产品性能的先进性，结构设计解决的是产品结构的合理性、使用的可靠性和维护的简便性等，并提供用于指导生产的设计图样。
结构设计与气动设计密不可分并相互协调。
以往，国内业界在轴流通风机气动设计与性能上研究论述较多，在结构设计上论述颇少。
与离心通风机相比，轴流通风机研发不成功的机率较大[1]，究其原因：一是结构设计与气动设计之间的协调处理不妥；二是结构设计最佳化及其技术细节处理不当。
轴流通风机结构设计最佳化是产品结构设计的期望，通常是依据空气动力学、结构力学、材料学和工艺学等基础知识以及相关标准为指导，结合设计者的实践经验，进行具体设计实现的。
轴流通风机结构设计最佳化应包含产品结构形式的合理化、产品结构组成的模块化、产品结构技术细节处理的规范化、产品寿命的最大化以及产品维护的简便化等内容。
本文将着重对产品结构型式的合理化和技术细节处理规范化进行研讨。
1 关于结构型式的合理化轴流通风机产品结构型式是依据气动略图确定的。
产品结构型式的合理化是结构设计的前提和依据。
对于管道轴流通风机，按叶尖处的流速系数和压力高低可大致分为三类[1]。
叶尖处流速系数定义为：Λ＝V a/ΩR=60V a/πDn,其中V a为轴向速度；Ω为叶轮旋转角速度；D＝2R为叶轮直径、半径；n为叶转工作转速。
1）Λ＜0.2,此类风机压力较低，轮毂比较小（≤0.4），单级叶轮，无导叶。
2）Λ≈0.2~0.4,此类风机压力较高，轮毂比较大，通常在0.5~0.7,单级叶轮常有导叶。
3）Λ＞0.4,由于单级叶轮的风机压力受到了限制，为进一步提高压力，此类风机采用了多级型式，如二级或三级等。
上述三类风机，在进行具体结构设计时，可以有不同的结构安排或配置，从而有个合理性的问题，下面将分别加以论述。
1.1 单级叶轮风机（R级）国内有T35，T40轴流通风机系单叶轮，用于一般用途的通风换气。
T35，T40的结构型式见图1和图2。
由图1可知，T35风机带有头罩，电动机通过支承杆与风筒相连接。
进口气流经过集流器和头罩后进入叶轮，确保了均直的入流条件。
流出气流经支承杆和电动机后，较少加剧气流分离。
由图2可知，T40的进口气流经过集流器后，首先遇到电动机及其支承板，致使进入叶轮的气流为旋流，均直气流受到破坏。
必须指出的是，设计轴流通风机时，要求从进口壁面到叶轮处的气流应该是轴向的和不发生分离的；即稳定的、无旋转的和轴对称的进流是设计所必要的先决条件。
对比图1和图2，T35的结构安排比T40更为合理，T35的压力损失要小于T40，T35的性能必定优于T40这里需要说明的是，T35、T40的性能初始都是按GB1236-1976标准，按环面积计算风机动压的。
后来，风机行业将T35又按GB1236-85标准重新测试，采用出口圆面积计算风机动压，并按大、中、小三种机号分别给出全压效率值。
而T40至今仍是以环面积计算动压的，其全压效率是偏高的。
1.2 叶轮+后导叶风机（R+S级）这种结构型式在电站锅炉鼓、引通风机和矿井主通风机上都有应用。
目前这种结构大致有两种不同和安排，见图3和图4。
图3和图4均为电动机内置与叶轮直联。
图3的进口气流经由集流器和头罩再进入叶轮和后导叶，均直的入流条件得到保证。
为减少流道内气流的压力损失，电动机被封闭的外筒包围，并外包筒的直径与轮毂直径相同。
后导叶焊接在外包筒与主风筒之间。
电动机采用B3安装形式，其外露支承板可视为后导叶的一部分。
可见，图3的叶轮的均直入流条件较好。
气流经由后导叶均直地流入扩压器的流动状况亦较好。
图4的进口气流经由头罩和集流器后，再流经电动机的外包筒和外露的支承板，然后再流入叶轮，叶轮均匀的入流条件必将受到影响。
而将后导叶焊于扩压器的芯筒与外筒之间，不仅影响后导叶的功效，扩压器的扩压作用亦将受到影响。
对比图3和图4可知，图4的结构安排是不合理的。
目前，国内有些生产企业就是生产如图4的矿用主通风机。
这种主通风机的效率较低甚至很低，一个重要原因就是与这种不合理的结构安排有关。
1.3 对旋风机（RⅠ+RⅡ级）对旋风机是两级轴流通风机的一种，其目的是提高压力。
对旋风机的两级叶轮互为导叶，与叶轮+后导叶的两级轴流通风机相比，其压力特性最佳而并非效率最高，这正是对旋风机推广应用的价值所在[2]。
对旋轴流通风机有以下三种结构安排：1）电动机-叶轮/叶轮-电动机；2）叶轮-电动机/电动机-叶轮；3）叶轮-电动机/叶轮-电动机。
其中第一种配置应用较多，但由于叶轮的间距较近，噪声最大。
由于对旋风机主要用于提高压力，通常其轮毂比亦较大，其中0.6轮毂比使用较多。
然而，自对旋风机在煤矿应用以来，一些企业竟然设计、制造了一种小轮毂比（0.4）的对旋风机。
小于等于0.4的轮毂比，通常是用来设计、制造低风压大流量轴流通风机的，如前述的T35，T40以及冷却塔风机、空冷器风机和射流风机等专用轴流通风机。
把小轮毂比用于对旋上，从根本上背离了开发、应用对旋风机的初衷。
这种为对旋而对旋的作法，实属不当，很不可取。
事实表明，市场上根本无法选用0.4轮毂比的对旋主通风机。
这种对旋只能作为稀有品种保留在样本之中。
笔者深信，这种毫无意义的对旋，迟早会退出历史舞台。
2 关于结构设计中的技术细节处理“细节决定成败”的理念，同样适用于轴流通风机的设计。
把结构设计中的技术细节处理得好，不仅有利于风机性能的改善，而且有利于提高使用的可靠性，延长风机寿命。
根据笔者的设计实践，以下的技术细节处理应引起人们的关注和重视。
2.1 叶根的修型处理由于结构和强度的需要，往往要对机翼型叶片根部或根部附近的切面（即过渡切面）进行修型。
修型原则：将标准翼型修改成非标准翼型后，应具有良好的光滑的外形，以尽量减少对风机性能的不利影响。
常用的修型方法有：改变翼型厚度；改变翼型宽度和改变前、后缘半径。
具体方法见文献[3]。
2.2 机翼型叶片的防腐、耐磨处理大型电站锅炉轴流引风机，工作在高温、磨损的环境条件下；煤矿的抽出式轴流主通风机在潮湿、含尘的气流中工作；带水的气流对冷却塔轴流通风机叶片前缘造成冲蚀作用，等等。
这些风机叶片都有或防腐蚀或防磨损或防腐、防磨的处理问题。
对于铸造或锻造的铝合金叶片，可采用表面处理（如铬酸阳极化）的方法防腐蚀；采用增置不锈钢前缘包边的方法解决磨损问题。
玻璃钢叶片抗腐蚀而不耐磨损，通常采用耐磨橡胶制作的前缘包边的方法防磨损。
对于煤矿至今仍使用的铆焊结构的钢质空心叶片，可在叶片外表面采用热喷涂不锈钢合金的方法提高抗腐蚀性；在迎风面喷涂镍铬合金以增加耐磨性能。
对于普通钢质空心叶片，尚可采用简便的抗磨损方法，这就是从旋转线速度90m/s 的叶片半径处开始直至叶尖处，在叶片前缘补焊耐磨尖楔，此尖楔长度从起始半径处向叶尖逐渐增大到弦长的3%，然后再将翼型上、下表面延伸焊接至尖楔的顶端，并使头部的半径变得很小，见图5。
这种耐磨尖楔在一定程度上延长了叶片的寿命而可不计对性能的影响。
此方法适用于叶尖线速度不大于110m/s时。
2.3 弯板叶片的补强处理弯板叶片的最佳厚度为叶片宽度的2%。
由于某种原因，当需要增补叶片强度和刚度时，可在叶片下表面焊接尖削的连接板，此板要与凹面的曲率相一致，见图6。
对于弯板叶片，这种补强方法对气动性能的影响是很小的。
2.4 流线化处理1）弯板叶片的流线化处理文献[4]对T40-№.6A轴流通风机的弯板叶片前缘打圆和后缘打薄进地了实验研究，结果表明：与原有叶片相比，叶片前缘打圆、后缘打薄明显地提高了风机的气动性能（全压提高最大值为9.3%，效率提高最大值为5%）和声学性能（噪声下降约1.5dB（A））。
对此，笔者建议，对弯板叶片进行前缘打圆、后缘打薄的流线化处理是必要的，有益的。
2）支承结构件的流线化处理对于电动机内置的大型专用轴流通风机，为减少流道内的压力损失，电动机外径与轮毂直径保持相同或相近是必要的。
当电动机外径小于轮毂直径时，应将电动机用与轮毂直径相同的圆筒包裹，以防止流道内的气流发生畸变。
该圆筒还可用来焊接后导叶片。
若有隔爆要求时，防爆电动机应安装于密闭的圆筒（即通常所说的隔流腔室）内。
圆筒内的非防爆电动机与防爆电动机的冷却方式是不同的，见图7和图8。
对于头罩支承件、扩压器内筒支承件以及内置电动机支承板等，在满足强度、刚度要求的情况下，数量易少不易多，材料易薄不易厚。
对着气流方向的支承件的前缘打圆、后缘打薄为好，以尽量减少旋流的发生。
2.5 动静叶片轴向间距的安排轴流通风机动静叶片的轴向距离对气动性能、噪声特性及结构紧凑均有影响，应予以权衡考虑。
图9给出了轴向间距，其中：a1=（0.25～0.50）·Cpa2=（0.25～0.50）·C文献[1]指出，从气动性能考虑，a1、a2的上述范围不会改变风机的压升；从降低噪声上考虑应取大者，甚至增加到各自的弦长；从结构紧凑性考虑应取小者。
4结论综上所述，轴流通风机合理的结构型式是产品结构设计的前提和依据，结构设计中技术细节的处理有利于风机性能的改善。
然而，合理的结构型式的确定和技术细节的规范处理又是与空气动力学联系在一起的。
因此，对于结构设计者来说，学习、了解空气动力学基础知识是必要的、有益的。
