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通风机性能说明书资料

课程设计说明书

题目:

通风机空气动力性能测试装置设计与传感器的选择

院（部）：

机械工程学院

专业班级：

机设09-9

学号：

2009302392

学生姓名：

黄友君

指导教师：

薛祖强

2012年1月17日

1、引言...........................................2

1.1概述.........................................2

1.1通风机实验...................................2

2、实验通风机型号.................................3

3、实验装置选择...................................3

3.1通风机实验分为风管式和风室式两类..............3

3.2选用出去实验装置..............................4

3.3各个部分零部件的设计及定位...................4

4、传感器的选择..................................15

4.1压力传感器..................................15

4.2温度传感器..................................16

4.3转速传感器..................................17

4.4压差传感器..................................18

4.5扭矩传感器..................................19

通风机空气动力性能测试装置设计与传感器的选择

1、引言

1.1概述

通风机是输送气体的设备，它在我国的各个部门当中应用十分广泛，随着我国各行各业的不断发展，对通风机的要求越来越高。

目前国内的通风机，基本上都有系列产品满足各行各业的需求，例如：

工业锅炉通风机有两种，一种是向锅炉内输送空气的叫做锅炉送风机，另一种是从锅炉吸烟气的。

叫做锅炉引风机，疏松的介质是高温空气，温度在70~250摄氏度。

1.2通风机实验

1.2.1根据GB1236-85，本标准适用于在制造厂试验台上，以空气为介质，对离心式和轴流式通风机（以下称通风机）进行空气动力性能实验。

本标准也适用于通风机系列模型空气动力性能实验。

1.2.2通过实验和计算确定通风机在标准进气状态下的空气动力性能参数实验量：

A．通风机的进口容积流量

B．通风机全压和静压

C．通风机的轴功率和内功率

D．通风机的全压效率和静压效率或全压内效率和静压内效率。

又以上实验量绘制通风机产品有因次性能曲线；由系列模型试验绘制有因次性能曲线或无因次特性曲线。

1.2.3对于输送空气以外特殊气体或特殊状态下的通风机，须于订货合同中认可，方能使用本标准进行实验。

1.2.4本标准采用国标单位制，并用{}给出相应的工程单位制。

2、实验通风机型号

2.1选用Y5-47-12No8C

　　　　其中，Y代表工业锅炉通风机；压力系数乘5化整后为5；47代表比转速；机号为8即叶轮直径为800mm；C代表带轮悬臂安装在轴的一端，叶轮悬臂安装在轴的另一端

2.2Y5-47-12No8C型通风机外形及安装尺寸如附图

（1）

2.3实验管道内径D

2.3.1测试管路一律需用圆形截面管道，其中尺寸形状及表面要求应符合下面要求：

　　A.风管实验装置的出气口实验管路截面面积应尽量与出气口法兰面积相同。

当不同时，应当用圆锥形连接管连接，但系列模型实验尽量不使用圆锥形街头。

B.出气实验管路用收敛形或扩散形连接管，其两截面面积比m不超过0.7~1.3。

C.出气实验管路的内壁应平整光洁，无尘垢和无起皮，管路长度符合GB1235-85通风机空气动力学性能实验方法图（3），如下图a。

2.3.2根据Y5-47-12No8C通风机的外形及安装尺寸图，可知D1=800mm。

得出管路的内径范围（800~1040）mm，取壁厚10mm，查国标取管道外径323.9mm，则管路内径D=323.9-2*10=303.9mm。

可知法兰内孔直径为323.9mm。

三、实验装置的选择

3.1通风机实验分为风管式和风室式两类

2.3.3风管式实验装置

风管式实验装置由测试管路、流量调节装置、整流装置及锥形连接管等组成。

根据实验管路与通风机进出气口连接方式的不同可以分为进气、出气和进出气三种实验装置。

2.3.4风室式实验装置

风室式实验装置由流量测试管路、腔室、辅助通风机、流量调节器和整流器组成。

根据腔室与通风机进气口和出气口连接方式的不同分为进气风室和出气风室。

2.4选用进气实验装置

由于Y10-24No5C是锅炉离心引风机，属于负压工作，选用GB1236-85对通风机空气动力学实验方法规定选择图3，如下图a。

图a出气实验装置示意图

3.4各个部分零部件的设计及定位

3.4.1整流装置

整定管路内气流的装置分为整流栅和整流金属网两种。

根据GB1236-85图3中对通风机整流的规定，应当选择整流栅，如下图b。

图b多孔整流栅

3.4.2整流装置尺寸及形状应符合下述规定

A.整流栅栅格（正方形）节距t赢去测试管路的1/4~1/12;

B.整流栅的轴向长度l应大于或等于栅距的3倍。

本实验装置的栅距尺寸计算如下：

t=（1/4~1/12）*D

其中：

D=303.9mm

t=（25.3~76.0）mm，取t=50mm

l=3*t;则l=150mm。

3.4.3流量调节装置

____GB1236-85中规定出气实验采用圆锥形流量调节器。

本流量调节器采用三个固定支架焊接在测试管路上，通过支架固定一个圆柱形螺纹管，由丝杠穿过其中，通过手柄的旋转带动丝杠的转动，从而带动流量调节器的转动，以达到流量调节的作用。

3.4.4锥形连接管

锥形连接管外形尺寸应符合以下规定：

1、由圆形过度到圆形时连接管的收缩角小于30゜，扩散型小于14゜。

2、由矩形过渡到圆形时，按下式确定（出气侧）：

收敛管（m≤1）：

扩散管（m=1）:

3、由圆形过渡到矩形时，按下式确定（进气侧）：

收缩管（m=1）:

由于Y10-24No5C属于圆形到圆形过度，故选择1。

通风机进气口面积S=60232，钢管圆形面积S1=¼πD2=¼π*303.92=72498，m=72498/60232=1.2,故选择收敛管，如图c

取收敛角20度，

图c收敛管

3.4.5支架设计

容器的支架式用来支撑容器的重量，固定其位置并使其在操作过程中保持稳定的容器附件。

支座的结构尺寸和形式，主要取决于容器的重量、形式、结构材料和其他动载荷。

常用的支座形式有三种：

卧式容器支座、直立容器支座和球形容器支座。

由于本设计的测试装置时在水平状态下工作的容器，所以应该采用卧式容器支座。

卧式容器支座主要有鞍式支座、圆座和支腿式支座，其中以鞍式支座应用最广，并有鞍式支座标准，一般可以按照JB1167-81选用，具体后述。

对于大直径飞薄壁容器和真空操作的容器，或需要两次以上支撑的容器，采用圆座比偶采用鞍式支座的受力情况要好。

支腿式支座结构简单，但由于支撑反力集中作用于肩部壳体上，因此只适用于较轻的小容器。

置于支座上的卧式容器与梁相似，采用多支座比采用双支座好。

但对于大型卧式容器，由于地基不均匀下沉，基础水平度的误差，筒体的直线度和圆度，以及容器下同部位抗局部变形的相对刚性度的微小差异，均会造成支座反力不均匀分布，反而使设备的局部应力增大。

因此卧式容器一般尽可能设计成支撑于两个横截面上。

采用双支座时，根据JB1167-81鞍式支座的规定，如下图d，当A≤Rm/2时，可以充分利用封头对临近的筒体部分的加强作用，为使筒体承受的轴向弯矩分布恰当，应该使A≤L/4。

FF

图d鞍式支座

其中：

A-支座形心至封头切线的距离（mm）；b-制作的轴向宽度（mm）；F-每个制作的反力（N）；h封头曲面深度（mm）；L-圆筒长度即两封头线之间的距离（mm）；R-圆筒内半径（mm）；δ-圆筒有效厚度（mm）；θ-鞍座角度。

由于设计中的测试管路不是很大也并非真空操作的容器，所以可以选用鞍式支座。

卧式支座在一般情况下采用鞍式支座支撑，鞍座包角通常在120゜-150゜范围内。

钢制鞍式支座的宽度b一般可取≥

。

鞍式支座承受的水平分力Fz由下式计算：

Fz=KgFN,鞍式支座有效断面的平均应力按下式计算：

其中：

bo-钢制支座的腹板厚度（mm）；Hz-计算高度，取鞍座实际高度与Rm/3两者中较小值（mm）

在下述情况下，每台容器应有一个支座具有某种形式的滑轮支撑或滚动装置：

（1）当钢制支座焊于容器筒体上时；

（2）在容器较长的情况下，当热膨胀或轴向应变有可能产生较大的位移时。

对于标准鞍式支座形式、尺寸和选用，按JB1167-81，根据容器的公称直径的不同，鞍式支座的形式和尺寸不同选用时应注意：

表中带括号的容器公称直径尽量不采用；同一直径的鞍式支座分为A型--轻型支座，B型--重型支座，每种又分为F型--固定支座；S型--活动支座（F、S配对使用），活动支座的地脚螺栓采用两个螺母，以使鞍座能在基础面上自由滑行。

根据JB/T4712.1-2007容器支座第一部分：

鞍式支座，管路直径在159mm到550mm,120゜包角重型带垫板或不带垫板鞍式支座结构和尺寸的规定，如下图e和下表a：

图e重型带垫板支座结构（焊制）

表a重型带垫板尺寸表

由于本实验管路的外径为323.9mm，故只能选择公称直径为325mm的鞍座。

其中，DN=325mm，允许载荷Q=55KN，鞍座高度h=200mm，l1=300mm,b1=120mm,δ1=8mm,b2=8mm,l3=275mm,b3=96mm,δ3=8mm,垫板弧长390mm，b4=180mm,δ4=6mm.e=38mm,螺栓间距l2=210mm,鞍座质量带垫板11kg，不带垫板7kg，增加100mm高度增加2kg。

具体鞍座如下。

3.4.6法兰的设计

法兰连接由一对法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母组成。

垫片放在两法兰密封面之间，拧紧螺母后，垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使连接严密不漏。

法兰连接是一种可拆连接。

按所连接的部件可分为容器法兰及管法兰；按结构型式分，有整体法兰、活套法兰和螺纹法兰。

常见的整体法兰有平焊法兰及对焊法兰。

平焊法兰的刚性较差，适用于压力p≤4MPa的场合；对焊法兰又称高颈法兰，刚性较大，适用于压力温度较高的场合。

法兰在使用中应满足生产工艺要求，保证使用可靠；便于多次拆装又不影响密封性能；结构简单，成本低廉，适用于大批生产。

法兰的设计包括：

确定垫片材料、形式和尺寸；确定螺栓材料、规格和数量；确定法兰材料、密封面形式和结构尺寸、进行应力校核。

根据GB/T9112-2000钢制管法兰类型与参数平面（FF）板式平焊刚管制法兰，其结构如下图f：

图f平面板式平焊钢制管法兰

根据LGX35-11ANo14D是锅炉鼓风机的工作条件，选用GB/T9119-2010平面、凸面板式平焊刚管制法兰的规定如下表b。

由表确定法兰外径D=440mm，螺栓孔中心圆直径K=395mm;螺栓孔径L=22mm，螺栓数量n=12,l螺纹规格：

M20；d=365mm;f=4;法兰厚度C=24mm;法兰内径B=327.5mm.，其图如下

3.4.7管路布置

3.3.7.1管路布置的一般原则

（1）设计布置管路时，应当全盘规划管路的工艺路线，辅助管路，仪器仪表管路和通风采暖灯系统在内的所有管路，不可顾此失彼；

（2）设计布置管路时，应当尽可能采用新工艺和新技术，并考虑到热能及其他能节约和合理利用，也要考虑到废气的处理，防止污染环境造成公害；

（3）管路出尽可能满足机器设备及系统正常运行外，还应适应开工，停工和事故处理的要求，备有必要的旁通管路或采取其他措施；

（4）布置管路时，应了解建筑物，机构物和设备的特点，一遍合理可靠的安装固定管路；

（5）设计布置管路时，应满足生产操作和工艺流程要求的前提下，尽可能紧凑，避免繁琐，防止浪费。

3.4.7.2管路上空孔位置

进出气测试管路应分别设有测量静压、温度计和动压管的孔，孔应符合下述规定：

GB1236-85通风机空气动力学试验方法图10即下图g

图g

A.测量静压的孔：

在规定的同一截面的管壁上，沿圆周均布，钻四个孔。

该孔须垂直于管壁，管路的内壁面与孔交界处须平滑无毛刺，空的内径为2~5mm.在管路的外壁面的静压孔处焊接一便于连接的短导管，短导管的内径应大于测量静压的孔径d的两倍以上，见图g;

B.安装温度计的孔：

在规定位置的管壁上钻一个孔，以便于安装温度计；

C.安装动压管的孔：

在管路按规定的位置同一截面壁上沿圆周间隔90゜钻2个孔，以便于安装动压管。

图中选择：

d=4mm；短导管内径d1=2.5d=10mm。

3.4.7.3孔板

其中D:

管路内径474mm;根据GB2624-2006，开孔直径d≥12.5mm,

，

取

，得d=95mm，根据GB2624-2006,当

时，

且a在1~10mm,得到a∈（2.37,10），取a=5mm；环隙厚度

f>2a=2*5=10mm;

b:

夹持环内径，大于等于D=474mm；g：

环形取压口直径4~10mm,取g=5mm；

E:

孔板厚度E=e~0.05D=e~23.7，取E=15mm；C、n环室的尺寸，C*n=0.5*3.14D*a=3720，取C=62mm,n=60mm；

4、传感器的选择

本设计LGX35-11ANo14D锅炉鼓风机实验装置所实验项目包括：

A.进口压力；B.出口压力；C.进口温度；D.出口温度；

E.流量；F.主轴转速；G.大气条件；H.轴功率或内功率；I.喘振点。

所需传感器有：

气压传感器、温度传感器、转速传感器以及扭矩传感器，其选择情况如下：

4.1压力传感器

4.1.1图3中的气体压力计4的选择，查《通风机选型实用手册》第100页，知道LGX35-11ANo14D的全压约为11668Pa，查《传感器手册》第54页，有JQYB系列大气压力变送器，此类传感器适用于各种环境的大气压力测量，采用进口压力传感器，测量更加精确可靠，外形美观小巧，安装方便。

其技术参数如下表：

量程/KPa

0~110

响应时间/ms

<30

供电电压/VDC

12~32,通常24

迟滞性与可重复性/%FS

≤0.2

介质温度/゜C

-10~+60

电气连接

接线端子

环境温度/゜C

-10~+60

测量介质

空气

准确度/%FS

±0.5

长期稳定性/（%FS/年）

≤±0.1

非线性/%FS

±0.2

热力零点漂移/（%FS/゜C）

≤±0.2

4.1.2查《传感器手册》第229页，得到Y-YD-6041压电式压力传感器，其技术参数如下表：

型号

量程范围/MPa

过载能力/%FS

灵敏度/（Pc/MPa）

非线性/%FS

固有频率/kHz

上升时间/ms

抗冲击

6041A

100

≤150

40

≤0.8

≥150

0.004

≤2000g

6041B

250

20

由于本实验测量的是大气压力，所以选择大气压力变送器比较合适，而压电式压力传感器的量程范围太大，不适合用于测量大气压力。

故选择JQYB系列大气压力变送器。

4.2温度传感器

4.2.1查《传感器手册》第262页，防腐热电偶温度传感器，此种传感器采用新型防腐材料，外包装聚四氟乙烯F46，适用于石油化工各种腐蚀性介质中测温，其技术参数如下：

电气出口

M20*1.5,NPT1/2

防护等级

IP65磨头

热响应时间

≤0.8

防爆等级

D2BT4,D2C

型号和规格

分度号

测温范围

保护管材料

规格

HR-WZPF-130

Pt100

-200~+500

1Cr18Ni9Ti

300*150

HR-WZP2F-130

350*200

4.2.2查《传感器手册》第248页，HR-WZC型普通装配式热电阻温度传感器，其技术参数如下表：

型号

分度号

测温范围

精度等级

允许偏差/゜C

HR-WZP

Pt100

-200~500

A

±（0.15+0.02|t|）

HR-WZC

Cu50

B

±（0.30+0.05|t|）

Cu100

-50~100

-

±（0.30+0.06|t|）

由于市场上测量气体温度的传感器种类很多，而此种锅炉鼓风机测量的温度范围变化不是很大，要求比较低，并且为了节约成本，因此只需选择普通装配式热电阻温度传感器，分度号Cu100,测温范围-50゜C~+100゜C，允许偏差（±0.03+0.06|t|）゜C。

此种温度传感器原理：

热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的，配有压簧式感温原件，抗震性能好；测量精确度高；机械强度高；耐压性能好；进口薄膜电阻原件，性能可靠稳定。

4.3转速传感器

4.3.1测量转速的传感器有许多种，例如激光转速传感器、磁电转速传感器等等。

在此，根据《传感器手册》第230页，磁电转速传感器测叶轮转速，型号为SM16（SZMB-9/T03）,此种传感器能将角位移转化成电信号供计数器计数，只要非接触就能测量各种到此材料，如齿轮、叶轮、带孔圆盘的转速等等。

输出波形

近似正弦波

信号幅值大小

与转速成正比，与铁芯与顶隙的大小成反比

输出信号幅值/mv

≥300

测量范围/Hz

50~5000

材料

电工钢

输出形式

X12K4P四芯插头

使用时间

连续使用

质量/g

约100

工作环境温度/゜C

-20~+60

特点是：

具有体积小，结实可靠，不需要电源和润滑油等特点，与一般二次仪表均可配用。

4.3.2根据《传感器手册》第232页，得到SEMB-5磁电转速传感器，此种传感器能将角位移转化成电信号供计数器计数，不接触就能测量各种到此材料，如齿轮，叶轮等等，其技术参数如下：

输出波形

近似正弦波

材料

电工钢

信号幅值大小

与转速成正比，与铁芯与顶隙的大小成反比

测量范围/Hz

50~5000，相对湿度≤85%，无腐蚀性气体

被测齿轮模数

m=2

输出形式

X12K4P四芯插头

传感器铁芯和被测齿顶间隙/mm

0.5

传输线最大长度/m

10

其热点是：

体积小，结实可靠，寿命长，不需要电源和润滑油等特点，与一般二次仪表均可配对使用。

由于这两种系列的传感器性能差别不大，且均为非接触式，不用电源以及润滑油，故此两种传感器局可以选择。

4.4压差传感器

4.4.1图3中压差传感器7，查《传感器手册》第51页，得到JYB-DW微差压变送器，此种传感器在石油、化工、环保等领域有广泛应用，长期稳定性好，具有防浪涌电压，极性反向保护抗干扰设计，适合恶劣使用环境，功耗低，迟滞误差小，稳定性高，灵敏度高，温漂小。

量程

-5~+5KPa内任意量程，

最小量程500Pa

长期稳定性/（%FS/年）

≤±0.2

热力零点漂移/（（%FS/゜C）

≤±0.04

介质温度/゜C

-10~+60

最大工作压力

2倍量程

供电电压/VDC

12~32,通常24

壳体材料

ABS

绝缘电阻/MΩ

>100

准确度/%FS

±0.1

非线性/%FS

<±0.2

迟滞性与可重复性/%FS

≤±0.2

4.4.2HD-P802传感器的技术参数如下表所示：

量程Pa

50,200，1K,10K,100K

零点温漂移

≤±0.05%FS℃

耐压

量程值的三倍

量程温度漂移

≤±0.05%FS℃

综合精度

0.25%FS、0.5%FS、1.0%FS

安全过载

150%FS

输出信号

4～20mA（二线制）、0～5V、1～5V、0～10V（三线制）

绝缘电阻

大于2000MΩ（100VDC）

介质温度

-20～85℃

长期稳定性能

0.1%FS/年

由以上数据比较可知，JYB-DW微差压变送器的量程范围较HD-P802传感器的小，耐压值和长期稳定性能、介质温度等方面也不如HD-P802传感器，故选择HD-P802传感器的性能效果较好。

4.5扭矩传感器

4.5.1查询《传感器手册》第85页，得出AKC-215动态扭矩传感器，该传感器充分利用国内成熟、先进的应变计粘贴工艺技术优势，结合现代化电子技术，实现了非接触式电源供电与信号输出，无集流环，无电刷，运转无摩擦，适合于连续高速测量。

主要技术指标如下：

量程（N*m）：

50,100,200,300,500,1000

技术参数

重复性

现行

滞后性

过载能力

绝缘电阻

技术指标

0.3

0.3

0.3

120

≥1000

单位

%FS

%FS

%FS

%FS

MΩ

其特点是：

频率信号输出，抗干扰能力强，稳定性、可靠性高，使用寿命长。

可以测量正反两个方向的扭矩。

扭矩频率输出范围为5~20KHz,，转速频率输出范围0~50KHz。

4.5.2查询《传感器手册》第86页，找到AKC动态扭矩传感器，该传感器基于电阻应变原理，通过集流环、电刷实现供电与信号输出，适于间断或较低速测量。

主要技术指标如下：

技术参数

技术指标

单位

量程

AKC-205A

0.5,1,2,5,10,20,30,50,100

N*m

AKC-205B

200,300,500,1000

灵敏度

1~2

mV/V

非线性

0.1

0.3

1.0

%FS

重复性

0.1

0.3

1.0

%FS

滞后性

0.1

0.3

1.0

%FS

输入电阻

350±20或700±20

Ω

输出电阻

350±10或700±10

Ω

工作温度范围

-20~+60

゜C

其特点是：

可以测量正反两个方向的扭矩，可以测量静态和动态扭矩。

经过比较分析，应当选择AKC-215动态扭矩传感器，原因是在风机性能测试中，其无集流环，无电刷，运转无摩擦，适合于连续高速测量。