轴流通风机叶片强度计算

2.轴流通风机叶片强度计算

（1）叶片根部拉伸应力的计算 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F_c见图7-35，其计算式如下：

F_c=mω²r_c （7-53）式中，m为叶片质量（kg）；r_c为叶片重心至叶轮中心的距离（m）；ω为叶轮旋转角速度（1/s）。

图7-34 轴盘示意图

图7-35 轴流通风机叶片拉伸计算图

叶片根部的拉伸应力为

式中，A为对于叶片焊接在轮毂上的叶轮，A为焊缝面积，对于叶片通过叶柄固定在轮毂上的叶轮，A指叶柄的横截面积（m²）。

（2）最大弯曲应力的计算 气流流动压力引起的荷载力F_h可以分解为切向力F_u和轴向力F_z，如图7-36所示。计算时，假设荷载力作用在叶片平均半径的位置上。

图7-36 轴流通风机叶片上的气流荷载力

切向力F_u决定于传动功率、叶片数和叶片平均半径处的圆周速度，其计算式如下：

式中，P为轴功率（kW）；z为叶片数；u_m为叶片平均半径处的圆周速度（m/s）。

轴向力F_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，其计算式如下：

F_z=ΔF_stlt （7-56）

式中，ΔF_st为叶轮产生的静压差（Pa）；l为叶片全长（m）；t为叶片平均半径圆周上的节距（m）。

荷载力F_h等于切向力F_u和轴向力F_z的合力，即

为了求得气流荷载力F_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θ_h，以及荷载力F_h与圆周切线之夹角θ_p。

在叶片长度l方向上受到的扭矩为

最大弯曲应力σ_h出现在叶片根部，其值为

式中，W为叶片根部截面的抗弯模数（m³）。

叶片根部总的应力为拉伸应力和弯曲应力之和，即

σ_y=σ_c+σ_h

（3）强度校验 强度校验是根据安全系数n来判定。当安全系数n满足下式时，强度符合要求，即

式中，σ_s为屈服强度（Pa）；σ_y为叶片根部总的应力（Pa）；[n]为许用安全系数，取[n]=5。