CN101624994A - 叶片外缘前折的轴流通风机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于流体机械领域，涉及板状叶片式轴流通风机的设计制造。叶片外缘前折的轴流通风机是通过将轴流通风机叶轮板状叶片的外缘部分制作成向叶片工作面垂直的机翼型前折，运转时形成一个平行于通风机轴线的包络面并产生一定的轴向气动力，从而减小轴流通风机工作时叶轮内气体的径向流和旋涡流损失，以达到提高效率、降低噪声的目的。本发明结构简单、易于实施且效果显著，有着广泛的实用价值和良好的市场前景。
Description
技术领域
本发明属于流体机械领域，涉及板状叶片型式的轴流通风机，具体为通过对轴流通风机板状叶片部分的改进设计与制造，达到提高效率、降低噪声的目的。
背景技术
轴流通风机的应用广泛，几乎涵盖了国民经济的各个领域，其主要作用是将其输入的能量转化为气体的压力和动能。现有的轴流通风机，尤其是板状叶片型式的轴流通风机普遍存在效率低、气动噪声大的缺点，在我国政府大力倡导节能、环保的今天，发明高效率、低噪声、低制造成本的轴流风机具有良好的经济效益和社会效益。
在影响通风机的效率和噪声的各方面因素中，轴流通风机的叶片型式是关键因素之一。一般的板状叶片有扭曲型、弧线型和平面型三种，其采取提高效率、降低噪声的方法主要是在叶片的流道内进行优化设计，目前这些优化设计的手段已基本成熟，很难再在此基础上有所突破，而有效地改善气体在叶片与机壳之间的实际流动状况是提高轴流通风机效率、降低轴流通风机噪声的可行途径。
附图1为现有技术中的普通板状叶片轴流通风机运行时的叶片内气流流动图。其中叶片工作面5为气流流动的正压区，叶片非工作面6为负压区，理论上叶片外缘和机壳内壁之间的气体压力为零。在此处以及下文将叶片工作面5侧称之为“前”，而将叶片非工作面6侧称为“后”。当轴流通风机工作时，普通板状叶片内的气流流动将如图1中的箭头3和4所示，由于气体的流动是沿着气体压力下降的方向进行，这样在通风机工作时叶片工作面5上压力高的气体会如箭头3所示流向叶片外缘和机壳内壁之间的零压区，从而形成径向流；并且叶片工作面5上还有一部分压力高的气体如箭头4所示流向压力低的叶片非工作面6，从而形成旋涡流。而普通板状叶片内所产生的上述径向流和旋涡流，导致了轴流通风机内产生压力损失，并使得轴流风机的效率下降、噪声增加。
为了尽可能地减小上述径向流和旋涡流对轴流通风机压力所造成的损失，有效地提高轴流通风机的效率和降低轴流通风机的噪声，必须对轴流通风机工作时气体的气流状况加以合理的诱导与控制。
发明内容
本发明的目的即是为了解决上述技术问题而提出的。其中本发明对板状叶片型式的轴流通风机的叶片进行了改进设计，有效地减小了叶片与圆筒形机壳之间的径向流动损失和叶片工作面与非工作面之间的旋涡流损失，从而达到了提高效率、降低噪声的目的。本发明对叶片进行改进设计的主要从以下两个方面着手：一.将轴流通风机的叶片外缘向叶片工作面垂直前折，随着通风机叶轮的旋转，叶片前折部分将形成一个平行于通风机轴线的包络面，使叶片工作面上压力高的气体与叶片外缘和机壳内壁之间的零压区形成的径向流、叶片工作面与叶片非工作面之间的旋涡流得到了控制，能有效地提高效率、降低噪声；二.轴流通风机叶片外缘前折部分制作成机翼型，既能够将其自身旋转时需克服的气体阻力降至最低，又能够产生一定的和气流运动方向一致的轴向气动力，这部分与气流运动方向一致的轴向气动力对叶片外缘气体的径向流和旋涡流也有一定的抑制作用，从而达到提高效率、降低噪声的目的。
具体实现本发明的技术手段如下：
一种叶片外缘前折的轴流通风机，包括：
机壳、叶轮、电动机；
其中叶轮由叶片、叶柄、轮毂组成；
轮毂的外径与叶轮的外径之比在0.1～0.65之间；叶轮安装于电动机驱动轴端；
叶柄与轮毂间采用铆接、焊接或螺栓连接为一体；
叶片与叶柄间采用铆接、焊接或螺栓连接为一体；
叶片为扭曲型、弧线型或平面板状，叶片由本体部分和外缘前折部分组成；
所述叶片的外缘前折部分在叶轮直径最大处垂至于叶片工作面前折。
其中通风机叶片的外缘前折部分旋转后形成的包络面与通风机叶轮旋转的轴线平行。
其中通风机叶片的外缘前折部分在其垂直平面的投影呈机翼型。
其中通风机叶片的外缘前折部分在叶片展开为平面后呈机翼型。
其中通风机叶片的外缘前折部分在其垂直平面的投影所呈现的机翼型或在叶片展开为平面后所呈现的机翼型为RAF-6E型、CLARK y型、LS型或葛廷根型；
机翼翼型的相对厚度C在0.02～0.18之间，其中C＝C/b C：叶片翼型内切圆最大直径，b：叶片翼型的弦长。
其中通风机叶片的外缘前折部分的底边长度小于或等于叶片外缘的工作长度。
其中通风机叶片的外缘前折部分和叶片本体一同下料成型；或者外缘前折部分与叶片本体各自独立制作成型，然后采用铆接或焊接的方式将二者制作成一体。
附图说明
图1为普通板状叶片内的气流流动示意图；
图2为叶片外缘前折的轴流通风机结构外型图；
图3为外缘机翼型前折的叶轮图；
图4为外缘机翼型前折的叶片图；
图5为外缘机翼型前折的叶片展开图
其中
1：轴流通风机旋转轴线及旋向示意 2：普通板状叶片 3：叶片工作面气流径向流动示意4：叶片外缘旋涡流示意 5：叶片工作面 6：叶片非工作面 7：机壳 8：叶片外缘机翼型前折的叶轮 9：网罩 10：支架 11：电动机 12：外缘机翼型前折的叶片 13：叶柄14：轮毂 15：加强筋 16：叶片外缘前折部分 17：叶片本体 18：叶片外缘前折部分的底边 19：平面展开后的叶片外缘前折部分 20：平面展开后的加强筋 21：平面展开后的叶片本体
具体实施方式
如图2所示，叶片外缘前折的轴流通风机由机壳7、叶片外缘机翼型前折的叶轮8、网罩9、支架10、电动机11组成。如图3所示，叶轮包括外缘机翼型前折的叶片12，叶柄13和轮毂14。叶轮8旋转后，外缘机翼型前折的叶片12的叶片外缘前折部分16所形成的包络面将与叶轮8的轴线平行；外缘机翼型前折的叶片12的叶片外缘前折部分16在叶轮8静止时实际上是一个曲面，这个曲面本身也是和叶轮8的轴线平行的。根据本发明的轴流通风机，随着叶轮8的旋转，叶片外缘前折部分16将形成一个平行于通风机轴线的包络面，使叶片工作面5上压力高的气体与外缘机翼型前折的叶片12的外缘和机壳7内壁之间的零压区形成径向流、叶片工作面5与叶片非工作面6之间的旋涡流得到了控制，能有效地提高效率、降低噪声。
图4所示为轴流通风机外缘机翼型前折的叶片图，其中叶片由外缘前折部分16和本体部分17组成，叶片外缘前折部分16在叶轮的直径最大处垂至于叶片工作面5前折。叶片外缘前折部分的底边18长度与平面展开后的叶片本体21外缘的工作长度相等，叶片外缘前折部分16在其垂直平面的投影呈机翼型或如图5所示平面展开后的叶片外缘前折部分19呈机翼型；如图4所示叶片外缘前折部分16的机翼型前缘为进风位置。叶片外缘前折部分16在其垂直平面的投影所呈的机翼型有RAF-6E型、CLARK y型、LS型、葛廷根型等，并且机翼翼型的相对厚度C在0.02～0.18之间，其中C＝C/b C：叶片翼型内切圆最大直径，b：叶片翼型的弦长。并且将轮毂的外径与叶轮的外径之比设计在0.1～0.65之间，采用上述设计能够进一步增加通风机效率，降低噪声。并且在设计时当叶型下型线不能与叶片外缘吻合时，应将叶型的下型线无限逼近叶片外缘型线，然后根据实际重合度截去部分翼面或补足部分翼面。
通过将轴流通风机叶片外缘前折部分16制作成机翼型，既能够将其自身旋转时需克服的气体阻力降至最低，又能够产生一定的和气流运动方向一致的轴向气动力，这部分与气流运动方向一致的轴向气动力对叶片外缘气体的径向流和旋涡流也有一定的抑制作用，从而达到提高效率、降低噪声的目的。
如图5所示为外缘机翼型前折的叶片展开图，平面展开后的叶片外缘前折部分19常用的翼型有RAF-6E型、CLARK y型、LS型、葛廷根型等，和图4所示一样，当叶型下型线不能与叶片外缘吻合时，应将叶型的下型线无限逼近叶片外缘型线，然后根据实际重合度截去部分翼面或补足部分翼面。设计时首先应根据轴流通风机平面展开后的叶片本体21外缘型线确定机翼型平面展开后的叶片外缘前折部分的底边18长度，然后根据选定的翼型绘制出平面展开后的叶片外缘前折部分19的图样。机翼型的平面展开后的叶片外缘前折部分19可以先按图样要求单独制作成型，然后采用焊接或铆接的方式将其与平面展开后的叶片本体21连为一体；也可以在绘图时就将机翼型的平面展开后的叶片外缘前折部分19和平面展开后的叶片本体21做成一体，然后根据图样要求，使用必要的模具将机翼型的平面展开后的叶片外缘前折部分19和平面展开后的叶片本体21一同下料，一起成型。
本发明具有结构简单、易制作、易实施且效果明显等优点，在扭曲型、弧线型和平面型的轴流通风机板状叶片上均可有效实施。
本发明对板状叶片轴流通风机的改进效果明显。以工况点为风量12000m3/h、全压120Pa、4个叶片、叶轮直径700mm、转速940r/min的轴流通风机为例：使用原有的板状叶片时实测的整机噪声为78dB(A)，输入功率为1.02kW；在通风机的定子部分及电动机不改变的情况下，改用叶片外缘机翼型前折的叶轮时，同一工况点下实测的整机噪声为76dB(A)，输入功率为0.88kW。不难看出，本发明能明显地提高整机效率并有效地降低噪声，有较好的实用价值和市场前景。
Claims (7)
1.一种叶片外缘前折的轴流通风机，其特征在于，包括：
机壳、叶轮、电动机；
其中叶轮由叶片、叶柄、轮毂组成；
轮毂的外径与叶轮的外径之比在0.1～0.65之间；叶轮安装于电动机驱动轴端；
叶柄与轮毂间采用铆接、焊接或螺栓连接为一体；
叶片与叶柄间采用铆接、焊接或螺栓连接为一体；
叶片为扭曲型、弧线型或平面板状，叶片由本体部分和外缘前折部分组成；
所述叶片的外缘前折部分在叶轮直径最大处垂至于叶片工作面前折。
2.如权利要求书1所述的轴流通风机，其特征在于：所述的通风机叶片的外缘前折部分旋转后形成的包络面与通风机叶轮旋转的轴线平行。
3.如权利要求书1所述的轴流通风机，其特征在于：所述的通风机叶片的外缘前折部分在其垂直平面的投影呈机翼型。
4.如权利要求书1所述的轴流通风机，其特征在于：所述的通风机叶片的外缘前折部分在叶片展开为平面后呈机翼型。
5.如权利要求书1所述的轴流通风机，其特征在于：所述的通风机叶片的外缘前折部分在其垂直平面的投影所呈现的机翼型或在叶片展开为平面后所呈现的机翼型为RAF-6E型、CLARK y型、LS型或葛廷根型；
机翼翼型的相对厚度C在0.02～0.18之间，其中C＝C/b C：叶片翼型内切圆最大直径，b：叶片翼型的弦长。
6.如权利要求书1所述的轴流通风机，其特征在于：所述的通风机叶片的外缘前折部分的底边长度小于或等于叶片外缘的工作长度。
7.如权利要求书1所述的轴流通风机，其特征在于：所述的通风机叶片的外缘前折部分和叶片本体一同下料成型；或者外缘前折部分与叶片本体各自独立制作成型，然后采用铆接或焊接的方式将二者制作成一体。
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