CN101936296A

CN101936296A - 低碳技术两用轴流通风机

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Publication number: CN101936296A
Application number: CN2010102885764A
Authority: CN
Inventors: 熊刚; 熊伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2011-01-05

Abstract

本发明属于空气动力学领域，尤其涉及一种原创型低碳技术两用轴流通风机。它包括整流罩，轴流工作叶轮：动叶及后导叶，所述的低碳技术导向叶片、低碳加力动叶设置于低碳加力叶轮主轴上；所述动叶叶型前缘、前缘至层流区域与叶型凸面上弧线、最大厚度、动叶下表面的“鱼肚”式下弧线、尾部凹面“倒鹰式”造型相匹配，动叶叶型弦长后缘角造型夹角为零。本发明具有成本低，寿命长、节约能源的新特点。其市场应用前景广泛，可用于煤矿，地铁、冶金、有色、炼钢、电站、烧结、化工、水泥、纺织等行业，对高能耗通风设备可于平价的更换。新设备投入运行2-4年可收回全部购入成本。因此，有非常广阔的市场经济效益。

Description

低碳技术两用轴流通风机

技术领域

本发明属于空气动力学领域，尤其涉及一种原创型低碳技术两用轴流通风机。

背景技术

轴流通风机用于输送气体的机械，在全国煤矿、地铁、冶金、炼钢、烧结、电站、水泥、化工、纺织、有色金属等工矿领域里点多、线长、面广，由十九世纪运行至今。

如图1所示，图1是“进化”百余年来的矿山、地铁现有技术的大型主扇轴流通风机气动结构示意图。

据有关专业部门统计，全国现有的这种高能耗结构的轴流通风机，每年耗电量，占矿业生产领域总耗电量的三分之二以上，生产单位称之为“电老虎”。

百余年来，国内外科研院所和风机生产行业，通过计算机设计它的最高效率，由初期的15％提高至现今的85％，寻求节能的潜力。但是，这种单一输送气体机械的设计思维方式已走到“尽头”。

发明内容

本发明是针对现有技术存在的高耗能问题，提供一种低碳技术两用轴流通风机，它具有既能输送气体，又可生产清洁能源的显著特点。

本发明是通过如下的技术方案实现的：

低碳技术两用轴流通风机，它包括整流罩，轴流工作叶轮：动叶及后导叶，所述的低碳技术导向叶片、低碳加力动叶设置于低碳加力叶轮主轴上；所述动叶叶型前缘、前缘至层流区域与叶型凸面上弧线、最大厚度、动叶下表面的“鱼肚”式下弧线、尾部凹面“倒鹰式”造型相匹配，动叶叶型弦长后缘角造型夹角为零。

所述的动叶由104铝合金铸造或非金属材料制成。

所述的低碳加力叶轮主轴与变速齿轮箱配合。

本发明所述的低碳技术两用轴流通风机，具有成本低，寿命长、节约能源的新特点。其市场应用前景广泛，可用于煤矿，地铁、冶金、有色、炼钢、电站、烧结、化工、水泥、纺织等行业，对高能耗通风设备可于平价的更换。新设备投入运行2-4年可收回全部购入成本。因此，有非常广阔的市场经济效益。

附图说明

图1是矿山、地铁现有技术的大型主扇轴流通风机气动结构示意图；

图2是本发明矿山、地铁低碳技术中、小型主扇两用轴流通风机气动结构示意图；

图3是本发明矿山、地铁低碳技术大型主扇两用轴流通风机气动结构示意图；

图4是本发明地铁、矿山低碳技术局扇两用轴流通风机气动结构示意图；

图5是图2图3图4动叶叶栅截面示意图；

图6是图2图3图4动叶叶栅C·P气动参示意数图；

图7图8是图2图3图4“叶栅设计法”动叶空气动力特性图；

图9是图2图3动叶叶栅投影示意图；

图10是图2图3动叶叶栅平面示意图；

图11是图2图3叶轮结构示意图；

图12是图2图3叶轮结构侧视示意图；

图13是图2图3后导叶与导流环结构示意图；

图14是图2图3后导叶与导流环结构侧示意视图；

图15是图2图3导向叶片与导流环结构示意图；

图16是图2图3导向叶片与导流环结构侧视示意图；

图17是图2图3低碳加力动叶与轮毂结构示意图；

图18是图2图3低碳加力动叶与轮毂结构侧视示意图；

图19是图2、图3、图4的变速齿轮箱结构侧视示意图；

图20图2、图3、图4的变速齿轮箱结构示意图；

图21是图2、图3、图4外形结构示意图；

图22是图2、图3、图4内部结构示意图；

图中：整流罩1，预旋导叶2，动叶3，后导叶4，变速齿轮箱5，导向叶片6，低碳加力动叶7，后导叶并支板8，尾锥9，集流器10，轮毂11，主风筒12，导流环13，机座14，壳体15，电机16，电机支撑板17；

前缘18，前缘至层流区域19，上弧线20，最大厚度21，“鱼肚”式下弧线22，中弧线23，弦长24，“倒鹰式”造型25，后缘角造型26；

半圆安全孔27，动叶安装角刻度盘28，叶柄卡环结构29，动叶投影与扭曲角30，内齿轮32，轴流工作叶轮主轴33，外齿轮34，中心齿轮35，低碳加力叶轮主轴36。

下面结合实施例和附图对本发明予以详细描述，但不受本实施例所限。

具体实施方式

实施例1

如图2所示，图2是本发明矿山、地铁低碳技术中、小型主扇两用轴流通风机气动结构示意图。

本发明低碳技术两用轴流通风机，即，原创型-低碳技术主扇、局扇两用轴流通风机，每一输送气体的通风机，可相当于一台再生能源的新机械。

本发明低碳技术两用轴流通风机的气动结构分为两大部分：

①轴流工作叶轮：动叶3与后导叶4组成工作级，在原动机的拖动下，产生连续的Q·P空气动能的绝对速度。

②低碳技术加力工作叶轮：导向叶片6与低碳加力动叶7组成工作级，设置于低碳加力叶轮主轴36上，回收来流Q·P空气动能。即，就是这个动能，转换为机械扭矩，作用于轴功率，电机节约耗能。

针对矿井、地铁轴流通风机工况点动态气动特点，并运用图表借鉴，结合工作实践经验，轴流工作叶轮动叶由“叶栅设计法”造型设计。

动叶

“叶栅设计法”新型动叶，如图7，图8，图9，图10：

所述动叶3、前缘18、前缘至层流区域19与叶型凸面上弧线20、最大厚度21、动叶3下表面的“鱼肚”式下弧线22、尾部凹面“倒鹰式”造型25相匹配。

①动叶3叶型前缘18与叶型凸面上弧线20，凹面弦长24匹配，可有效的适应工况点变化，推迟气流分离发生。

②动叶3前缘至弦长即前缘至层流区域19，60％，即层流区域宽广。弦长最高点气流转折角以下的弦长，在叶面造型与空气惯性的作用下延缓气流分离。

③动叶3中弦线23下表面，“鱼肚”式下弧线22，与尾翼“倒鹰”式造型25，可有效的提升叶型增量，同时抑制涡流“张力”。

④动叶3弦长24后缘角造型26夹角为零，能有效的减小尾迹对下游叶片冲角的扰动并抑制失速事故的发生。

动叶3由104铝合金铸造或非金属材料制成，对声波阻尼大，不易与其它颤音发生共振。因为半圆安全孔27消除应力集中。叶柄卡环结构29与动叶安装角刻度盘28，不仅可有效的提高通风机安全运行概率，而且保障通风机运行工况点范围可靠性。

如图5、图6所示，图5是图2图3图4动叶叶栅截面示意图，图6是图2图3图4动叶叶栅C·P气动参数示意图。

由动叶叶栅截面图可知，气流进口速度三角形，空气流进叶轮相对速度W_①等于绝对速度C_①与圆周速度u的向量差，并与旋转面构成夹角β_①。气流出口速度三角形，气流绝对速度C_②等于相对速度W_②与圆周速度u向量和，它与叶轮旋转面构成夹角β_②并大于进口夹角β_①。由图5C·P气动参数变化可看出，W_①＞W_②、P_②＞P_①、C_②＞C_①。

后导叶

轴流工作叶轮后导叶如图13、图14所示；图13是图2图3后导叶与导流环结构示意图，图14是图2图3后导叶与导流环结构侧示意视图。

由图5、图6可知，气流以绝对速度C_②流进后导叶，并顺着弯曲扩散形的通道，整流、减速、增压，并为下游叶片偏转所需进口气流角。

低碳技术加力工作叶轮设计：

原创型低碳加力工作叶轮，以空气动力学“可逆性”逻辑法则研究物体对空气，空气对物体相对运动，简化了设计程序，求解了繁杂的设计问题。

即，“正”，机械能对空气的相对运动，交换为空气动能。

即，“反”，空气动能对机械的相对运动，转换为机械能。

本发明称之为“反推”设计法。

低碳技术工作叶轮，即导向叶片6，低碳加力动叶7。设计于图2、图3、图4轴流工作叶轮后导叶4与之匹配，组合设计低碳技术两用轴流通风机。

由“反推”设计法可知：

低碳技术导向叶片

低碳技术导向叶片6气动功能与轴流工作级后导叶4气动功能互为相反，叶片造型，设计互为相反。设计要求，导向叶片6前缘气动性能与来流的方向一致。导向叶片6后缘出口气流角气动性能，与低碳加力动叶7前缘进口气流角方向一致。并经弯曲收敛形通道，减压增速，为加力动叶输出气流冲击力。

低碳技术加力动叶

低碳加力动叶7气动功能与轴流工作级动叶3气动功能互为相反，动叶投影与扭曲角30设计造型互为相反。如图17、图18所示，图17是低碳加力动叶7结构示意图，图18是低碳加力动叶7结构侧视示意图。低碳加力动叶7由于回收来流的动能，它以圆周速度μ加速运动，相对速度w等于绝对速度C与圆周速度μ向量差。因为加力动叶气流相对速度增大，气体在动叶叶栅两壁的作用下，气体在窄小通道内受到挤压，而向未受到阻力的方向加速运动。它的出口处的绝对速度C等于相对速度W和圆周速度μ的向量和。由此空气对低碳技术加力叶轮相对运动交换的机械扭矩(W_③＜W_④，C·P下降)。

后导叶

最后级的后导叶并支板，其造型近似轴向，它迫使螺旋运动环形气流转换为轴向运动的圆柱形直流，从而减小气流螺旋运动损失、磨擦损失、流动损失，经扩散形通道减速，回收动压，提高静压能。

能量输出

如图19、图20所示，图19图20是图2图3图4变速齿轮箱5结构示意图。

当启动轴流工作叶轮进入额定转速时，由于空气对低碳技术加力叶轮相对运动，此时低碳加力叶轮主轴36通过变速齿轮箱5四星中心齿轮35增速。低碳加力叶轮主轴36与变速齿轮箱5配合。它的速度大于轴流工作叶轮的额定转速，其旋转力矩作用内齿轮32。或者解释；低碳加力叶轮主轴36，通过齿轮箱5四星中心齿轮35与外齿轮34增速偶合至内齿轮32，推着轴流工作叶轮主轴33旋转。四星齿轮增速，即相似于航空发动机热膨胀增速，提升推力。

如图21所示，图21是图2、图3、图4的外形结构示意图，即通风机壳体与机座14结构示意图。

要求：壳体内部包括：集流器10，主风筒12和主风筒尾部也称之扩散筒，要求内部流道光滑，壳体与壳体的缝隙焊接无凸凹不平，圆度差不能大于±2mm。通风机机座支撑机体要求受力均匀，钢性好，螺栓连接牢固，放置地面平稳，防止位移。根据通风机尺度，要求壳体有强度良好的结构力学与气动力学特点，防止通风机内外“颤振”的扰动。但图4的不同点：电机16，电机支撑板17。

如图22所示，图22是图2、图3、图4的内部结构示意图：

要求：气流流经通道所经过的部件、部位。即，轴流工作叶轮主轴33前端由前轴承座支撑，设置于整流罩1内，整流罩由预旋叶片2均匀轴向焊接于主风筒12。轴流工作叶轮主轴33的另一端由后轴承座支撑，设置于后导叶4导流环13内，如图13、图14并由后导叶4近似轴向均布的焊接于主风筒12。

旋转动叶轮如图11、图12所示，图11是图2图3动叶轮结构示意图，图12是图2图3动叶轮结构侧视示意图，安装于轴流工作叶轮主轴33中间。动叶轮与前后导流环间隙4mm(±1)。动叶3与预旋导叶2和后导叶4间距一般为动叶弦长的1/2或1/3。动叶3与壳体15间隙3mm(±1)。组成轴流工作叶轮动力状态结构。

低碳加力叶轮主轴36中间部位，安装图17、图18低碳加力动叶轮。主轴36前端安装于轴承座支撑，设置于导向叶片6导流环13内，如图15、图16所示，导向叶片6均布焊接于壳体15即主风筒12。低碳加力叶轮主轴36后端安装于即尾锥9内轴承座，由后导叶并支板8支撑，轴向均布与通风机壳体15焊接。低碳加力动叶7与壳体间隙3mm(±1)，与导向叶片6为弦长的1/2或1/3。组成低碳技术加力动叶轮动力状态结构。

由此，轴流工作叶轮与低碳技术加力动叶轮，组成低碳技术两用轴流通风机。本发明的工作原理：通过研究物体对空气相对运动，空气对物体相对运动。由此，空气动力学“可逆性”原理发明了低碳技术两用轴流通风机。

实施例2

如图3所示，图3是本发明矿山、地铁低碳技术大型主扇两用轴流通风机气动结构示意图。图3轴流工作叶轮与图2轴流工作叶轮，气动流体相似，几何相似，运动相似，动力相似，流动条件相似，工作原理相似，不再重复描述。

实施例3

如图4所示，图4是本发明地铁、矿山低碳技术局扇两用轴流通风机气动结构图。常用局扇轴流通风机功率2.2kw、3kw、4kw、5.5kw、7.5kw、11.5kw、15kw、18.5kw、煤矿最大的局扇轴流通风机55kw，效率普遍在60-70％左右，电机转速为二级，线速度低于100m/s。

该图4局扇轴流通风机工作叶轮与图2，图3主扇轴流通风机叶轮工作气动结构相似，但不同的是转速不同。

尽管转速不相似，但它的叶轮作功流动相似，动力相似，气体几何相似，工作原理相似，不再重复叙述。

上述图2、图3、图4、动叶3、轮毂11、后导叶4、导流环13、导向叶片6、导流环13、低碳加力动叶7、轮毂11，请参阅附图说明，图11～图18叶轮气动结构示意图。

Claims

1.低碳技术两用轴流通风机，它包括整流罩(1)，轴流工作叶轮：动叶(3)及后导叶(4)，其特征在于所述的低碳技术导向叶片(6)、低碳加力动叶(7)设置于低碳加力叶轮主轴(36)上；所述动叶(3)叶型前缘(18)、前缘至层流区域(19)与叶型凸面上弧线(20)、最大厚度(21)、动叶(3)下表面的“鱼肚”式下弧线(22)、尾部凹面“倒鹰式”造型(25)相匹配，动叶(3)叶型弦长(24)后缘角造型(26)夹角为零。

2.根据权利要求1所述的低碳技术两用轴流通风机，其特征在于所述的动叶(3)由104铝合金铸造或非金属材料制成。

3.根据权利要求1所述的低碳技术两用轴流通风机，其特征在于所述的低碳加力叶轮主轴(36)与变速齿轮箱(5)配合。