CN103016400B - 离心风机叶轮、离心风机及吹雪车 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种离心风机叶轮，包括上叶盘、下叶盘和连接在所述上叶盘与所述下叶盘之间的多个叶片，所述多个叶片包括多个长叶片和多个短叶片，在围绕所述叶轮的圆周方向上所述长叶片与所述短叶片交替分布，所述短叶片设置在相邻所述长叶片之间靠近出口的流道处；所述长叶片的叶型采用直线-圆弧-直线形式，包括出口端直线部分、进口端直线部分和连接在所述出口端直线部分和所述进口端直线部分之间的圆弧部分。本实施例中长叶片的直线-圆弧-直线叶型配合分流短叶片的设计，减小了叶轮内部的阻力系数，同时增加了长叶片负压区的压力，抑制气流形成涡流，提升风机的总体效率，使风机流量和全压升满足吹雪车所需要的高压、大流量的要求。

Description

离心风机叶轮、离心风机及吹雪车

技术领域

本发明涉及风机技术领域；特别涉及一种可用于吹雪车的离心风机及叶轮结构。

背景技术

吹雪车是利用高速、高压气流来实现道路及其他公共场所积雪清扫的环卫机械产品，吹雪车所需气流由风机来提供。因此，为吹雪车提供风量的风机是吹雪车的关键部件之一，目前针对吹雪车这种特定工况的风机研究还是处于起步阶段。

风机是吹雪车中的核心部件，吹雪车通过风机将大量的高压冷风空气经管路结构由喷嘴高速射出，使其附近的积雪吹散以达到在机场或者公路上除雪的目的。风机系统设计的优劣直接决定吹雪车的吹雪量和清洁率，也关系到整个吹雪车产品性能，包括噪声、能耗等多方面，而高性能的风机关键在于叶轮的设计。

如图1所示，一种现有的离心风机叶轮包括上叶盘11、下叶盘12和连接设置在上叶盘11和下叶盘12之间的多数叶片13，该叶片13采用直线型叶片，这种叶片结构难以适应风机内部气体的流动特征，易形成气流对叶片的刚性冲击，导致气流压力损失较为严重，使得风机在工作时叶轮内部的气流会在流道中形成较大漩涡，变工况时这种涡流更加剧烈，此类涡流的存在增加了气流与叶片之间的摩擦，无法满足吹雪车工况波动时仍需保持全压相对稳定的要求，同时亦导致风机的气动效率较底，增加了作业能耗。

发明内容

本发明实施例提供了一种适用于吹雪车的离心风机及其叶轮，对叶轮的叶片进行了改进，改善了叶轮内气体的流动特性，减少了气流涡流的产生，提升了风机的总体效率。

本发明实施例提供一种离心风机叶轮，包括上叶盘、下叶盘和连接在所述上叶盘与所述下叶盘之间的多个叶片，所述多个叶片包括多个长叶片和多个短叶片，在围绕所述叶轮的圆周方向上所述长叶片与所述短叶片交替分布，所述短叶片设置在相邻所述长叶片之间靠近出口的流道处；所述长叶片的叶型采用直线-圆弧-直线形式，包括出口端直线部分、进口端直线部分和连接在所述出口端直线部分和所述进口端直线部分之间的圆弧部分。

进一步地，所述圆弧部分与所述出口端直线部分及所述进口端直线部分均相切。

进一步地，所述短叶片的叶型采用直线形式。

进一步地，所述长叶片的进口直径为D1，出口直径为D2；所述短叶片的进口直径为d1，出口直径为d2，其中D1=500~600mm，D2/D1=1.92~2.4，且所述长叶片和短叶片之间的尺寸大小关系满足：(d2-d1)/(D2-D1)=1/3～1/2。

进一步地，所述短叶片的出口直径等于所述长叶片的出口直径。

进一步地，所述长叶片的进口端直线部分长为L1，出口端直线部分长为L2，圆弧部分的半径为R1，弧度为β1，其中L2=55~65mm，L2/L1=0.95~1.2，R1/D1=0.18~0.35，β1=76°~85°；所述短叶片的直线长度为L3=66~86mm。

进一步地，所述长叶片的进口气流角在34°～45°之间，出口气流角在120°～140°之间。

进一步地，所述短叶片与所述长叶片的出口方向的夹角为在-10°～10°之间。

进一步地，相邻两个所述长叶片之间的距离为δ，一个所述短叶片到相邻的所述长叶片之间的距离为t，t/δ取值为1/2～2/3。

进一步地，所述短叶片的叶型采用直线-圆弧形式，包括出口端直线部分和与出口端直线部分相连接的圆弧部分。

进一步地，所述短叶片是从所述长叶片的圆弧部分截取靠近出口的一部分而得。

进一步地，所述长叶片的进口直径为440~460mm，出口直径为1000~1100mm，所述长叶片的进口端直线部分长为140~150mm，出口端直线部分长为60~80mm，圆弧部分的半径为120~130mm，弧度为65°~75°。

进一步地，所述短叶片的出口端直线部分长为60~80mm，所述短叶片的圆弧部分的半径为120~130mm，弧度为15°~25°。

进一步地，所述长叶片的进口气流角在27°～33°之间，出口气流角在115°～125°之间。

本发明实施例还提供一种离心风机，包括机壳和设置在机壳内的叶轮，所述叶轮为上述的离心风机叶轮。

本发明实施例还提供一种吹雪车，包括上述的离心风机。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：上述实施例提供的离心风机极其叶轮，长叶片所具有的直线-圆弧-直线叶型与风机内部流动协调，符合吹雪车用风机要求，将离心风机叶轮做功转化为空气动能最大化，流道内不易产生涡流；并且利用分流短叶片引导气流的送出，减小了叶轮内部的阻力系数，同时增加了长叶片负压区的压力，阻止叶片负压区涡流的形成，如此能大幅度降低风机内部流动损失；较小的阻力系数为提高叶片数量创造广阔的空间，较多的叶片总数使得风机具有较高的全压升，提高风机全压和流量等主要性能，从而全面地提升了风机的有用功，风机总体效率也得以提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的离心风机叶轮的结构示意图；

图2是本发明第一实施例提供的离心风机的结构示意图；

图3是本发明第一实施例提供的离心风机叶轮的结构示意图；

图4是图3所示的离心风机叶轮的局部放大结构示意图；

图5是本发明第二实施例提供的离心风机叶轮的结构示意图；

图6是图5所示的离心风机叶轮的局部放大结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图2是本发明第一实施例提供的离心风机的结构示意图，图3是本发明第一实施例提供的离心风机叶轮的结构示意图，请参照图2与图3，离心风机包括机壳20和设置在机壳20内的叶轮30，机壳20上设有入风口21和出风口22，入风口21对应离心风机的轴心位置设置，出风口22对应离心风机的圆周切向位置设置，入风口21与出风口22垂直。

叶轮30设置在机壳20内，包括上叶盘、下叶盘32和连接在上叶盘与下叶盘32之间的多个叶片31。本发明实施例主要针对叶轮30的叶片31进行了改进，叶轮30以及离心风机的其它结构可以参照现有技术，在此不赘述。图3中为了清楚地显示叶片31的结构，上叶盘被移除，只显示了下叶盘32和设置在下叶盘32上的多个叶片31，多个叶片31包括多个长叶片311和多个短叶片312，长叶片311和短叶片312的数目在10～16之间。图示中叶轮30在工作时，叶轮30按逆时针方向旋转。

在围绕叶轮30的圆周方向上长叶片311与短叶片312交替分布，即与长叶片311相邻的都是短叶片312，与短叶片312相邻的都是长叶片311。长叶片311和短叶片312在上叶盘和下叶盘32之间可以均匀分布，也可以非均匀分布，如图3所示，本实施例中长叶片311与短叶片312的数目均为16个，采用均匀分布的形式。

长叶片311的进口直径（即长叶片311的进口边缘至离心风机轴心的距离的两倍）为D1，出口直径（即长叶片311的出口边缘至离心风机轴心的距离的两倍）为D2，其中D1=500~600mm，D2/D1=1.92~2.4。短叶片312的进口直径（即短叶片312的进口边缘至离心风机轴心的距离的两倍）为d1，出口直径（即短叶片312的出口边缘至离心风机轴心的距离的两倍）为d2，长叶片311与短叶片312之间的尺寸大小关系满足：(d2-d1)/(D2-D1)=1/3～1/2，即短叶片312的流向长度约为长叶片311的流向长度的1/3～1/2。在本实施例中，短叶片312靠近出口的外端点与长叶片311靠近出口的外端点在同一个圆周上，即短叶片312的出口直径d2等于长叶片311的出口直径D2。

请同时参照图4，图4是图3的叶轮30其中一部分结构的放大示意图。如图4所示，长叶片311的叶型采用直线-圆弧-直线形式，包括出口端直线部分、进口端直线部分和连接在出口端直线部分和进口端直线部分之间的圆弧部分，圆弧部分与出口端直线部分及进口端直线部分均相切。长叶片311的进口端直线部分长为L1，出口端直线部分长为L2，圆弧部分的半径为R1，弧度为β1，其中L2=55~65mm，L2/L1=0.95~1.2，R1/D1=0.18~0.35，β1=76°~85°。长叶片311的进口气流角α1在34°～45°之间，该进口气流角α1为长叶片311的进口端直线部分与长叶片311的进口边缘所在圆的切线之间的夹角；长叶片311的出口气流角α2在120°～140°之间，该进口气流角α2为长叶片311的出口端直线部分与长叶片311的出口边缘所在圆的切线之间的夹角；在此范围内叶轮流道内流动损失较小，叶轮做功能力较强。

每相邻的两长叶片311之间形成流道，短叶片312设置在相邻长叶片311之间靠近出口的流道处，起到分流的作用。短叶片312的叶型采用直线形式，直线长度为L3=66~86mm。短叶片312与长叶片311出口方向的夹角θ为-10°～10°，在本实施例中该夹角θ即为短叶片312的直线部分与长叶片311的出口端直线部分之间所形成的夹角。相邻两个长叶片311之间的距离为δ，δ=195~210mm，一个短叶片312到相邻的长叶片311之间的距离为t，t/δ取值为1/2～2/3。

图5是本发明第二实施例提供的离心风机叶轮的结构示意图，图6是图5所示的离心风机叶轮的局部放大结构示意图。请参照图5和图6，长叶片411的进口气流角α3在27°～33°之间，出口气流角α4在115°～125°之间，在此范围内叶轮流道内流动损失较小，叶轮做功能力较强。长叶片411的进口直径为D3=440~460mm，出口直径为D4=1000~1100mm，长叶片411的进口端直线部分长为L4=140~150mm，出口端直线部分长为L5=60~80mm，圆弧部分的半径为R2=120~130mm，弧度为β2=65°~75°。

短叶片412的叶型采用直线-圆弧形式，短叶片412是从长叶片411的圆弧部分截取靠近出口的一部分而得，包括出口端直线部分和与出口端直线部分连接的圆弧部分，圆弧部分与出口端直线部分相切，出口端直线部分长为L6=L5=60~80mm，与直线部分相切的圆弧部分的半径为R3=R2=120~130mm，弧度为β3=15°~25°。

本发明实施例中，长叶片的叶型具有以下三个方面的主要功效：一、进口端直线部分叶片将大量的轴向气流分流引导成径向气流，并逐步对气流实施能量传递；二、圆弧部分叶片是主要的做功区域，此部分叶片推动引来的流体做高速运转，气流能量迅速有效提升；三、出口端直线部分叶片对高能气流进一步加速的同时，控制气流的出口角度，避免涡流形成，保持流道畅通。短叶片的功效主要是整流作用，流道沿径向的扩张和长叶片负压区的存在为涡流的形成提供了场地和动力，而短叶片将扩张流道一分为二，既增强了长叶片负压区的压强，又有力切割了内部涡流场，避免涡流形成，保持流道畅通。综上所述，本发明实施例应用合理的叶片线型及组合，具有良好的气动性能，合理的出口气流角设计保证叶片出口处无涡流，能很好地解决由于涡流阻碍气流畅通的问题。

本发明实施例基于CFD数值模拟技术，提出了一种适宜吹雪车的离心风机及其叶轮结构，长叶片所具有的直线-圆弧-直线叶型与风机内部流动协调，符合吹雪车用风机要求，将离心风机叶轮做功转化为空气动能最大化，流道内不易产生涡流；并且利用分流短叶片引导气流的送出，减小了叶轮内部的阻力系数，同时增加了长叶片负压区的压力，阻止叶片负压区涡流的形成，如此能大幅度降低风机内部流动损失；较小的阻力系数为提高叶片数量创造广阔的空间，较多的叶片总数使得风机具有较高的全压升，提高风机全压和流量等主要性能，从而全面地提升了风机的有用功，风机总体效率也得以提升。通过本发明实施例的试验验证，本发明实施例的风机流量和全压升满足吹雪车所需要的高压、大流量的要求，并且该吹雪车风机性能曲线平坦，高效运行区域显著扩大。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种离心风机叶轮，包括上叶盘、下叶盘和连接在所述上叶盘与所述下叶盘之间的多个叶片，其特征在于，所述多个叶片包括多个长叶片和多个短叶片，在围绕所述叶轮的圆周方向上所述长叶片与所述短叶片交替分布，所述短叶片设置在相邻所述长叶片之间靠近出口的流道处；所述长叶片的叶型采用直线-圆弧-直线形式，包括出口端直线部分、进口端直线部分和连接在所述出口端直线部分和所述进口端直线部分之间的圆弧部分；在围绕所述叶轮的圆周方向上，所述短叶片的设置位置与所述长叶片的出口端直线部分的所在位置相对应。

2.根据权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述圆弧部分与所述出口端直线部分及所述进口端直线部分均相切。

3.根据权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述短叶片的叶型采用直线形式。

4.根据权利要求3所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片的进口直径为D1，出口直径为D2；所述短叶片的进口直径为d1，出口直径为d2，其中D1＝500～600mm，D2/D1＝1.92～2.4，且所述长叶片和短叶片之间的尺寸大小关系满足：(d2-d1)/(D2-D1)＝1/3～1/2。

5.根据权利要求4所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述短叶片的出口直径等于所述长叶片的出口直径。

6.根据权利要求4所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片的进口端直线部分长为L1，出口端直线部分长为L2，圆弧部分的半径为R1，弧度为β1，其中L2＝55～65mm，L2/L1＝0.95～1.2，R1/D1＝0.18～0.35，β1＝76°～85°；所述短叶片的直线长度为L3＝66～86mm。

7.根据权利要求3所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片的进口气流角在34°～45°之间，出口气流角在120°～140°之间。

8.根据权利要求3所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述短叶片与所述长叶片的出口方向的夹角为在-10°～10°之间。

9.根据权利要求3所述的离心风机叶轮，其特征在于，相邻两个所述长叶片之间的距离为δ，一个所述短叶片到相邻的所述长叶片之间的距离为t，t/δ取值为1/2～2/3。

10.根据权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述短叶片的叶型采用直线-圆弧形式，包括出口端直线部分和与出口端直线部分相连接的圆弧部分。

11.根据权利要求10所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述短叶片的圆弧部分是从所述长叶片的圆弧部分截取靠近出口的一部分而得。

12.根据权利要求10所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片的进口直径为440～460mm，出口直径为1000～1100mm，所述长叶片的进口端直线部分长为140～150mm，出口端直线部分长为60～80mm，圆弧部分的半径为120～130mm，弧度为65°～75°。

13.根据权利要求12所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述短叶片的出口端直线部分长为60～80mm，所述短叶片的圆弧部分的半径为120～130mm，弧度为15°～25°。

14.根据权利要求10所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述长叶片的进口气流角在27°～33°之间，出口气流角在115°～125°之间。

15.一种离心风机，包括机壳和设置在机壳内的叶轮，其特征在于：所述叶轮为权利要求1至14任一项所述的离心风机叶轮。

16.一种吹雪车，其特征在于：包括如权利要求15所述的离心风机。