CN104564842B

CN104564842B - 双向可逆轴流通风机的导流装置

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Publication number: CN104564842B
Application number: CN201510047361.6A
Authority: CN
Inventors: 苏莫明; 洪灵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: CN104564842A

Abstract

本发明公开了一种双向可逆轴流通风机的导流装置，包括反对称安装在可逆轴流通风机叶轮两侧的两套导流装置；每组导流组件由轴向相互交叠、周向相互错位的一块曲面导流板以及至少两块平面导流板构成；其中，每一组导流装置的曲面导流板靠近回转叶轮设置，作为进气侧。本发明既可以大幅度回收风机出口旋转速度分量C_u3构成的动能0.5ρC_u3 ²在风机出口截面的积分构成的余速损失，又具有完全可逆的气动特性即叶轮正、反转时通风机的空气动力特性完全一致。由于余速损失的回收，可以使通风机的全压效率提升10％～20％，并使同型号可逆轴流通风机的静压升能力大幅度提高，从而使双向全可逆通风机获得抗喘振性能，进而取消目前可逆轴流通风机常用的防喘振圈结构。

Description

双向可逆轴流通风机的导流装置

技术领域

本发明涉及具有对称翼型的双向可逆轴流通风机的导流装置。

背景技术

双向可逆轴流通风机是指：安装有对称或反对称翼型的叶轮结构的通风机，在设计转速下，无论正向旋转或反向旋转通风机具有相同的空气动力学特性，即具有相同的压力、流量、效率、功率等气动参数。

常规可逆轴流通风机通常在叶顶的机匣两侧安装“防喘振圈”结构。可逆通风机的这种特殊特性使得与同等机号的单向轴流通风机相比，可逆通风机的全压、流量和全压效率都非常低，功率消耗非常大。即便国内外先进的可逆轴流通风机，其全压效率也仅仅达到60％～65％左右，如果与管网的阻力特性不匹配。运行的全压效率甚至低于40％。

根据轴流通风机的设计理论，双向可逆通风机所采用的对称翼型或反对称翼型不具有做功能力，即采用这种叶片形式的叶轮旋转时轴面流动不具有产生压力和流量的能力。实际可逆轴流通风机叶轮之所以能够做功，就是在叶片通道中的叶顶部进口侧吸力面的相对流动中，气流存在有一个很大的旋涡结构。这个旋涡结构的存在使得进入叶轮的气流从半径小的径向位置进入叶轮，从半径大的径向位置离开叶轮，使得流道通流截面增加从而获得静压升并使气体获得绝对速度的周向分量C_2u，同时离心力惯性力也参与做功进一步使气体静压升高。

双向可逆轴流通风机之所以全压效率非常低，除了叶轮通道内、外的涡流损失和和旋流损失外，最主要的损失是叶轮出口的余速损失即叶轮出口周向旋转速度产生的动能损失。这种高速旋绕的气体动能占全部输入机械能的15％～25％。如果不加以回收，这部分高速旋绕的气体动能将迅速转化为热能耗散掉。为了回收这部分动能，单向轴流通风机通常设计有后置导向叶片。但是，常规的导向叶片设计无法实现双向可逆的工况要求，因此对可逆轴流通风机不能采用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的问题，提供一种能够大幅度提高双向可逆轴流通风机的气动综合性能，降低制造成本，达到节能降耗、增加设备运行可靠性的双向可逆轴流通风机的导流装置。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

双向可逆轴流通风机的导流装置，包括反对称安装在可逆轴流通风机叶轮两侧的两套导流装置，设x轴表示径向，y轴表示周向，z轴表示轴向，可逆轴流通风机叶轮的回转轴与z轴重合；每套导流装置包括沿圆周方向均匀分布在双向可逆通风机内、外筒体间上的若干组导流组件组成；每组导流组件由轴向相互交叠、周向相互错位的一块曲面导流板以及至少两块平面导流板构成；其中，每一套导流装置的曲面导流板靠近回转叶轮设置，作为进气侧。

所述平面导流板为2～9块平板。

所述曲面导流板为等厚度径向弧板，等厚度径向弧板的进气端前缘的进气速度矢量V的方向角等于等厚度径向弧板进气端中弧线前缘端点的切线方向角α₁，等厚度径向弧板的出气端中弧线端点的切线方向角α₃＝90°。

所述曲面导流板为径向弧板，径向弧板进气端的凹表面光滑连接有两段弯曲方向相反的圆弧面或样条曲面；径向弧板的进气端前缘的进气速度矢量V的方向角等于径向弧板进气端中弧线前缘端点的切线方向角α₁，径向弧板的出气端中弧线端点的切线方向角α₃＝90°。

所述径向弧板进气端头处的凹圆弧面端点的切线与所述双向可逆轴流通风机旋转周向之间的夹角α₂＝90°。

所述曲面导流板导风曲面的周向宽度小于等于若干块平面导流板和曲面导流板沿周向错位构成的迎风面的断面总宽度。

所述曲面导流板通过若干连接板与平面导流板固定连接；曲面导流板和若干平面导流板之间轴向相互交叠，形成一段气流通道，且交叠的尺寸等于连接板的宽度；曲面导流板和若干平面导流板之间周向错位的尺寸等于连接板的长度。

所述连接板与曲面导流板和平面导流板之间通过焊接方式固定连接。

所述曲面导流板进气端与叶轮叶片出口的轴向距离为转动叶片叶根弦长的0.75～1.5倍。

所述曲面导流板和平面导流板的宽度由叶顶至叶根为等宽度或变宽度；对于变宽度平面导流板以自半径小的根部轴向直线为基轴，沿叶轮旋转的反方向倾斜设置，不同半径上距离曲面导流板最远端的平面导流板的周向轮廓边界不超过曲面导流板进气边缘的周向轮廓边界；距曲面导流板最远端的平面导流板的倾斜角度为arctan[(B_t－B_h)/(R_t－R_h)]，其中，B_h为变宽度曲面导流板的叶根剖面的周向宽度，B_t为叶顶剖面的周向宽度，R_t为机壳内壁半径，R_h为内整流筒外壁半径；其余平面导流板均匀并倾斜设置于曲面导流板和距曲面导流板最远端的平面导流板之间，其余平面导流板中每相邻两块平面导流板的板间周向相互错位距离相等。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在可逆轴流通风机叶轮的两侧反对称安装两套导流装置，既可以大幅度回收风机出口旋转速度分量C_u3构成的动能0.5ρC_u3 ²在风机出口截面的积分构成的余速损失，又具有完全可逆的气动特性即叶轮正、反转时通风机的空气动力特性完全一致。由于余速损失的回收，可以使通风机的全压效率提升10％～20％，并使同型号可逆轴流通风机的静压升能力大幅度提高，从而使双向全可逆通风机获得抗喘振性能，进而取消目前可逆轴流通风机常用的防喘振圈结构。

采用本发明后可以实现100％全反风运行，即正、反向气动性能完全一致。可以将80％以上的旋绕动能即余速损失转变为压力能，使同等流量条件下的双向可逆轴流通风机的静压提升能力提高一倍以上。根据气动设计参数不同，同等条件下与目前的可逆轴流通风机相比，全压效率可以提高10％～20％，即节能10％～20％。

采用本发明后，在通风机转速和电动机驱动功率一定的条件下，与目前广泛采用的可逆轴流通风机相比，可逆通风机的流量和静压获得大幅度提升。另外，结合现代叶片设计技术可以实现无喘振运行特性，彻底取消了双向防喘振环结构设计，极大地降低了制造和使用维护成本，可逆通风机综合性能大幅度提高，从而使可逆轴流通风机性能发生质的进步，具有巨大的节能效果。

附图说明

图1本发明双向可逆轴流通风机的前后导流装置安装位置示意图；其中，图1(a)为主视图，图1(b)为剖视图；

图2为图1(b)的A-A局部剖视图；

图3为本发明加装导流装置的双向可逆轴流通风机轴测图；

图4为本发明实施例1一种导流组件的结构示意图；其中，图4(a)为轴测图，图4(b)为俯视图；

图5为本发明实施例1另一种导流组件的结构示意图；其中，图5(a)为轴测图，图5(b)为俯视图；

图6为本发明实施例1导流组件的剖面图；其中，图6(a)为一种导流组件的尺寸关系图，图6(b)为另一种导流组件的尺寸关系图；

图7为为本发明实施例2变宽度“导风曲面”三导风面导流组件轴测图；

图8为本发明变宽度“导风曲面”三导风面导流组件的四视图；其中，图8(a)为主视图，图8(b)为右视图；图8(c)为左视图；图8(d)为俯视图；图8(e)为叶根剖面G-G、平均半径剖面F-F和叶顶剖面E-E的剖视图；

图9为未加装双向可逆轴流通风机的前后导流装置通风机子午面速度矢量图；

图10为未加装双向可逆轴流通风机的前后导流装置通风机速度矢量轴测图；

图11为加装双向可逆轴流通风机的前后导流装置通风机子午面速度矢量图；

图12为加装双向可逆轴流通风机的前后导流装置通风机特征面速度矢量图；

图13为加装双向可逆轴流通风机的前后导流装置通风机速度矢量轴侧图；

图14为加装双向可逆轴流通风机的前后导流装置逆向流动速度矢量轴侧图；

图15为本发明实施例3四导风面导流组件的四视图；其中，图15(a)为主视图，图15(b)为右视图；图15(c)为左视图；图15(d)为俯视图；

图16为本发明实施例3四导风面导流组件的轴测图；

图17为本发明实施例4十导风面导流组件的四视图；其中，图17(a)为主视图，图17(b)为右视图；图17(c)为左视图；图17(d)为俯视图；

图18为本发明实施例4十导风面导流组件的轴测图。

其中：1为曲面导流板；2为连接板；3为平面导流板；4为等厚度曲面导流板；5为叶轮叶片；6为导流装置；7为通风机连接法兰；8为进气集流口；9为椭球形整流罩；10为叶轮轮毂；11为机壳；12为内整流筒；13为电动机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：

如图1至图6所示，为一具有反对称翼型叶轮的可逆轴流通风机示意图。它由机壳11、反对称翼型叶片5、轮毂10、连接法兰7、集流口8、椭球形整流帽9、内整流筒12、电动机13和导流装置组件6组成。

本发明提出的是一套能量转化的导流装置组件6。它反对称地安装在可逆轴流通风机叶轮两侧，并根据CFD计算得到的数量沿圆周方向均匀分布，如图1至图3所示。导流装置组件6的轴测图和俯视图如图4所示。具体的，本发明包括反对称安装在可逆轴流通风机叶轮两侧的两套导流装置组件6，设x轴表示径向，y轴表示周向，z轴表示轴向，可逆轴流通风机叶轮的回转轴与z轴重合；每套导流装置包括沿圆周方向均匀分布在机壳和内整流筒之间的若干组导流组件6；每组导流组件由轴向相互交叠、周向相互错位的一块曲面导流板以及2～9块平面导流板3构成；其中，每一组导流装置组件6的曲面导流板靠近回转叶轮设置，作为进气侧。

曲面导流板采用径向弧板1或等厚度径向弧板4，径向弧板1进气端的凹表面光滑连接有两段弯曲方向相反的圆弧面，径向弧板1进气端头处的圆弧面端点的切线与所述双向可逆轴流通风机旋转周向之间的夹角α₂＝90°；径向弧板1和等厚度径向弧板4的进气端前缘的进气速度矢量V的方向角等于进气端中弧线前缘端点的切线方向角α₁，出气端中弧线端点的切线方向角α₃＝90°。

本发明的原理

图6给出了导流装置组件的横剖面图和其中的尺寸关系。为了达到全可逆的气动特性又不会产生附加的能耗目的，如图6所示，首先这种装置具有在“最小迎风断面”B条件下最大幅度转化气体高速旋绕的动能成为静压能即以最小的周向宽度尺寸B完成将气流速度的圆周分量产生的动能转化为静压能，第二逆向工作时气流沿轴向进入叶轮叶片，第三不会产生过多的流动阻力损失、冲击损失和涡流损失，第四不改变原有双向可逆轴流通风机结构特点，第五制造成本在比目前的双向可逆轴流通风机大幅下降。

以下描述采用圆柱坐标系由图3、图6的点划线所示，x表示径向、y表示周向、z表示轴向，通风机叶轮的回转轴与z轴重合。

图1为双向可逆轴流通风机导流装置在两视图中的安装位置示意。其中一组导流装置用来支撑叶轮的驱动内置电动机。

图2为图1(b)的A-A局部剖视图，用于表明三导风面导流装置和叶轮叶片的位置关系；

图3为安装双向可逆轴流通风机导流装置通风机的轴侧图。

图4和图5为两种双向可逆轴流通风机三导风面导流组件俯视图与轴测图。图中：

图4(a)、图4(b)中的双向可逆轴流通风机导流装置由两块交叠D、错位C的平板加一块扭曲的或圆柱形的导风曲面组成。三块板由三不同半径处的六块小矩形钢板在圆柱面上将导风曲面和两块平板焊接成一个整体组件。图4、图5分别绘出了两种双向可逆轴流通风机导流组件剖视图、俯视图和轴侧图。图4(a)、图5结构工艺较复杂，但是保证了双向轴向进气条件。图4(b)、图5制造工艺简单，但是进口气流有与叶轮旋转方向相同的进气预旋，使得叶轮叶片的做功能力有所下降。

图7、图8分别绘出了变宽度导风曲面导流组件轴侧投影图和五视图，沿径向的宽度变化规律是由气流无冲击进入条件和轴向出气由CFD方法确定的变宽度圆柱面。

如图1、图3、图6所示，本发明由反对称布置在叶轮两侧的两套导流装置构成，每套导流装置由沿圆周均布的若干件导流组件6组成。每个导流组件由几块轴向相互交叠、交叠尺寸在图6中由字母D表示，周向相互错位的平板和半径为R的径向弧板构成，其中，错位尺寸在图6中由字母C表示。每个导流组件板面的构成数量由通风机气动设计参数和结构几何参数决定，一般选取3～10块。原则上构成每块平板的轴向尺寸相同。如对具有三块板的导流装置L2、L3相同，即L2＝L3。

为了保证气体逆向进入导流装置时的轴向进气条件并具有最小迎风截面积，除第一块导流板采用曲面构形外，其余导风板均由平板构成。

为了适应不同半径处气流的流动方向，以避免气流进入导流组件时产生冲击损失、分离损失和涡流损失，距离回转叶轮较近的第一块板的进气侧前缘，按半径位置x不同，由“无冲击进气条件”即图6中速度矢量V的方向角等于导流板入口中弧线前缘端点的切线方向角α₁，“轴向出气条件”即出气边中弧线端点的切线方向角α₃＝90°，在不同半径上构造了一系列进气角为α₁、出气角α₃＝90°的圆弧曲线，以叶根到叶顶不同半径上的一系列圆弧曲线为边界曲线生成导风曲面，并以此曲面为中弧面，赋予合理的钢板厚度构成导风曲面板，如图6(b)所示。

由于可逆轴流通风机叶片出气角α₁不能用常规气动设计方法确定，因此，导向装置进气边不同半径处的速度矢量的方向角α₁采用计算流体动力学即CFD方法加以确定。

CFD方法采用压力耦合半隐式修正算法即SIMPLEC算法求解雷诺平均N-S方程。计算采用标准k-ε湍流模型和壁面函数法。离散化动量方程，对流项采用QUICK格式，源项、压力梯度项采用中心差分格式，湍动能方程和湍流耗散率方程采用指数格式。

采用CFD得到的沿圆周方向y平均化后的α₁是径向位置x的函数，即α₁＝α₁(x)。当曲面导风板的圆弧半径R给定后，宽度尺寸B由α₁唯一确定，因此B也是径向位置x的函数，即B＝B(x)是从叶根到叶顶变宽度的。

为了简化工艺，也可以根据叶轮平均半径处气流的绝对出气角方向α₁，按无冲击条件、轴向出气角α₃＝90°条件，构造半径为R的从叶根到叶顶等宽度B导风曲面。圆弧段的周向总宽度不能超过几块板沿周向错位构成的迎风断面总宽度B。一般导流装置沿轴向的总长度L由通风机结构尺寸合理设计。导流装置沿圆周的分布数量是根据通风机气动设计参数，通风机几何结构特点，由CFD方法加以确定。

板间的轴向相互交叠D是为了形成一段气流通道，引导气流沿轴向流动并且吹除背风面的流动边界层和旋涡。周向相互错位C是为了构成一定的通道宽度使气流在通道内具有足够的速度和流量。

当电动机反转，气流逆向流动时，图6(b)所示的导风组件的曲面导风板会使气流产生圆周方向的旋绕，改变气流进入叶轮叶片的“轴向进气条件”。为了保证通风机回转叶轮逆向旋转时的轴向进气条件，即进入转动叶片气流的绝对速度方向为回转轴z向，如图6(a)中的粗实线所示，不同半径上导风曲面凹表面，进气端前缘处可以采用切线方向为α₂＝90°轴向的样条曲线或多段圆弧曲线光滑地与半径为R的导风曲面凹表面光滑连接，使气流通过绕流改变流动方向为轴向，从而构成导风曲面轴向出气凹表面。

为了降低加工制造难度和成本，也可以采用图6(b)所示的单圆弧、等厚度板制造导风曲面板。

导流组件的进气边与叶轮叶片出口的轴向距离一般按0.75～1.5倍的转动叶片叶根弦长选取。

下面结合附图列举本发明的具体实施例

实施例1

本实施例是一种用于双向可逆轴流通风机的导流装置，双向可逆轴流通风机的叶轮直径D＝2m，叶轮工作转速n＝980rmp，设计流量Q＝60m³/s，设计全压P＝950Pa，叶轮叶片数量Z＝10，叶片顶部弦长L_top＝250mm，轮毂比k＝0.45。叶顶安装角b_AN＝15°。如图1所示，在双向可逆轴流通风机叶轮的两侧分别安装有导流装置。

导流装置沿轴向在叶轮两边反对称布置两套，每套导流装置均由多组导流组件组成。每组导流组件中均包括曲面导流板、连接板2和平面导流板3。本实施例中，叶轮每一边的导流装置均由9组导流组件组成。9组导流组件沿双向可逆轴流通风机机壳内周向均布，如图1和图3所示。

每组导流组件中包括一个径向弧板1、三不同半径上共六个连接板2、两块平面导流板3。将曲面导流板和两块平面导流板3依次通过三不同半径位置的六个连接板2焊接。曲面导流板的凹表面和凸表面均为曲面，该曲面的圆弧是根据给定的圆弧半径R和CFD计算得到的叶片平均半径处叶片出气角α₁由无冲击进气条件构造的单圆弧圆柱形导风曲面，本实施例中，曲面的半径R＝154mm。

如图6(a)中的黑粗实线所示，在曲面导流板进气端的凹表面是由两段弯曲方向相反的圆弧面与半径为R曲面光滑连接而成，并且各圆弧的半径均为r＝33mm；半径为r＝33mm位于该曲面导流板进气端点的切线与双向可逆轴流通风机圆周方向之间的夹角α₂＝90°，另一端与半径R的圆弧光滑相切连结。

曲面导流板和平面导流板之间以及平面导流板之间交叠D、错位C部分通过连接板2固接。组合后的每组导流组件的轴向长度L＝350mm，等周向宽度B＝65mm，曲面导流板与平面导流板间以及平面导流板之间沿周向重叠部分的长度相同，该长度D＝20mm，导流板的厚度均为8mm。

曲面导流板长度方向在轴向的投影L₀与第一平面导流板的长度L₁和第二平面导流板L₂的长度相等即L₀＝L₁＝L₂。

如图1(b)剖面所示，使用时，将一套导流装置固定在双向可逆轴流通风机叶轮的一侧，将另一套导流装置反对称地固定在双向可逆轴流通风机叶轮的另一侧，并使各组导流组件中的曲面导流板均与叶轮相邻。安装时，将两个导流装置中的各组导流组件一端侧表面与双向可逆轴流通风机的机壳内壁焊接，将各组导流板另一端侧表面与双向可逆轴流通风机的内筒的表面焊接，并使各组导流组件沿周向均布，如图1和图3所示。

为验证本实施例的效果，采用如前CFD方法进行了数值模拟。数值模拟是在具有相同叶轮、相同转速、相同背压条件下，对现有技术与本实施例进行的对比CFD数值计算。

由于转动的叶轮计算空间和非转动的导流装置空间关于转动轴周期对称，因此，对于叶轮空间，本次验证计算中只计算1/10区域，对于包含有导流装置空间，仅计算1/9区域。

图9、图10所示为相同背压条件下，未加装双向可逆轴流通风机导流装置计算过程收敛时的速度分布图，收敛时的容积流量为Q＝41.25立方米/每秒。

图11、图12、图13为相同背压条件下，加装了双向可逆轴流通风机导流装置计算收敛时的速度分布图，收敛时的容积流量为Q＝63.985立方米/每秒。流量提高了55.12％，通风机出口截面速度的圆周分量基本消除，通风机的尾部整流锥出口处基本没有回流和流动分离现象，气流充满整个出口截面。同流量下，通风机出口平均速度下降，平均动压降低，静压获得提升，通风机全压效率提高了约15％。

在同等条件下，本实施例还就给定设计流量Q＝60立方米/每秒，进口条件是总压为标准大气压的算例进行了流动模拟计算。对计算收敛时的背压进行了考核。结果如下：未加装双向可逆轴流通风机导流装置的背压约为350Pa，加装了双向可逆轴流通风机导流装置的背压为790Pa，可逆轴流通风机静压升提高了2.257倍。

如图14所示，本实施例还就双向可逆轴流通风机导流装置位于来流上游对可逆轴流通风机的影响进行了计算考核。结果表明：由于双向可逆轴流通风机导流装置兼有通风机内置电动机支撑作用，考虑并计入目前使用的可逆通风机的电动机支撑板对流动的影响，因此，双向可逆轴流通风机导流装置在反向通风时，对对来流的阻塞影响可以忽略不计。

实施例2

本实施例是一种用于双向可逆轴流通风机的导流装置。双向可逆轴流通风机的直径D＝2m，叶轮工作转速n＝980rmp，设计流量Q＝60m³/s，设计全压P＝1250Pa，叶轮叶片数量Z＝12，叶片顶部弦长L_top＝250mm，轮毂比k＝0.45。叶顶安装角b_AN＝12°。如图1所示，在双向可逆轴流通风机叶轮的两侧分别安装有导流装置。

导流装置沿轴向在叶轮两边反对称布置两套，每套导流装置均由9组导流组件组成。每组导流组件中均包括曲面导流板、连接板2和平面导流板3。本实施例中，9组导流组件沿双向可逆轴流通风机机壳内周向均布，如图1、图3所示。每组组件中包括一个曲面导流板、不同半径上的六块连接板2、两块均布的平面导流板3。并将曲面导流板和两块平面导流板3依次通过三不同半径处的六块连接板2焊接。曲面导流板的凹表面和凸表面均为曲面，该曲面的圆弧是根据无冲击进气条件构造的单圆弧导风曲面，本实施例中，曲面板的平均半径R＝154mm。

其中，下标top表示叶顶，hub表示叶根，mid表示叶顶与叶根的几何平均半径。

如图6(a)中的黑粗实线所示，在曲面导流板一端的凹表面是由两段弯曲方向相反的圆弧面光滑连接而成，并且各圆弧的半径均为r＝33mm；两段弯曲方向相反的圆弧中，位于该曲面导流板进气端头处的圆弧面端点的切线与双向可逆轴流通风机旋转周向之间的夹角α₂＝90°，另一端与曲面导流板凹表面圆弧光滑相切连结。

如图6，图7和图8所示，当曲面导流板的圆弧半径R确定后，曲面导流板的周向宽度B由入口角α₁唯一确定。在给定可逆通风机进口总压和出口设计流量条件下，通过CFD方法计算出在导流装置进气位置沿周向平均化的α₁沿径向的分布α₁＝α₁(x)，进而计算出周向宽度B沿径向的分布B＝B(x)。如图10所示，图10中绘出了叶根截面、叶顶截面和平均半径截面处不同位置的速度矢量分布即速度矢量的大小和方向角α₁分布。从叶根到叶顶取五个不同半径圆柱面上的α₁值，由这五个α₁值计算得到五个B值后，在所处半径的圆柱面上构造如图6所示的导风装置剖面。将从叶根到叶顶五半径不同的剖面轮廓线作为边界曲线生成曲面导风板实体，如图7、图8所示。

图8(e)给出了叶根剖面G-G、平均半径剖面F-F和叶顶剖面E-E的剖视图。构成三剖面的曲面导流板中弧线半径R均为R＝154mm，叶根剖面G-G的周向宽度为B_h＝66mm、平均半径剖面F-F的周向宽度为B_m＝74mm、叶顶剖面E-E的周向宽度为B_t＝84对应的轴向长度分别为L_h＝356mm、L_m＝361mm和L_t＝368mm。

这样构造的导风边界曲面能够保证从叶轮流出的气流自叶根到叶顶不同半径位置均能够无冲击进入导流装置，减少了气流进入导风装置的冲击损失和导风装置背风处的分离、旋涡损失。

本实施例中，第一平面导流板的宽度L₁和第二平面导流板L₂的宽度相等即L₁＝L₂＝140mm。由于从叶顶到叶根的尺寸B不同，为了适应曲面导风板沿不同半径上变化的迎风断面尺寸B，两块直板以各自半径小的根部轴向直线为基轴，沿叶轮旋转的反方向分别倾斜了Q₁＝0.93°和Q₂＝1.86°。根据CFD计算结果，导风曲面入口角α₁从半径最小的α_1hub根部到半径最大的α_1top顶部相差8.16°，如图8(c)所示。倾斜的角度由变宽度曲面导流板的叶根剖面的周向宽度B_h和叶顶剖面的周向宽度B_t确定；不同半径上距离曲面导流板最远端的平面导流板的周向轮廓边界不超过曲面导流板进气边缘的周向轮廓边界，由此可以确定距曲面导流板最远端的平面导流板的倾斜角度为arctan[(B_t－B_h)/(R_t－R_h)]，式中R_t为机壳11内壁半径，R_h为内整流筒12外壁半径。其余平面导流板倾斜角度根据每块导流板板间的周向相互错位尺寸相等确定。其余平面导流板均匀并倾斜设置于曲面导流板和距曲面导流板最远端的平面导流板之间，这些平面导流板将曲面导流板和距曲面导流板最远端的平面导流板之间的角度均分，使得每相邻两块平面导流板的板间周向相互错位距离相等。

曲面导流板和平面导流板之间以及平面导流板之间交叠D、错位C部分通过连接板2固接。曲面导流板与平面导流板间以及平面导流板之间沿周向重叠部分的长度均为D＝20mm，导流板的厚度均为8mm。

如图1(b)局部剖面图所示，使用中，将一套导流装置固定在双向可逆轴流通风机叶轮的一侧，将另一套导流装置反对称地固定在双向可逆轴流通风机叶轮的另一侧，并使各组导流组件中的曲面导流板与叶轮相邻。如图1、图3所示，安装时，将每个导流装置中的各组导流组件叶根和叶顶两端面与双向可逆轴流通风机的内筒体和机壳内壁焊接，并沿圆周方向各导流组件均布。

CFD数值模拟结果表明：变宽度B导风面结构对流动的整流效果优于等宽度三导风面结构。

实施例3

本实施例是一种用于双向可逆轴流通风机的导流装置。双向可逆轴流通风机的直径D＝2m，叶轮工作转速n＝980rmp，设计流量Q＝60m³/s，设计全压P＝950Pa，叶轮叶片数量Z＝10，叶片顶部弦长L_top＝250mm，轮毂比k＝0.45。叶顶安装角b_AN＝15°。如图1所示，在双向可逆轴流通风机叶轮的两侧分别安装有导流装置。

导流装置沿轴向在叶轮两边反对称布置两套，每套导流装置均由9组导流组件组成。每组导流组件中均包括曲面导流板、连接板2和平面导流板3。本实施例中，叶轮每一边的导流装置均由9组导流组件组成。9组导流组件沿双向可逆轴流通风机机壳内周向均布，如图1、图3所示。

如图15、图16所示，本实施例给出了四块板面构成的导风装置。第一块曲面形导风板采用和实施例1相同的圆柱面弧板，导风装置截面的总长度L和总厚B度也与实施例1相同，即L＝350mm，B＝65mm但交叠尺寸改为D＝10mm。三块平面导流板的轴向长度尺寸相等，即L1＝L2＝L3＝92mm，导流钢板厚度6mm，错位尺寸C在总尺寸B范围内沿周向均匀分布。

每组导流组件中包括一个曲面导流板、三不同半径上共九块连接板2、三块平行错位布置的平面导流板3。并将曲面导流板和三块平面导流板3依次通过三不同半径位置的九块连接板2焊接。曲面导流板的凹表面和凸表面均为曲面，本实施例中，曲面中弧线半径R＝154mm。

如图6(a)中的黑粗实线所示，在曲面导流板一端的上表面是由两段弯曲方向相反的圆弧面光滑连接而成，并且各圆弧的半径均为r＝33mm；两段弯曲方向相反的圆弧中，位于该曲面导流板进气端点处的圆弧面端点的切线与双向可逆轴流通风机旋转周向之间的夹角α₂为90°，另一端与曲面导流板凹表面圆弧光滑相切连结。

如图1(b)局部剖视图所示，使用时，将一套导流装置固定在双向可逆轴流通风机叶轮的一侧，将另一套导流装置反对称地固定在双向可逆轴流通风机叶轮的另一侧，并使各组导流组件中的曲面导流板与叶轮相邻。安装时，将两个导流装置中的各组导流组件一端侧表面与双向可逆轴流通风机的机壳内壁焊接，将各组导流板另一端侧表面与双向可逆轴流通风机的内筒表面焊接，并使各组导流组件沿周向均布，如图1、图3所示。

CFD数值模拟结果表明：四导风面结构对流动的整流效果在高背压条件下明显好于三导风面结构。

实施例4

如图17和图18所示，本实施例给出了与实施例1相同的气动参数和通风机结构条件下，十块板面构成的导风装置。第一块曲面形导风板采用和实施例1相同的圆柱面弧板，圆弧半径R＝153mm，长度缩减为L0＝105mm。导风装置截面的总长度L和总厚B度也与实施例1相同，即L＝350mm，B＝65mm，但交叠尺寸D＝4mm。九块平面导流板的长度尺寸相等且沿轴向尺度L均布，导流钢板厚度2mm，错位尺寸C在周向总尺寸B内均匀分布。

导流组件包括曲面导流板和九块平面导流板组成。曲面导流板按叶轮平均半径处气流的绝对出气角α₁方向和无冲击进气条件，构造圆弧半径为R＝154mm的圆柱面导风曲面。图6(a)中的粗实线所示的导风曲面凹表面是由两段半径为r＝33mm圆弧光滑连接而成。两段弯曲方向相反的圆弧中，位于该曲面导流板进气端头处圆弧面端点的切线为轴向，另一端与半径R的圆弧光滑相切连结。如图1所示，叶片前、后两位置的每个位置上，导流装置由9组沿周向均布导流组件组成。

使用时，将一套导流装置固定在双向可逆轴流通风机叶轮的一侧，将另一套导流装置反对称地固定在双向可逆轴流通风机叶轮的另一侧，并使各组导流组件中的曲面导流板均与叶轮相邻。安装时，将两套导流装置中的各组导流组件一端侧表面与双向可逆轴流通风机的机壳内壁焊接，将各组导流板另一端侧表面与双向可逆轴流通风机的内筒的表面焊接，并使各组导流组件沿周向均布，参见图1、图3所示。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.双向可逆轴流通风机的导流装置，其特征在于：包括反对称安装在可逆轴流通风机叶轮两侧的两套导流装置，设x轴表示径向，y轴表示周向，z轴表示轴向，可逆轴流通风机叶轮的回转轴与z轴重合；每套导流装置包括沿圆周方向均匀分布在双向可逆通风机内、外筒体间上的若干组导流组件(6)组成；每组导流组件由轴向相互交叠、周向相互错位的一块曲面导流板以及至少两块平面导流板(3)构成；其中，每一套导流装置的曲面导流板靠近回转的叶轮设置，作为进气侧。

2.根据权利要求1所述的双向可逆轴流通风机的导流装置，其特征在于：所述平面导流板(3)为2～9块平板。

3.根据权利要求1或2所述的双向可逆轴流通风机的导流装置，其特征在于：所述曲面导流板为等厚度径向弧板(4)，等厚度径向弧板(4)的进气端前缘的进气速度矢量V的方向角等于等厚度径向弧板(4)进气端中弧线前缘端点的切线方向角α₁，等厚度径向弧板(4)的出气端中弧线端点的切线方向角α₃＝90°。

4.根据权利要求1或2所述的双向可逆轴流通风机的导流装置，其特征在于：所述曲面导流板为径向弧板(1)，径向弧板(1)进气端的凹表面光滑连接有两段弯曲方向相反的圆弧面或样条曲面；径向弧板(1)的进气端前缘的进气速度矢量V的方向角等于径向弧板(1)进气端中弧线前缘端点的切线方向角α₁，径向弧板(1)的出气端中弧线端点的切线方向角α₃＝90°。

5.根据权利要求4所述的双向可逆轴流通风机的导流装置，其特征在于：所述径向弧板(1)进气端头处的凹圆弧面端点的切线与所述双向可逆轴流通风机旋转周向之间的夹角α₂＝90°。

6.根据权利要求1或2所述的双向可逆轴流通风机的导流装置，其特征在于：所述曲面导流板导风曲面的周向宽度小于等于若干块平面导流板(3)和曲面导流板沿周向错位构成的迎风面的断面总宽度。

7.根据权利要求1或2所述的双向可逆轴流通风机的导流装置，其特征在于：所述曲面导流板通过若干连接板(2)与平面导流板(3)固定连接；曲面导流板和若干平面导流板(3)之间轴向相互交叠，形成一段气流通道，且交叠的尺寸等于连接板(2)的宽度；曲面导流板和若干平面导流板(3)之间周向错位的尺寸等于连接板(2)的长度。

8.根据权利要求7所述的双向可逆轴流通风机的导流装置，其特征在于：所述连接板(2)与曲面导流板和平面导流板(3)之间通过焊接方式固定连接。

9.根据权利要求1或2所述的双向可逆轴流通风机的导流装置，其特征在于：所述曲面导流板进气端与叶轮叶片出口的轴向距离为叶轮叶片叶根弦长的0.75～1.5倍。

10.根据权利要求6所述的双向可逆轴流通风机的导流装置，其特征在于：所述曲面导流板和平面导流板的宽度由叶顶至叶根为等宽度或变宽度；对于变宽度平面导流板(3)以自半径小的根部轴向直线为基轴，沿叶轮旋转的反方向倾斜设置，不同半径上距离曲面导流板最远端的平面导流板的周向轮廓边界不超过曲面导流板进气边缘的周向轮廓边界；距曲面导流板最远端的平面导流板的倾斜角度为arctan[(B_t－B_h)/(R_t－R_h)]，其中，B_h为变宽度曲面导流板的叶根剖面的周向宽度，B_t为叶顶剖面的周向宽度，R_t为机壳(11)内壁半径，R_h为内整流筒(12)外壁半径；其余平面导流板均匀并倾斜设置于曲面导流板和距曲面导流板最远端的平面导流板之间，其余平面导流板中每相邻两块平面导流板的板间周向相互错位距离相等。