CN1060139A

CN1060139A - 轴流风机

Info

Publication number: CN1060139A
Application number: CN91109179.3A
Authority: CN
Inventors: 山口信行; 后藤充成
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-09-25
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 1992-04-08
Anticipated expiration: 2006-09-24
Also published as: AU8463391A; DE69114647T2; EP0477740A1; EP0477740B1; CN1023656C; ES2080207T3; DE69114647D1; JPH04132899A; US5230605A; AU638357B2

Abstract

一种定子叶片可调倾角式轴流风机，它在可调倾角式进口导叶的上游侧具有一个空气分离器的上游侧开口，这样便使空气分离器内的再循环流能够与轴向主流平稳地会合在一起，而不管可调倾角处于什么角度。

Description

本发明涉及一种定子叶片可调倾角式轴流风机，它具有可调倾角式进口导叶。

为了获得较宽的风量供给范围和较宽的轴流风机压力，到目前为止，人们采用可调转子叶片倾角机构或采用可调定子叶片可调倾角式风机具有较宽的工作范围，并且也可在较宽的范围内以高效率运行。另一方面，转子叶片可调倾角式风机由于其转毂上需要复杂的机构，所以较为昂贵。定子叶片可调倾角式风机成本较低，但它只在较窄的范围能以高效率运行。

现在参照图13描述传统上可归类于定子叶片可调倾角式的、且具有进口导叶（IGV）的可调倾角式风机。

参照图13，标号1代表进口导叶，2代表转子叶片，3代表出口导叶，4代表转毂，在它的周边固定着多个转子叶片，5代表固定地连接在毂4上的转轴。标号6代表风机外罩，7代表在转子叶片2前部的前内侧圆筒，8代表在转子叶片2后部的后内侧圆筒，9代表进口导叶的支承轴，10代表用于转动进口导叶1的手柄，11代表转轴5的旋转中心线。

由于这种布置，当利用电机（未示出）带动转轴5绕旋转中心线转动时，转毂4与转子叶片2一起旋转，这样，空气以箭头α的方向被送出。操作者（未示出）可绕支承轴9转动手柄10以改变进口导叶1的叶片角度，从而改变风量。

图14表示进口导叶1的定位角△θ_IGV。当进口导叶与轴向（图14中实线所示的方向）平行时，进口导叶1的定位角△θ_IGV为0°。当进口导叶片处于点划线13所示的位置时，定位角以加号（+）表示出;当进口导叶处于点划线14所示的位置时，定位角以减号（-）表示出。

图15表示上述风机的特性曲线。在图15中，纵坐标代表压力增量△P，横坐标代表风量Q。由在△θ_IGV为定值的状态下画出的实线表示特性曲线族限定在一定的范围，该范围就提供了风机的工作范围。正是各特性曲线的气流分离点限制了工作范围。虚线16是连接各气流分离点的直线。风机的工作曲线通常用点划线表示。在离开喘振线16和工作线17交点18处的小风量侧，空气就不能稳定地输送。为了扩大工作范围，必须将喘振线16移动到小风量侧。

下面将参照图16对安装在轴流风机内的空气分离器进行描述。在图16中，标号19代表一个空气分离器，该空气分离器安装在风机叶罩6的突起的部分内，该突起部分在转子叶片2前缘的上游侧。标号20代表一导流叶片，21代表一个环。环固定在导流叶片20上，用于将空气分离器19与主流部分分开。在图16中，标号22代表转子叶片顶部开口，23代表上游侧开口。

当轴流风机在工作期间接近于气流分离状态时，在转子叶片2的顶部出现一小气流分离区。该气流分离区气流被吸入到转子叶片顶部开口22中。当空气通过导流叶片20时，消除了吸入空气中的旋转运动，吸入的空气沿轴向被导直并通过上游侧开口23返回到主流中，因此，就形成了再循环流24（一个再循环流通路）。该再循环流与主流的结合延缓了气流分离。如果没有使用空气分离器，那么在转子叶片2的顶部出现的气流分离区就会如图17中的实线所示的那样逐渐增大，这就加速了气流分离。图17中的虚线27表示了将在下文描述的本发明风机的特性曲线。

虽然上文描述的传统的定子叶片可调倾角式轴流风机结构简单，价格低廉，但是却有只在较窄范围内风机才能以高效率运行的缺点。为了扩大轴流风机的工作范围，可以采用一个用来改变转子叶片倾角的机构。然而，这种方法使得转毂内的机构过于复杂，这会导致风机制造成本的增加。

因此，本发明的主要目的是提供一种改进的轴流风机，它采用可调倾角式进口导叶（归类于价格低廉的定子叶片可调倾角式风机）和一个空气分离器。

换句话说，本发明的目的是提供一种轴流风机，该风机成本较低，并且能较宽的范围内使风机以高效率运行。

为了实现上述目的，具有可调倾角式进口导叶的本发明的轴流风机包括一个空气分离器，该空气分离器有位于转子叶片前缘上游侧的环状向外突起的外壳部分，该空气分离器中沿圆周方向设置了多个导直叶片，以形成一个再循环流动通路，位于可调倾角式进口导叶的上游侧，或在对应于可调倾角式进口导叶前半部上游侧的外壳部分设有一上游开口。

图1（a）是本发明轴流风机一个实施例的主要部分的剖视图;

图1（b）是本发明轴流风机另一个实施例的主要部分的剖视图;

图2是沿图1（a）的A-A线上的平面取的剖视图;

图3是沿图1（a）的B-B线上的平面取的剖视图;

图4是表示本发明轴流风机特性曲线的曲线图;

图5是轴流风机主要部分的剖视图，其中在可调倾角式进口导叶和转子叶片之间设置了一个空气分离器;

图6是沿图5的C-C线上的平面取的剖视图，进口导叶定位角△θ_IGV＝0°。

图7是沿图5的C-C线上的平面取的剖视图，定位角△θ_IGV＞0°;

图8是沿图5的C-C线上的平面取的剖视图，定位角△θ_IGV＜0°;

图9（a）和图9（b）是本发明轴流风机的另一个实施例的主要部分的剖视图;

图10（a）是沿图1（a）的D-D线上的平面取的剖视图;

图10（b）是沿图10（a）的E-E线上的平面取的剖视图;

图11（a）是沿图1（b）的F-F线上的平面取的剖视图;

图11（b）是沿图11（a）的G-G线上的平面取的剖视图;

图12（a）是另一实施例沿图10（a）的F-F线上的平面取的剖视图;

图12（b）是沿图12（a）的H-H线上的平面取的剖视图;

图13是具有可调倾角式进口导叶的传统轴流风机的剖视图;

图14是沿较13的J-J线上的平面取的剖视图;

图15是表示图13传统轴流风机特性曲线的曲线图;

图16是具有一个空气分离器的传统轴流风机的局部剖视图;

图17是表示具有一个空气分离器的传统轴流风机特性曲线的曲线图。

下面将参照附图详细描述本发明的实施例。

图1（a）、2和3表示本发明的一个实施例，图1（b）表示本发明的另一实施例。在这些图中，标号31代表进口导叶，32代表转子叶片，33代表风机外罩，34代表空气分离器，35代表曲线状的导直叶片，36代表一个环，在环上垂直固定有多个导直叶片35，37代表转子叶片顶部开口，38代表上游侧开口，39代表再循环流。

空气分离器34是位于转子叶片32前缘上游侧上风机外罩32的一部分上的环状突起。在空气分离器34中，曲线状的导直叶片35设置在靠近转子叶片顶部开口37的地方，这就形成一个能产生再循环流39的再循环流通路。

环36固定在导直叶片35上并与风机外罩33同轴设置，环36具有与风机外罩33相同的内径。在图1（a）表示的实施例中，导直叶片35的后端与环36的后端重叠，而且导直叶片35在圆筒横截面上基本上是环形的。

进口导叶31由穿过空气分离器和环36的进口导叶支承轴40支承，并且该多个进口导叶是沿圆周方向设置的。

手柄41设置在进口导叶支承轴40伸出风机外罩33的部分上，此结构能使操作者在操纵手柄41时可改变进口导叶31的转动角度。

下面我们将描述进口导叶31、环36和上游侧开口38之间的关系，这是本发明的一个特征。

环36以转子叶片32的前缘延伸到上游侧，所以上游侧开口38就位于进口导叶31的上游侧。在进口导叶31的下游侧，固定在旋转轴42的转毂43的周边上设置了许多转子叶片32。在进口导叶31的内侧，设置了一个前部内圈圆筒44。

由于这种布置，在轴流风机运行期间，转子叶片32的顶部出现小的流体气流分离，气流分离的流体以跟转子叶片32相同的方向作旋转运动，该气流分离的流体被强迫进入转子叶片顶部开口37。靠导直叶片35消除了这种旋转运动，于是已返回到轴向方向的再循环流39又通过上游侧开口回流到主流部分中去，并平稳地与主流部分中的轴向流45相结合。这样就引起了气流分离的延迟，使我们获得了一个具有较宽工作范围的轴流风机。

在这种情况下，最重要的是循环流与主流平稳地会合在一起。如果再循环流不能与主流平稳地会合，那么在主流中就会出现紊流，于是就会在较早阶段发生气流分离。如果空气分离器的上游侧开口38定位于可调倾角式进口导叶的下游侧，轴向的再循环流39与已经开始旋转运动的主流会合，于是在主流中产生紊流，这就容易引起气流分离。在这种情况下，只有在△θ_IGV等于或接近于0时才不会产生紊流但当｜△θ_IGV｜≠0°时则会产生紊流。

下面将参照图5到图8更详细地描述本发明的特征。

如图5所示，空气分离器34在轴向位于排列的进口导叶31和转子叶片32之间。沿图5的C-C线横截面上的气流显示在图6至图8中。在这些图中，在进口导叶31的下游的主流46用实线表示，而空气分离器34的气流47用虚线表示。空气分离器34中的气流47被沿轴向引导，并且气流47只在△θ_IGV＝0°时（如图6所示）才平稳地在进口导叶的下游与气流46相会合。在其它情况下，气流46的方向不与气流47的方向相一致，这会产生紊流，并且会引起气体较早出现气流分离，如图7（△θ_IGV＞0°）和图8（△θ_IGV＜0°）所示。因此，进口导叶倾角的变化几乎不起作用，除非在△θ_IGV等于或接近于0°才有作用。

为了克服这种缺陷，即为了在进口导叶处于任意倾角时使气流都能适当会合，空气分离器34的上游开口38必须定位于总是产生主流的进口导叶的上游侧。

由于这种布置，空气分离器34中的主流46和气流47总是沿轴向被引导，并且不管进口导叶31的方向如何，它们互相平稳地会合如图3所示。

在图4中，这种改进措施使喘振线48大致移到小空气量侧的喘振线49处，这样，相对于工作线50来说，该风机在空气量的整个工作范围内可以有足够余量运行。

图1（b）、11（a）和11（b）表示本发明的另一实施例。表示在图1（b）的实施例中，导流叶片35的后端延伸并超过环36的后端，一直延伸到靠近转子叶片的前缘的风扇外罩33的端面处。此外，导流叶片35在径向平面上看基本上为环形，这样，它就能从转子叶片顶部吸引气流。因此，气流的导直是利用沿轴向转变吸引的气流来进行的。

图12（a）和12（b）显示出另一个与图11（a）和11（b）所示相同原理的实施例。在该实施例中，导直叶片35在沿图1（b）F-F线的横截面上是直线的。在该实施例中导直叶片35的作用类似于上述实施例。

图9（a）和9（b）显示了本发明的另一些实施例。在这些实施例中，进口导叶31、环36和上游侧开口38之间的位置关系是这样的：上游侧开口38位于进口导叶31前半部的上游侧。环36在上游侧被缩短，而在其下游侧延伸到进口导叶31的下游部分。

上面参照图9、11和12描述的实施例也与图1（a）显示的实施例具有相同的作用。

在本发明的实施例中，甚至在进口导叶31的倾角（叶片角度）定位于任何角度时，在转子叶片的顶部会出现较小气流分离区，该气流分离区有与转子叶片机同方向的旋转运动，使气流分离区被吸入转子叶片顶部开口。利用导流叶片20就消除了吸入空气的旋转运动，并且吸入的空气沿轴向被导直，然后通过上游侧开口返回到主流中，并与轴向主流平稳地会合在一起。这个过程延迟了气流分离，使我们能得到一个在可调倾角式进口导叶的任何倾角都具有较宽工作范围的轴流风机。

所以，本发明的轴流风机具有成本低、效率高和工作范围广这些很重要的优点。

本发明不局限于上述实施例，所有不脱离本发明精神和范围下的变换和改进都应确定为包含在本发明的范围内。

Claims

1、一种具有可调倾角式进口导叶的轴流风机，它包括：

一个空气分离器，它具有一个位于转子叶片前缘上游侧的向外突起的环状外壳部分，在该空气分离器内沿圆周方向设置了多个导直叶片，以形成一再循环通路，

一个上游侧开口，它位于可调倾角式进口导叶的上游侧，或位于对应于可调倾角式进口导叶前半部上游侧的外壳部分。

2、按照权利要求1的轴流风机，其特征在于一个具有与所述外壳相同内径的环与所述外壳同轴设置，所述环上固定有导直叶片，在环内可旋转地装有所述进口导叶。

3、按照权利要求1或2的轴流风机，其特征在于所述导直叶片是环形或直线形的。

4、按照权利要求2或3的轴流风机，其特征在于所述导直叶片的后端与所述环的后端重叠。

5、按照权利要求2或3的轴流风机，其特征在于所述导直叶片的后端延伸并超过所述环的后端，一直延伸到靠近所述转子叶片前缘的所述外壳的端面处。

6、按照权利要求1至5中的任何一个权利要求的轴流风机，其特征在于形成在所述环的上游侧的所述空气分离器的上游侧开口位于所述进口导叶前半部的上游侧。