CN108240344B - 一种两级斜流风机 - Google Patents

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Abstract

一种两级斜流风机，属于斜流风机类机械装置，解决现有斜流风机所存在的比转速、全压效率不高的的问题，应用于无叶风扇和管道式风机。本发明包括外壳体、前内管、前导流叶片、前电机、后内管、后导流叶片和后电机，前电机、前旋转轴、前轮毂、前叶片和前导流叶片构成第一级斜流风机，后电机、后旋转轴、后轮毂、后叶片和后导流叶片构成第二级斜流风机。前、后叶片为弯扭叶片，能有效提高风机的效率，叶片后缘具有沿叶片展向分布的三角形锯齿，可以降低风机的噪声水平。本发明能更进一步提升风压，能够应用于无法采用离心风机的管式结构中，可以克服管道沿程阻力，送出气流，既能弥补轴流风机压升不够的缺点，比起离心风机在风量上也有明显优势。

Description

一种两级斜流风机
技术领域
本发明属于斜流风机类机械装置，主要应用于无叶风扇和管道式风机。
背景技术
风机作为通风设备，是一种广泛应用的提升气体压力并排送气体的具有代表性的机械装置。风机通常包括壳体及其内的叶轮，叶轮为旋转组件，由多个叶片固定于轮毂上构成，叶片在流体中起作用，大多数风机由电机驱动。
目前市场上通用的通风机以轴流式风机和离心式风机为主，轴流式风机具有迫使空气平行于叶片旋转的轴移动的叶片，它风量大，但是风压不足；离心式风机以与风扇的进气口成直角的方向吹送空气，并将空气向外旋转到出口，它风压高，但是风量不足，加之外形的限制导致不能应用于某些结构中。
斜流式风机让空气既做离心运动又做轴向运动，流体速度的径向分量与轴向分量是同量级的,产生的气流模式类似于轴向和离心模式的组合，风压系数比轴流风机高，流量系数比离心风机大，同时工况区宽广，适用于风压和流量都适中的场合；但现有斜流风机存在比转速、全压效率不高的问题。
为便于理解本发明，以下对有关术语加以说明：
翼型：在空气动力学中，翼型通常理解为叶片的二维剖面，一般翼型前端圆滑，后端成尖角形。
翼型中线：在翼型的上下两面之间作一系列内切圆，这些内切圆的中心形成的轨迹称为翼型的中线。
叶片后缘：翼型后尖点称为叶片后缘。
叶片前缘：与叶片后缘相对，翼型上距叶片后缘最远的点称为叶片前缘。
叶根：叶片与轮毂相接触的部分称为叶根。
叶顶：叶片远离轮毂的一侧称为叶顶。
进口角：过翼型前缘点处翼型中线的切线与叶片旋转方向的夹角。
出口角：过翼型后缘点处翼型中线的切线与叶片旋转方向的夹角。
安装角：翼型前后缘的连线与叶片旋转方向的夹角。
发明内容
本发明提供一种两级斜流风机，解决现有斜流风机所存在的比转速、全压效率不高的的问题，以填补风机领域在中等风压和流量风机制造上的空白，可以用于管道加压和送、排风。
本发明所提供的一种两级斜流风机，包括外壳体、前内管、前导流叶片、前电机、后内管、后导流叶片和后电机，其特征在于：
所述外壳体为空心旋转体，其前端形成开放的进气口、后端形成开放的出气口；
所述前内管为空心旋转体，通过环绕其外侧面均匀分布的多片前导流叶片30固定于所述外壳体前部的内壁，前电机通过前支撑件固定于前内管内，通过电机轴驱动前旋转轴，前旋转轴的前端连接前轮毂，前轮毂为圆台形，环绕其侧面固定有多片均匀分布的前叶片，构成斜流式前叶轮；
所述后内管为空心旋转体，通过环绕其外侧面均匀分布的多片后导流叶片固定于所述外壳体后部的内壁，后电机通过后支撑件固定于后内管内，通过电机轴驱动后旋转轴，后内管的后端面由近似球面的盖板封闭；后旋转轴的前端连接后轮毂，后轮毂为圆台形，环绕其侧面固定有多片均匀分布的后叶片，构成斜流式后叶轮；
所述前内管、前旋转轴、前轮毂以及后内管、后旋转轴和后轮毂的中轴线均与所述外壳体的中轴线重合；
所述前电机、前旋转轴、前轮毂、前叶片和前导流叶片构成第一级斜流风机，所述后电机、后旋转轴、后轮毂、后叶片和后导流叶片构成第二级斜流风机。
所述的两级斜流风机，其进一步特征在于：
所述外壳体由多段壁面拼接而成，自前而后包括入口段、外一段、外二段、外三段、外四段、外五段，各段之间依次拼接；所述入口段为空心圆柱形，其底端开口成为进气口；外一段为倒置的空心圆台形、以与斜流式前叶轮的外轮廓相适应；外二段为空心圆柱形，其外径与外一段的最大外径相同；外三段为母线是曲线的近似空心圆台形，作为平滑过渡段，其底端外径与外二段相同，顶端外径与外四段的最小外径相同；所述外四段的形状尺寸与外一段相同、以与斜流式后叶轮的外轮廓相适应，外五段的形状与外二段相同，外五段的顶端开口成为出气口；
所述前内管由多段壁面拼接而成，自前而后包括前一段、前二段、前三段；所述前一段为近似的空心圆柱形，其朝向进气口的一端能够与前轮毂相适应；前二段为母线是曲线的近似空心圆台形，作为平滑过渡段，其底端外径与前一段相同，顶端外径与前三段相同；前三段为空心圆柱形，其外径减小至能够伸入斜流式后叶轮的后叶片之间，且不妨碍斜流式后叶轮正常旋转；
所述后内管由多段壁面拼接而成，自前而后包括后一段和盖板，后一段的形状尺寸与前一段相同，后一段的顶端开口由近似球面的盖板封闭；
所述前内管的前一段通过环绕其外侧面均匀分布的多片前导流叶片固定于外壳体的外二段内壁，前内管的前二段、前三段和外壳体的外三段之间环形通道让气流能够经过前导流叶片平稳进入到斜流式后叶轮的进口，减小压力损失。
所述前叶片可以为弯扭叶片，从叶片前缘到叶片后缘沿前轮毂面呈扭曲分布，叶片前缘与叶片后缘均朝向气流入口方向前向倾斜；叶片顶部与叶片根部在前轮毂面上的投影呈X型相交；
所述后叶片可以为弯扭叶片，从叶片前缘到叶片后缘沿后轮毂面呈扭曲分布，叶片前缘与叶片后缘均朝向气流入口方向前向倾斜；叶片顶部与叶片根部在后轮毂面上的投影呈X型相交。
所述前叶片和后叶片的叶片后缘，可以具有均匀分布的2～5个三角形锯齿，锯齿的宽度与高度之比为0.5～1。
所述的两级斜流风机，其更进一步特征在于：
所述前导流叶片和后导流叶片的形状相同，均为弯曲矩形，叶根连接前内管或后内管，叶顶与外壳体连接，叶片前缘和叶片后缘均与外壳体10的中轴线垂直。
本发明在外壳体内，串联设置两级斜流风机，当前后电机启动后，气流从进气口由第一级斜流风机斜流式前叶轮吸入，流经前导流叶片、第二级斜流风机斜流式后叶轮和后导流叶片，由出气口排出。
前、后叶片为弯扭叶片，能有效提高风机的效率，叶片后缘具有沿叶片展向分布的三角形锯齿，可以降低风机的噪声水平。根据数值实验的结果有尾缘锯齿的叶片相比没有采用尾缘锯齿的叶片整体噪声水平低0.5dB左右。
本发明能更进一步提升风压，能够应用于无法采用离心风机的管式结构中，可以克服管道沿程阻力，送出气流，既能弥补轴流风机压升不够的缺点，比起离心风机在风量上也有明显优势。
附图说明
图1为本发明的纵剖面示意图；
图2为外壳体、前内管和后内管的剖视图；
图3为后叶轮的立体示意图；
图4为后叶轮的俯视图；
图5为后导流叶片的装配示意图，其中外壳体被移除，以便能看清内部结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明包括外壳体10、前内管20、前导流叶片30、前电机40、后内管50、后导流叶片60和后电机70；
所述外壳体10为空心旋转体，其前端形成开放的进气口、后端形成开放的出气口；
所述前内管20为空心旋转体，通过环绕其外侧面均匀分布的多片前导流叶片30固定于所述外壳体10前部的内壁，前电机40通过前支撑件41固定于前内管20内，通过电机轴驱动前旋转轴42，前旋转轴42的前端连接前轮毂43，前轮毂43为圆台形，环绕其侧面固定有多片均匀分布的前叶片44，构成斜流式前叶轮；
所述后内管50为空心旋转体，通过环绕其外侧面均匀分布的多片后导流叶片60固定于所述外壳体10后部的内壁，后电机70通过后支撑件71固定于后内管50内，通过电机轴驱动后旋转轴72，后内管50的后端面由近似球面的盖板53封闭；后旋转轴72的前端连接后轮毂73，后轮毂73为圆台形，环绕其侧面固定有多片均匀分布的后叶片74，构成斜流式后叶轮；
所述前内管20、前旋转轴42、前轮毂43以及后内管50、后旋转轴72和后轮毂73的中轴线均与所述外壳体10的中轴线重合；
所述前电机40、前旋转轴42、前轮毂43、前叶片44和前导流叶片30构成第一级斜流风机，所述后电机70、后旋转轴72、后轮毂73、后叶片74和后导流叶片60构成第二级斜流风机。
如图2所示，所述外壳体10可以由多段壁面拼接而成，自前而后包括入口段11、外一段12、外二段13、外三段14、外四段15、外五段16，各段之间依次拼接；所述入口段11为空心圆柱形，其底端开口成为进气口；外一段12为倒置的空心圆台形、以与斜流式前叶轮的外轮廓相适应；外二段13为空心圆柱形，其外径与外一段12的最大外径相同；外三段14为母线是曲线的近似空心圆台形，作为平滑过渡段，其底端外径与外二段13相同，顶端外径与外四段15的最小外径相同；所述外四段15的形状尺寸与外一段12相同、以与斜流式后叶轮的外轮廓相适应，外五段16的形状与外二段13相同，外五段16的顶端开口成为出气口；
所述前内管20可以由多段壁面拼接而成，自前而后包括前一段21、前二段22、前三段23；所述前一段21为近似的空心圆柱形，其朝向进气口7的一端能够与前轮毂43相适应；前二段22为母线是曲线的近似空心圆台形，作为平滑过渡段，其底端外径与前一段21相同，顶端外径与前三段23相同；前三段23为空心圆柱形，其外径减小至能够伸入斜流式后叶轮的后叶片74之间，且不妨碍斜流式后叶轮正常旋转；
所述后内管50可以由多段壁面拼接而成，自前而后包括后一段51和盖板53，后一段51的形状尺寸与前一段21相同，后一段51的顶端开口由近似球面的盖板53封闭；
所述前内管20的前一段21通过环绕其外侧面均匀分布的多片前导流叶片30固定于外壳体10的外二段13内壁，前内管20的前二段22、前三段23和外壳体10的外三段14之间环形通道让气流能够经过前导流叶片30平稳进入到斜流式后叶轮的进口，减小压力损失。
所述后叶片74为弯扭叶片，从叶片前缘到叶片后缘沿后轮毂面呈扭曲分布，叶片前缘与叶片后缘均朝向气流入口方向前向倾斜；叶片顶部与叶片根部在后轮毂面上的投影呈X型相交。如图3、图4所示，后叶片74为10片，均匀分布在后轮毂73上，后叶片平均厚度1.7mm，在后叶片由叶片前缘74A至叶片后缘74B方向上的0.3倍距离处达到最大宽度3mm，向前后两侧厚度递减。叶顶74C长度为75mm，进口角为47°，出口角为27°，叶片安装角为37°；叶根74D长度为55mm，进口角为59°，出口角为34°，叶片安装角为52°。叶片前缘74A长度为35.4mm，向进口方向前向倾斜，与轴线Z的夹角为43°；叶片后缘74B长度23mm，同样向进口方向前向倾斜，叶片后缘与轴线Z的夹角为62°。
前叶轮与后叶轮大体结构相同，区别在于前叶片44优选地在叶顶处向叶片前缘方向延伸11mm,并使得前缘长度达到41.6mm，这样设计的考虑是使得进口的冲击损失尽可能地减小。
如图3、图4所示，后叶片74的叶片后缘74B采用了锯齿结构，即在叶片后缘74B的展向上具有5个规格相近的三角形锯齿，现定义后叶片74由叶片前缘74A至叶片后缘74B方向为轴向，由叶根74D至叶顶74C方向为径向。锯齿沿径向的宽度L与沿轴向的高度H之比为0.5，此设计可以降低风机的噪声水平。
前导流叶片与后导流叶片60的形状相同，均为弯曲矩形。如图5所示，后导流叶片60为17片，环绕后内管50均匀分布，叶片平均厚度为1mm，在后导流叶片由叶片前缘60A至叶片后缘60B方向上的0.4倍距离处达到最大宽度1.8mm，向前后两侧厚度递减，叶片前缘60A与叶片后缘60B均与轴线Z垂直，叶片前缘长度14.4mm，叶片后缘长度15.2mm；叶顶60C长度29.4mm，进口角为32°，出口角为90°，安装角为36°；叶根60D长度29.7mm，进口角为21°，出口角为90°，安装角为37°。

Claims (4)

1.一种两级斜流风机，包括外壳体(10)、前内管(20)、前导流叶片(30)、前电机(40)、后内管(50)、后导流叶片(60)和后电机(70)，其特征在于：
所述外壳体(10)为空心旋转体，其前端形成开放的进气口、后端形成开放的出气口；
所述前内管(20)为空心旋转体，通过环绕其外侧面均匀分布的多片前导流叶片(30)固定于所述外壳体(10)前部的内壁，前电机(40)通过前支撑件(41)固定于前内管(20)内，通过电机轴驱动前旋转轴(42)，前旋转轴(42)的前端连接前轮毂(43)，前轮毂(43)为圆台形，环绕其侧面固定有多片均匀分布的前叶片(44)，构成斜流式前叶轮；
所述后内管(50)为空心旋转体，通过环绕其外侧面均匀分布的多片后导流叶片(60)固定于所述外壳体(10)后部的内壁，后电机(70)通过后支撑件(71)固定于后内管(50)内，通过电机轴驱动后旋转轴(72)，后内管(50)的后端面由近似球面的盖板(53)封闭；后旋转轴(72)的前端连接后轮毂(73)，后轮毂(73)为圆台形，环绕其侧面固定有多片均匀分布的后叶片(74)，构成斜流式后叶轮；
所述前内管(20)、前旋转轴(42)、前轮毂(43)以及后内管(50)、后旋转轴(72)和后轮毂(73)的中轴线均与所述外壳体(10)的中轴线重合；
所述前电机(40)、前旋转轴(42)、前轮毂(43)、前叶片(44)和前导流叶片(30)构成第一级斜流风机，所述后电机(70)、后旋转轴(72)、后轮毂(73)、后叶片(74)和后导流叶片(60)构成第二级斜流风机；
所述外壳体(10)由多段壁面拼接而成，自前而后包括入口段(11)、外一段(12)、外二段(13)、外三段(14)、外四段(15)、外五段(16)，各段之间依次拼接；所述入口段(11)为空心圆柱形，其底端开口成为进气口；外一段(12)为倒置的空心圆台形、以与斜流式前叶轮的外轮廓相适应；外二段(13)为空心圆柱形，其外径与外一段(12)的最大外径相同；外三段(14)为母线是曲线的近似空心圆台形，作为平滑过渡段，其底端外径与外二段(13)相同，顶端外径与外四段(15)的最小外径相同；所述外四段(15)的形状尺寸与外一段(12)相同、以与斜流式后叶轮的外轮廓相适应，外五段(16)的形状与外二段(13)相同，外五段(16)的顶端开口成为出气口；
所述前内管(20)由多段壁面拼接而成，自前而后包括前一段(21)、前二段(22)、前三段(23)；所述前一段(21)为近似的空心圆柱形，其朝向进气口(7)的一端能够与前轮毂(43)相适应；前二段(22)为母线是曲线的近似空心圆台形，作为平滑过渡段，其底端外径与前一段(21)相同，顶端外径与前三段(23)相同；前三段(23)为空心圆柱形，其外径减小至能够伸入斜流式后叶轮的后叶片(74)之间，且不妨碍斜流式后叶轮正常旋转；
所述后内管(50)由多段壁面拼接而成，自前而后包括后一段(51)和盖板(53)，后一段(51)的形状尺寸与前一段(21)相同，后一段(51)的顶端开口由近似球面的盖板(53)封闭；
所述前内管(20)的前一段(21)通过环绕其外侧面均匀分布的多片前导流叶片(30)固定于外壳体(10)的外二段(13)内壁，前内管(20)的前二段(22)、前三段(23)和外壳体(10)的外三段(14)之间环形通道让气流能够经过前导流叶片(30)平稳进入到斜流式后叶轮的进口，减小压力损失。
2.如权利要求1所述的两级斜流风机，其特征在于：
所述前叶片(44)为弯扭叶片，从叶片前缘到叶片后缘沿前轮毂面呈扭曲分布，叶片前缘与叶片后缘均朝向气流入口方向前向倾斜；叶片顶部与叶片根部在前轮毂面上的投影呈X型相交；
所述后叶片(74)为弯扭叶片，从叶片前缘到叶片后缘沿后轮毂面呈扭曲分布，叶片前缘与叶片后缘均朝向气流入口方向前向倾斜；叶片顶部与叶片根部在后轮毂面上的投影呈X型相交。
3.如权利要求2所述的两级斜流风机，其特征在于：
所述前叶片和后叶片的叶片后缘，具有均匀分布的2～5个三角形锯齿，锯齿的宽度与高度之比为0.5～1。
4.如权利要求1或2所述的两级斜流风机，其特征在于：
所述前导流叶片(30)和后导流叶片(60)的形状相同，均为弯曲矩形，叶根连接前内管或后内管，叶顶与外壳体连接，叶片前缘和叶片后缘均与外壳体(10)的中轴线垂直。
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