CN108843620B - 一种回流器叶片及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种回流器叶片及其设计方法，适用于离心风机。该回流器叶片包括叶片主体和叶片始端，叶片始端前缘设计为一种特定形状，如直线形或曲线形。本发明的回流器叶片要在满足理论设计得到的几何参数的同时，将回流器叶片始端前缘与前、后盘之间的夹角作为设计变量,通过调整设计变量的取值，改变叶片始端形状，使叶片入口角匹配沿叶片宽度方向变化的气流角，减少回流器中叶片入口的冲击损失，改善部分工况下回流器内部的流场，拓宽离心风机的工作范围。本发明的应用可以提高离心风机的效率和设计的合理性。

Description

一种回流器叶片及其设计方法

技术领域

本发明涉及离心风机领域，更具体的说，涉及一种回流器叶片及其设计方法。

背景技术

多级离心风机主要由叶轮、回流器、机壳、和进、出风管组成，连通叶轮和回流器的弯道结构较为简易，致使气流在流经弯道进入回流器时的流场受叶轮出口气流状态的影响较大。由于在回流器入口截面上不同叶片高度位置处的气流角不同，采用现有方法设计的回流器叶片结构，风机在部分高于设计流量工况下运行时，会在回流器后盘出现负冲角，使流场恶化，而在部分低于设计流量的工况下，回流器前盘气流正冲角则会过大，造成较大冲击损失，以上两种情况均会降低风机效率。现有的回流器主要通过采用不等厚度的叶片形式来改善内部流场，这种形式的叶片与等厚叶片相比制造难度增大；或者通过采用弧形前盘、锥形前盘的方式，改变回流器入口宽度以减小入口气流冲角，这两种形式的前盘与平前盘相比制造难度增大。上述方法均不能解决在回流器入口截面上，气流角沿叶片高度方向变化的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种回流器叶片及其设计方法，适应回流器入口气流角的变化，增大回流器入口气流角的范围和离心风机的运行工况范围。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种回流器叶片，包括叶片主体、叶片始端和叶片主体尾缘，回流器叶片用于安装在回流器前盘与回流器后盘之间，其特征在于叶片始端的前缘与回流器前盘的夹角为α₁，叶片始端的前缘与回流器前盘的夹角α₂，且α₁≠90°，α₂≠90°。

进一步的，叶片主体、叶片始端和叶片主体尾缘为一体成型结构。

进一步的，所述叶片主体的整体形状为圆弧形。

进一步的，所述叶片始端的前缘为直线形前缘或曲线形前缘，所述曲线形为向外凸出即远离回流器中心方向凸出的曲线。

进一步的，所述曲线形前缘与回流器前盘的夹角α₁，即是它们相交处的曲线切线与回流器前盘的夹角；曲线形前缘与回流器后盘的夹角α₂，即是它们相交处的曲线切线与回流器后盘的夹角。

进一步的，作为一种实施例，直线形前缘与回流器前盘的夹角α₁大于90°(如图1a中的曲线a)。

进一步的，作为一种实施例，α₁、α₂均小于90°(如图1b中的曲线b)。

进一步的，作为一种实施例，α₁大于90°，α₂小于90°(如图1c中的曲线c)。

本发明提供的一种回流器叶片的设计方法中，为满足多级离心风机的性能需求，回流器的设计通常按照流动损失最小的原则进行设计，而回流器入口冲击损失是回流器流动损失的重要组成部分，本发明通过调整回流器叶片始端前缘的形状，以及叶片始端前缘与回流器前、后盘之间夹角α₁、α₂的大小，来调整叶片始端前缘气流角的分布。

当回流器入口气流角沿叶片高度方向的增大趋势呈线性时，叶片始端的前缘采用直线形，以叶片始端的前缘与回流器前盘的夹角α₁为调节变量，增大α₁的值能使叶片入口角由前盘向后盘逐渐增大，进而调整叶片始端的前缘气流角分布，根据回流器入口气流特性，回流器后盘处的叶片始端前缘切向速度c_3u减小，径向速度c'_3m也减小，气流角基本保持由回流器前盘向后盘逐渐增大的趋势，回流器的直线形叶片始端前缘使得叶片入口角由回流器前盘向回流器后盘逐渐增大，更好的匹配了气流角在叶片高度方向的不一致性；

当回流器叶片入口气流角的增大趋势呈非线性时，将叶片始端前缘的形状设计为曲线即弧线形，叶片始端前缘与回流器前盘的夹角α₁大于90°，叶片始端前缘与回流器后盘的夹角α₂小于90°，更好的匹配这种非线性变化趋势，在该角度范围内调整曲线的形状，进而调整叶片始端前缘气流角的分布；

当回流器叶片入口气流角的变化趋势为先减小后增大时，将叶片始端前缘的形状设计为曲线即弧线形，且调整夹角α₁、α₂均为小于90°的值，使叶片入口角先减小后增大，以匹配气流角的变化，在该角度范围内调整曲线的形状，进而调整叶片始端前缘气流角的分布。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明回流器叶片在回流器叶片结构参数满足理论设计的同时，通过对始端前缘进行设计，使同一回流器叶片在不同叶片高度位置处的入口角不同，更好的匹配不同叶片高度位置处的入口气流角，从而明显增大回流器入口气流角的变化范围，减小回流器入口的冲击损失，扩大离心风机的运行工况范围。同时，本发明提供了三种不同形状的叶片始端前缘，只要在满足前述限定的夹角α₁、α₂的范围内，均能优于现有技术中回流器叶片的工作效果。

附图说明

图1a、图1b、图1c是本发明实施例的离心风机叶片始端形状及位置示意图；

图2是本发明实施例的带直线形叶片始端的回流器结构图；

图3是本发明实施例的离心风机流道结构示意图；

图4是本发明实施例的回流器入口速度三角形示意图；

图5a是本发明实施例的回流器入口截面气流沿叶片高度方向速度示意图；

图5b是本发明实施例的直线形回流器叶片始端前缘沿叶片高度方向的速度示意图；

图6a、图6b是本发明实施例的弧线形回流器叶片始端前缘沿叶片高度方向的速度示意图。

图中1.叶片主体，2.叶片始端，3.回流器前盘，4.回流器后盘，5.叶片主体尾缘，11.第一级叶轮，12.机壳，13.回流器，14.第二级叶轮，15.弯道。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。

实施例1

本实例提供一种回流器叶片及设计方法，以适应回流器入口气流角的变化，增大回流器入口气流角的范围和离心风机的运行工况范围。

现有离心风机包括第一级叶轮11、第二级叶轮14、机壳12和回流器13，第一级叶轮11与所述机壳12和所述回流器13形成弯道15。第一级叶轮11流出的气体经弯道15和回流器13进入第二级叶轮14，最后通过蜗壳排出。

如图1a～图1c，一种回流器叶片，包括叶片主体1、叶片始端2和叶片主体尾缘5，叶片主体1、叶片始端2和叶片主体尾缘5为一体成型结构。回流器叶片用于安装在回流器前盘3与回流器后盘4之间。本发明的叶片始端2的前缘与回流器前盘3的夹角为α₁，叶片始端的前缘与回流器前盘4的夹角α₂，且α₁≠90°，α₂≠90°。

在对回流器叶片的设计过程中，根据理论设计得到叶片结构几何参数之后，根据数值计算的结果，调整设计参数的取值，可显著改善回流器内部流畅，获得更高的风机性能。

本发明研究得出，离心风机在设计工况点运行时，由于叶轮的旋转作用，使流出的气体做螺旋运动，然后经弯道进入回流器。进入回流器之前的气流绝对速度w'₃由径向分速度c'_3m和切向分速度c_3u合成，w'₃与切向速度c_3u的夹角β'₃为气体进入回流器之前的气流角。忽略摩擦的影响，回流器叶片的宽度减小了流道截面面积，使得气体进入回流器之后的径向分速度c_3m增大，而切向速度c_3u保持不变，进入回流器之后的气流角β₃变大。实际气体在风机内部的流动过程中，受摩擦及离心力等因素的影响，气流在流经弯道15后其径向分速度c'_3m和切向分速度c_3u均发生不同程度的改变，使得在回流器入口叶片高度方向x上不同位置处的气流角β'₃不相等。此外，回流器入口气流受到第一级叶轮11射流尾迹现象的影响，使得回流器前盘的切向速度c_3u比后盘大，进而造成回流器前盘气流角小于回流器后盘的气流角。

本发明研究得出，当采用现有回流器叶片时，即回流器叶片前缘形状为直线，且α₁＝α₂＝90°，回流器入口气流角沿叶片高度方向的变化趋势，即回流器叶片前缘气流角分布如图5a(x为叶轮高度方向，y为回流器轮盘切线方向，z为回流器轮盘径向，o为叶片始端前缘与回流器前盘连接处)所示。若回流器叶片入口角按平均气流角设计，那么在高于设计流量的工况下运行时，回流器后盘就会出现负冲角，使流场恶化，降低风机效率；若采用最大气流角设计，那么在低于设计流量的部分工况下，回流器前盘气流正冲角则会过大，造成较大冲击损失，同时降低风机效率。

如图1a，当采用本发明的直线形叶片始端前缘a的回流器叶片时，以叶片始端前缘与回流器前盘的夹角α₁为调节变量，增大α₁的值可使叶片入口角由回流器前盘向后盘逐渐增大，调整后的叶片始端前缘气流角分布图如图5b所示。根据回流器入口气流特性，回流器后盘处叶片始端前缘切向速度c_3u减小，径向速度c'_3m也减小，气流角基本保持有回流器前盘向后盘逐渐增大的趋势，回流器直线形叶片始端前缘a使得叶片入口角由前盘向后盘逐渐增大，更好的匹配了气流角在叶片高度方向的不一致性，增大了风机的运行工况范围。

实施例2

当实施例1中所述的回流器叶片入口气流角的增大趋势呈非线性时，将叶片始端前缘的形状设计为弧线形，叶片始端前缘与回流器前盘的夹角α₁仍大于90°，叶片始端前缘与回流器后盘的夹角α₂仍小于90°，可以更好的匹配这种非线性变化趋势，调整后的叶片前缘气流角的分布图如图6a所示。

实施例3

当实施例1中所示的回流器叶片入口气流角的变化趋势为先减小后增大时，将实施例2中所述的叶片始端前缘与回流器前、后盘的夹角α₁、α₂均调整为小于90°的值，使叶片入口角先减小后增大，以匹配气流角的变化，调整后的叶片始端前缘气流角的分布图如图6a所示。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种回流器叶片的设计方法，其特征在于：

当回流器入口气流角沿叶片高度方向的增大趋势呈线性时，叶片始端(2)的前缘采用直线形，以叶片始端(2)的前缘与回流器前盘的夹角α₁为调节变量，增大α₁使叶片入口角由前盘向后盘逐渐增大，进而调整叶片始端(2)的前缘的气流角分布，根据回流器入口气流特性，回流器后盘处的叶片始端(2)前缘切向速度c_3u减小，径向速度c'_3m也减小，气流角保持由回流器前盘向后盘逐渐增大的趋势，回流器的直线形叶片始端前缘使得叶片入口角由回流器前盘向回流器后盘逐渐增大，更好的匹配了气流角在叶片高度方向的不一致性，增大风机的运行工况范围；

当回流器叶片入口气流角的增大趋势呈非线性时，将叶片始端前缘的形状设计为曲线即弧线形，叶片始端前缘与回流器前盘的夹角α₁大于90°，叶片始端前缘与回流器后盘的夹角α₂小于90°，更好的匹配这种非线性变化趋势，在夹角α₁大于90°、α₂小于90°的角度范围内调整曲线的形状，进而调整叶片始端前缘气流角的分布；

当回流器叶片入口气流角的变化趋势为先减小后增大时，将叶片始端前缘的形状设计为曲线即弧线形，且调整夹角α₁、α₂均为小于90°的值，使叶片入口角先减小后增大，以匹配气流角的变化，在该角度范围内调整曲线的形状，进而调整叶片始端前缘气流角的分布。

2.权利要求1所述设计方法得到的一种回流器叶片，包括叶片主体(1)和叶片始端(2)，回流器叶片安装在回流器前盘(3)与回流器后盘(4)之间，其特征在于叶片始端(2)的前缘与回流器前盘(3)的夹角为α₁，叶片始端的前缘与回流器后盘(4)的夹角α₂，且α₁≠90°，α₂≠90°。

3.根据权利要求2所述的一种回流器叶片，其特征在于叶片主体(1)和叶片始端(2)为一体成型结构，所述叶片始端(2)位于回流器入口端。

4.根据权利要求2所述的一种回流器叶片，其特征在于，所述叶片主体(1)的整体形状为圆弧形。

5.根据权利要求2所述的一种回流器叶片，其特征在于，所述叶片始端(2)的前缘为直线形前缘或曲线形前缘，所述曲线形为向外凸出即远离回流器中心方向凸出的曲线。

6.根据权利要求5所述的一种回流器叶片，其特征在于，直线形前缘与回流器前盘的夹角α₁大于90°。

7.根据权利要求5所述的一种回流器叶片，其特征在于，所述曲线形前缘与回流器前盘(3)的夹角α₁，即是它们相交处的曲线切线与回流器前盘(3)的夹角；曲线形前缘与回流器后盘(4)的夹角α₂，即是它们相交处的曲线切线与回流器后盘(4)的夹角。

8.根据权利要求5所述的一种回流器叶片，其特征在于，α₁、α₂均小于90°。

9.根据权利要求5所述的一种回流器叶片，其特征在于，α₁大于90°，α₂小于90°。