CN108953222B - 一种离心叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心叶轮，用于无蜗壳离心风机，包括轮盖、轮盘，轮盖和轮盘间设有多个叶片组，全部叶片组沿周向均匀分布，叶片组包括长叶片和两片或两片以上的短叶片，叶片组中的全部短叶片均位于长叶片吸力面的一侧，长叶片和全部短叶片的叶型均呈翼型。一个叶片组中设有两个或两个以上的短叶片，通过多个短叶片对长叶片间的气流进行限制，每一个短叶片都能够避免前一级叶片吸力面上产生二次流及吸力面附近的涡流，从而极大地降低了离心叶轮中的二次流及涡流损失，达到提高离心叶轮效率、降低叶轮噪声的目的。

Description

一种离心叶轮

技术领域

本发明涉及流体机械技术领域，特别涉及一种离心叶轮。

背景技术

无蜗壳风机具有风量大、结构简单等优点，广泛应用于风冷器、抽风机以及空调等设备中。无蜗壳风机由于其叶轮外部没有蜗壳，导致叶轮转动过程中效率较低。风机中的功率损失主要来自于分离损失、冲击损失、二次流损失和尾迹损失。

现有技术中在两长叶片之间设置一个短叶片来减少分离损失和二次流损失。叶轮在转动的过程中，气流流道的宽度逐渐增加，气流会因流速降低、压力升高而促使边界层增厚，在边界层后部出现分离，形成分离的旋涡区，造成分离损失，导致叶轮效率降低。另外，叶片吸力面上气流的压力较低、压力面上气流的压力较高，相邻两叶片间的气流会由压力面向吸力面偏移，形成二次流，进而在叶片通道中产生涡流，影响离心风机的效率，增大离心风机的噪声。虽然长叶片间设置短叶轮可以减少长叶片吸力面上方的边界层分离现象和二次流的产生，但短叶片吸力面的上方仍会产生边界层分离和二次流现象，降低叶轮效率，这使得现有技术中无法彻底改变流场分布不均匀的状况。

因此，如何提高离心叶轮的效率是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种离心叶轮，其涡流损失及尾迹损失较小，因而效率较高。

为实现上述目的，本发明提供了一种离心叶轮，用于无蜗壳离心风机，包括轮盖、轮盘，所述轮盖和所述轮盘间设有多个叶片组，全部所述叶片组沿周向均匀分布，所述叶片组包括长叶片和两片或两片以上的短叶片，所述叶片组中的全部所述短叶片均位于所述长叶片吸力面的一侧，所述长叶片和全部所述短叶片的叶型均呈翼型。

优选地，所述叶片组中全部所述短叶片间的圆周距离沿远离所述长叶片的方向依次渐增，相邻两所述叶片组间的圆周距离大于叶片组内任意两相邻的短叶片间的距离。

优选地，所述叶片组中全部所述短叶片的进口安装角沿远离所述长叶片的方向依次渐增、且均大于所述长叶片的进口安装角，全部所述短叶片的出口安装角等于所述长叶片的出口安装角。

优选地，叶片组中全部所述短叶片的尾缘与所述长叶片的尾缘均位于同一圆周上，所述圆周与所述轮盘同心。

优选地，所述叶片组中设有2至5片所述短叶片。

优选地，全部所述短叶片与所述轮盖或所述轮盘固定连接，全部所述短叶片的高度相等、且大于或等于所述长叶片高度的10％。

优选地，所述长叶片叶型包括由前向后依次设置的导流部、迎风部和尾部，三者的表面平滑过渡，所述导流部的前端呈圆弧状，所述导流部的宽度在朝向尾缘的方向上逐渐增加、以使气流均匀分布；所述迎风部的宽度在朝向尾缘的方向上逐渐增加、以推动气流流动；所述尾部的宽度在朝向尾缘的方向上逐渐减小，所述尾部的后端为所述长叶片的尾缘。

优选地，所述短叶片的叶型与所述长叶片的叶型几何相似，全部所述短叶片的尺寸在所述长叶片压力面方向上依次缩小，缩小的比例为10％～85％。

优选地，所述叶片组的数量为3～8组。

本发明所提供的离心叶轮包括轮盖、轮盘，轮盖和轮盘间设有多个沿周向均匀分布的叶片组，叶片组包括长叶片和两片或两片以上的短叶片，叶片组中的全部短叶片均位于长叶片吸力面的一侧，长叶片和全部短叶片的叶型均呈翼型。一个叶片组中设有两个或两个以上的短叶片，即在两长叶片间具有两个或两个以上的短叶片，通过多个短叶片对长叶片间的气流进行限制，每一个短叶片都能够避免前一级叶片吸力面上产生二次流和吸力面附近的涡流，从而极大地降低了离心叶轮中的二次流损失和涡流损失，达到提高离心叶轮效率、降低叶轮噪声的目的。

另外，短叶片均呈翼型更符合流线型设计，气流在接触短叶片的前缘后，沿短叶片绕流，避免了短叶片前缘产生涡流；短叶片的尾缘宽度很薄，气流与短叶片分离后几乎不会产生尾迹，因此，降低了叶轮的尾迹损失，进一步提高了离心叶轮的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的离心叶轮的结构示意图；

图2为离心叶轮的侧视图；

图3为离心叶轮中长叶片和短叶片一种分布方式的示意图；

图4为长叶片和短叶片一种分布方式的截面图。

其中，图1至图4中的附图标记为：

轮盖1、轮盘2、长叶片3、第一短叶片4、第二短叶片5

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图4，图1为本发明所提供的离心叶轮的结构示意图；图2为离心叶轮的侧视图；图3为离心叶轮中长叶片和短叶片一种分布方式的示意图；图4为长叶片和短叶片一种分布方式的截面图。

本发明所提供的种离心叶轮主要用于无蜗壳离心风机，离心叶轮中包括轮盖1、轮盘2以及位于轮盖1和轮盘2间的多个叶片组，叶片组沿轮盘2的周向均匀分布，每个叶片组包括一个长叶片3和两片或两片以上的短叶片，短叶片的作用是使气流在气流流道中均匀分布，这里的气流流道是两相邻的长叶片3间的气体通道。由于边界层分离现象主要发生在气流流道的扩压区，扩压区靠近长叶片3的尾缘，因此短叶片主要分布于气流流道的扩压区，即短叶片在径向上靠近长叶片3的尾缘。用户可以根据需要选择叶轮中叶片组的组数，在一种优选的方案中叶片组数量为3～8组。

另外，由于长叶片3呈翼型，其吸力面的长度较长，气体流速较低，当气流流过长叶片3的最大厚度处之后，气流流道的宽度快速增加，导致气流流速明显下降，因此在长叶片3的最大厚度处之后的吸力面上，气流容易产生边界层分离。短叶片均分布于长叶片3的吸力面一侧，可以有效的减少边界层分离现象的发生，能够明显提高离心叶轮的效率。

此外，本申请的叶片组中可设置2至5片短叶片，本申请以叶轮中设有2片短叶片为例进行介绍，如图1和图2所示，离心叶轮中的叶片组中设有2片短叶片，二者分别为第一短叶片4和第二短叶片5，第一短叶片4位于第二短叶片5和长叶片3之间。叶片组中短叶片的数量超过2片时可参考短叶片为2片的情况。

为避免短叶片在气流流道内产生涡流，全部短叶片的叶型均呈翼型，任一短叶片的吸力面和与其相邻的叶片的压力面相对，压力面和与其相邻的叶片的吸力面相对，这使得气流流经短叶片后所产生的流线与流经长叶片3所产生的流线相似，避免气流相互干扰，造成扰流。而且短叶片的叶型呈翼型，更符合流线型设计，能够减少气体绕流过程中产生的涡流和短叶片的尾迹，降低尾迹损失，提高风机的效率，降低风机噪声。

本实施例中，离心叶轮中设有多个叶片组，叶片组中设有一个长叶片3和多个短叶片，同一叶片组中短叶片能够使长叶片3吸力面上方气流流道中的气流速度均匀分布，减少分离损失和二次流损失，提高离心叶轮的效率，降低噪声。全部短叶片均呈翼型，能够避免短叶片在流动中产生涡流，降低短叶片的尾迹损失，进一步提高离心叶轮的效率。

可选的，同一叶片组中的全部短叶片之间的圆周距离沿远离长叶片的方向依次渐增，同时相邻两叶片组间的圆周距离大于叶片组内任意两相邻的短叶片间的距离。如图3和图4所示，长叶片3与其吸力面一侧的叶片组中的第二短叶片5间的圆周距离为L，同一叶片组中第二短叶片5与第一短叶片4间的圆周距离为L₂，第一短叶片4与长叶片3间的圆周距离为L₁，L₂<L₁<L。

由于短叶片上的长度较短，其产生的分离损失较少，第二短叶片5与第一短叶片4间距离较远能够在减少分离损失的基础上增加气流流道的过流面积。

可选的，叶片组中全部短叶片的进口安装角沿远离长叶片3的方向依次渐增、且均大于长叶片3的进口安装角，即长叶片3的进口安装角小于第一短叶片4的进口安装角，第一短叶片4的进口安装角小于第二短叶片5的进口安装角，短叶片的进口安装角依次增大，可以增加长叶片3与第一短叶片4以及第一短叶片4与第二短叶片5之间的气体流量，全部短叶片的出口安装角等于长叶片3的出口安装角，使得加长叶片3与第一短叶片4以及第一短叶片4与第二短叶片5之间的气体的出口气速增加，进一步减少边界层分离现象的产生，提高离心叶轮的效率。

可选的，叶片组中全部短叶片的尾缘与长叶片3的尾缘均位于同一圆周上，该圆周与轮盘2同心。即使短叶片的尾缘很薄，也会产生尾迹，短叶片的尾缘与长叶片3的尾缘位于同一圆周上，可避免短叶片尾迹对气流流道中的气流造成影响，提高离心叶轮的效率。

本实施例中，短叶片在长叶片3吸力面方向上的圆周距离逐渐增加可以增加离心叶轮的过流面积，进而提高离心叶轮的风量。叶片组中全部短叶片的进口安装角沿远离长叶片3的方向依次渐增，能够进一步减少边界层分离现象的发生，提高离心叶轮的效率。

长叶片3叶型包括导流部31、迎风部32和尾部33，如图4所示，三者由前向后依次设置，导流部31的前端呈圆弧状，以避免长叶片3与气流接触后产生冲击。由于气流在轴向上分布不均，导流部31的宽度在朝向尾缘的方向上逐渐增加，使得气流的速度在导流部31所在的区域内得到重新分配，减小气流冲角过大所造成的冲击损失；迎风部32的前端与导流部31的后端相连，二者的表面平滑过渡，迎风部32的宽度在朝向尾缘的方向上逐渐增加，长叶片3在转动的过程中迎风部32能够推动气体，使其产生切向速度，进而产生离心力，使气流向叶片通道外侧流动；尾部33的前端与迎风部32的后端相连，二者的表面平滑过渡，尾部33的宽度在朝向尾缘的方向上逐渐减小，尾部33的后端为长叶片3的尾缘，尾缘较薄可以减少尾迹损失。

短叶片的叶型与长叶片3的叶型几何相似，即二者的形状相同大小不同，短叶片在长叶片3的基础上进行缩小，可选的缩小的比例为10％～85％。第一短叶片4缩小至长叶片3的10％～85％，第二短叶片5缩小至第一短叶片4的10％～85％，如果叶片组中还有其他短叶片，可在上一短叶片的基础上进一步进行缩小。将短叶片进行缩小，既能够使气流流动变得更加均匀，又能够增大叶轮的过流面积，避免在叶轮内形成堵塞。

另外，短叶片与轮盖1或轮盘2固定连接，短叶片的高度相等、且大于或等于长叶片3高度的10％。当短叶片的高度等于长叶片3的高度时，其上下两端分别与轮盖1和轮盘2固定连接；当短叶片的高度小于长叶片3的高度时，短叶片与轮盖1或轮盘2固定连接。

本实施例中，长叶片3的前部设置了导流部31，能够使气流流道前部的气流速度重新分配，减小气流冲角的影响，提高叶轮的效率。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的离心叶轮进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种离心叶轮，用于无蜗壳离心风机，包括轮盖（1）、轮盘（2），其特征在于，所述轮盖（1）和所述轮盘（2）间设有多个叶片组，全部所述叶片组沿周向均匀分布，所述叶片组包括长叶片（3）和两片以上的短叶片，所述叶片组中的全部所述短叶片均位于所述长叶片（3）吸力面的一侧，所述长叶片（3）和全部所述短叶片的叶型均呈翼型；

所述长叶片（3）叶型包括由前向后依次设置的导流部（31）、迎风部（32）和尾部（33），三者的表面平滑过渡，所述导流部（31）的前端呈圆弧状，所述导流部（31）的宽度在朝向尾缘的方向上逐渐增加、以使气流均匀分布；所述迎风部（32）的宽度在朝向尾缘的方向上逐渐增加、以推动气流流动；所述尾部（33）的宽度在朝向尾缘的方向上逐渐减小，所述尾部（33）的后端为所述长叶片（3）的尾缘；

所述叶片组中全部所述短叶片间的圆周距离沿远离所述长叶片（3）的方向依次渐增，相邻两所述叶片组间的圆周距离大于叶片组内任意两相邻的短叶片间的距离；

所述叶片组中全部所述短叶片的进口安装角沿远离所述长叶片（3）的方向依次渐增、且均大于所述长叶片（3）的进口安装角，全部所述短叶片的出口安装角等于所述长叶片（3）的出口安装角；

所述叶片组中全部所述短叶片的尾缘与所述长叶片（3）的尾缘均位于同一圆周上，所述圆周与所述轮盘（2）同心；

所述叶片组中设有2至5片所述短叶片；

全部所述短叶片与所述轮盖（1）或所述轮盘（2）固定连接，全部所述短叶片的高度相等、且大于或等于所述长叶片（3）高度的10%；

第一所述短叶片的尺寸在所述长叶片(3)吸力面方向上缩小，缩小的比例为10％，叶片组中的其他4片短叶片，在上一短叶片的基础上依次进一步进行缩小，缩小的比例为10％；

所述叶片组的数量为8组。

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