CN108980103B - 一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法 - Google Patents

一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法，具体包括如下步骤：步骤1，提取前向多翼离心通风机叶轮的平面二维叶型图；步骤2，在步骤1提取的平面二维叶型几何图中设计叶片进口处小翼的二维平面翼型几何形状；步骤3，将步骤1提取的前向多翼离心通风机叶轮叶片及步骤2设计的小翼二维平面几何形状沿轴向进行拉伸即获得带进口小翼的前向多翼通风机叶轮。本发明通过叶片进口小翼对气流的引射作用增加叶片进口吸力面处的流速，防止叶片吸力面处流动分离及脱流漩涡的产生，从而提高前向多翼离心通风机叶轮的气动性能和运转稳定性。

Description

一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法
技术领域
本发明属于流体机械及工程设备技术领域，涉及一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法。
背景技术
前向多翼离心通风机是一种将输入风机的机械能转换为气体的动能和压能并完成气体输送的一种流体机械。这种风机具备叶片数目多、结构型式紧凑、流量系数高的特点，是一种能以较小尺寸满足用户大流量、高压比使用要求的风机型式。前向多翼离心通风机是一种轴向进气的风机，由于其叶轮相对宽度大、高度高，导致了叶轮进口处的绝对入流速度小，同时由于叶轮的高转速，最终迫使气流在叶轮进口处以很小的相对液流角进入叶片通道区域并在叶片进口处形成了较大的正冲角。该正冲角的存在经常造成叶片吸力面上的大面积流动分离并形成漩涡，进而造成叶片通道堵塞，影响叶轮的气体输送性能和运行稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法，通过叶片进口小翼对气流的引射作用增加叶片进口吸力面处的流速，防止叶片吸力面处流动分离及脱流漩涡的产生，从而提高前向多翼离心通风机叶轮的气动性能和运转稳定性。
本发明所采用的技术方案是，一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法，具体包括如下步骤：
步骤1，提取前向多翼离心通风机叶轮叶片的平面二维叶型图；
步骤2，在步骤1提取的平面二维叶型几何图中设计叶片进口处小翼的二维平面翼型几何形状；
步骤3，将步骤1提取的前向多翼离心通风机叶轮叶片及步骤2设计的小翼二维平面几何形状沿轴向进行拉伸即获得带进口小翼的前向多翼通风机叶轮。
本发明的特点还在于，
步骤2的具体过程如下：
步骤2.1，在前向多翼离心通风机叶轮叶片的二维平面图上，将前向多翼离心通风机叶轮叶片前缘点O'沿该点的半径方向偏移距离l1后作为小翼的前缘点A，偏移方向为半径减少的方向；
步骤2.2，在前向多翼离心通风机叶轮叶片的吸力面型线上，通过距离叶片前缘点弧线长度为s的C点做相邻叶片压力面的垂线，该垂线与相邻叶片的压力面交于D点，在垂线CD上，取距离C点距离为dB处的B点作为小翼的尾缘点；
步骤2.3，采用半径为r的圆弧连接A、B两点形成小翼的中弧线，该中弧线的圆心角为0～90°；
步骤2.4，选取小翼的最大厚度为前向多翼离心通风机叶轮叶片最大厚度的一半，然后采用NACA0015翼型的相对厚度分布规律对小翼的中弧线进行加厚，加厚完成后获得小翼最终的二维平面翼型几何形状。
步骤2.1中l1的取值规律如下公式(1)所示：
l1＝αl(1)；
公式(1)中，l为前向多翼离心通风机叶轮叶片中弧线的总长，α为尺寸系数，其具体取值方法如下式(2)所示：
Figure BDA0001694522850000031
公式(2)中，D1为前向多翼离心通风机叶轮的外径值。
步骤2.2中s的取值如下式(3)所示：
s＝10％×l (3)；
dB的取值如下式(4)所示：
dB＝30％×d (4)；
公式(4)中，d为垂线CD的总长度。
本发明的有益效果是，本发明提供的一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法，通过叶片进口处小翼的引流作用改变了叶片进口处气流的相对液流角，使其能更加顺畅的进入叶片通道。同时，通过小翼与叶片间形成的狭窄流道增加气流绕流叶片吸力面的流速，从而防止了叶片吸力面处的流动分离，消除了叶片吸力面处的脱流涡。
附图说明
图1是采用本发明一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法在前向多翼离心通风机叶轮叶片的二维平面图中进行小翼设计的设计过程图；
图2是采用本发明一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法设计的小翼翼型结构图；
图3是采用本发明一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法设计的带小翼的前向多翼通风机叶轮。
图中，1.前向多翼离心通风机叶片，2.前向多翼离心通风机叶片进口处小翼；3.小翼中弧线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法，可应用于已有的前向多翼离心通风机叶轮的改造，也可用于新的前向多翼离心通风机叶轮的设计。本发明所提及的前向多翼离心通风机叶轮叶片及叶片进口处的小翼为沿叶轮轴向无扭曲变化的直叶片。
本发明一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法，具体包括如下步骤：
步骤1，根据常规设计方法设计前向多翼离心通风机叶轮的平面二维叶型几何或者根据已有的前向多翼离心通风机叶轮提取前向多翼离心通风机叶轮叶片1的平面二维叶型图；
步骤2，在步骤1提取的平面二维叶型几何图中设计叶片进口处小翼的二维平面翼型几何形状；步骤2的具体过程如下：
步骤2.1，如图1所示，在前向多翼离心通风机叶轮叶片的二维平面图上，将前向多翼离心通风机叶轮叶片前缘点O'沿该点的半径方向偏移距离l1后作为小翼的前缘点A，偏移方向为半径减少的方向；l1的取值规律如下公式(1)所示：
l1＝αl (1)；
公式(1)中，l为前向多翼离心通风机叶轮叶片中弧线的总长，α为尺寸系数，α的取值范围为5％～10％，其具体取值方法如下式(2)所示：
Figure BDA0001694522850000051
公式(2)中，D1为前向多翼离心通风机叶轮的外径值。
步骤2.2，在前向多翼离心通风机叶轮叶片的吸力面型线上，通过距离叶片前缘点O'弧线长度为s的C点做相邻叶片压力面的垂线，该垂线与相邻叶片的压力面交于D点，在垂线CD上，取距离C点距离为dB处的B点作为小翼的尾缘点；步骤2.2中s的取值如下式(3)所示：
s＝10％×l (3)；
dB的取值如下式(4)所示：
dB＝30％×d (4)；
公式(4)中，d为垂线CD的总长度。
步骤2.3，确定了小翼的前缘点A和后缘点B的位置以后，采用半径为r的圆弧连接A、B两点形成小翼中弧线3，该中弧线的圆心角为0～90°(圆心角不取0°，可以取90°)；小翼中弧线的半径r及圆心角根据前向多翼离心通风机的气动性能结果进行优化后最终确定；当半径r及圆心角的数值确定以后，小翼的中弧线的几何形状即设计完成；
步骤2.4，选取小翼的最大厚度为前向多翼离心通风机叶轮叶片最大厚度的一半，然后采用NACA0015翼型的相对厚度分布规律对小翼的中弧线进行加厚，加厚完成后获得小翼最终的二维平面翼型几何形状。
步骤3，由于三维小翼及前向多翼离心通风机叶轮的三维叶片均为沿轴向无扭曲变化的直叶片，将步骤1提取的前向多翼离心通风机叶轮叶片及步骤2设计的小翼二维平面几何形状沿轴向进行拉伸即获得带进口小翼的前向多翼通风机叶轮。最终设计的前向多翼离心通风机叶片进口处小翼2的三维几何形状如图2所示，带小翼的前向多翼通风机叶轮如图3所示。

Claims (3)

1.一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，提取前向多翼离心通风机叶轮叶片的平面二维叶型图；
步骤2，在步骤1提取的平面二维叶型图中设计叶片进口处小翼的二维平面翼型几何形状；
步骤3，将步骤1提取的前向多翼离心通风机叶轮叶片及步骤2设计的二维平面翼型几何形状沿轴向进行拉伸即获得带进口小翼的前向多翼通风机叶轮；
所述步骤2的具体过程如下：
步骤2.1，在前向多翼离心通风机叶轮叶片的平面二维叶型图上，将前向多翼离心通风机叶轮叶片前缘点O'沿该点的半径方向偏移距离l1后作为小翼的前缘点A，偏移方向为半径减少的方向；
步骤2.2，在前向多翼离心通风机叶轮叶片的吸力面型线上，通过距离叶片前缘点弧线长度为s的C点做相邻叶片压力面的垂线，该垂线与相邻叶片的压力面交于D点，在垂线CD上，取距离C点距离为dB处的B点作为小翼的尾缘点；
步骤2.3，采用半径为r的圆弧连接A、B两点形成小翼的中弧线，该中弧线的圆心角为0～90°；
步骤2.4，选取小翼的最大厚度为前向多翼离心通风机叶轮叶片最大厚度的一半，然后采用NACA0015翼型的相对厚度分布规律对小翼的中弧线进行加厚，加厚完成后获得小翼最终的二维平面翼型几何形状。
2.根据权利要求1所述的一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法，其特征在于：所述步骤2.1中l1的取值规律如下公式(1)所示：
l1＝αl (1)；
公式(1)中，l为前向多翼离心通风机叶轮叶片中弧线的总长，α为尺寸系数，其具体取值方法如下式(2)所示：
Figure FDA0002323908630000021
公式(2)中，D1为前向多翼离心通风机叶轮的外径值。
3.根据权利要求1所述的一种带进口小翼的前向多翼离心通风机叶轮的设计方法，其特征在于：所述步骤2.2中s的取值如下式(3)所示：
s＝10％×l (3)；
dB的取值如下式(4)所示：
dB＝30％×d (4)；
公式(4)中，d为垂线CD的总长度。
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