CN110374900A - 一种具有正弦型子午流道的混流风机 - Google Patents

一种具有正弦型子午流道的混流风机 Download PDF

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Abstract

一种具有正弦型子午流道的混流风机，包括电机、机匣、叶轮、导叶和集流器；机匣一端的内侧同轴固定设置有导叶，电机设置在导叶的轮毂中心；电机的输出轴固定连接叶轮的中心；机匣的另一端内侧设置有集流器，集流器与叶轮同侧；导叶的轮毂与叶轮的轮毂直径相同；本发明方案合理，结构简单，容易实现，能充分发挥混流风机的优势。风机结构紧凑，风量大，噪声小，静压效率高。

Description

一种具有正弦型子午流道的混流风机
技术领域
本发明属于混流风机技术领域，特别涉及一种具有正弦型子午流道的混流风机。
背景技术
混流风机广泛用于矿山、纺织、冶金、电站、航空、建筑等行业。混流风机兼具了轴流风机与离心风机的优点，具有高的压力系数和流量系数。混流风机内空气既做离心运动又做轴向运动，由于其独特的结构特点使得内部充满复杂的二次流。
混流风机为轴向进气，在叶轮内流动方向发生变化为斜向上流动，流出叶轮后又需要改为轴向进入后导叶或径向进入蜗壳。
后置蜗壳形式的混流风机与离心风机类似，气流流出叶轮方向接近径向。由于使用了蜗壳，径向尺寸增加较多，而且对于许多需要轴向出气的情况，则需要再次改变气流流向，应用局限较大。
后置导叶形式的混流风机，气流流出叶轮方向接近轴向，通常还需要一段弯道将气流完全过渡为轴向然后进入后导叶实现进一步扩压。本专利提出的正弦型子午流道形状混流风机，使用后置导叶进行扩压，不需要没有弯道等结构流动损失小。流道形状合理，符合气流流动特性，使气流按照设计的流道的流道型线进行流动，提高风机效率，同时风机气动噪声小。
传统混流风机子午流道机匣线轮毂线通常为直线型或圆弧形，直线型子午流道设计简单，流动过程流道截面缩减率相同。但是直线型子午流道进口与出口气流都需要进行转向，流道有明显转折，容易在机匣进口侧形成漩涡，所以流动损失较大，气动噪声也比较大。
圆弧形机匣线轮毂线可以在叶轮内实现一定的气流转向作用。但是对于后置导叶型混流风机，为了使气流流出叶轮后尽可能接近轴向，圆弧形机匣线轮毂线出口为轴向。对于叶轮进出口直径变化较大的高压力混流风机，圆弧形机匣线轮毂线出口为轴向，则进口与轴夹角较大，气流流进叶轮后在机匣则容易形成低速旋涡区，削弱叶轮做功能力。
根据三元流动理论可以设计出更符合流动实际的叶轮子午形状，但是计算复杂，计算量大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有正弦型子午流道的混流风机，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有正弦型子午流道的混流风机，包括电机、机匣、叶轮、导叶和集流器；机匣一端的内侧同轴固定设置有导叶，电机设置在导叶的轮毂中心；电机的输出轴固定连接叶轮的中心；机匣的另一端内侧设置有集流器，集流器与叶轮同侧；导叶的轮毂与叶轮的轮毂直径相同；
叶轮上等间距设置有若干叶片，叶片沿着叶轮的轮毂线设置；叶片相对于轮毂的边缘为机匣线，机匣线与轮毂线为两条正弦线，且机匣线与轮毂线在叶片的两个端部处的斜率为零，集流器圆弧线与机匣线相切。
进一步的，圆弧型集流器的圆弧半径为叶轮出口外经与进口外经之差，集流器外径尺寸与叶轮外径尺寸相同。
进一步的，叶轮的中心设只有导流锥，导流锥为半球型，导流锥型线与叶轮的轮毂线相切，半球形导流锥半径等于叶轮进口内径。
进一步的，电机通过电机固定架固定设置在导叶的轮毂中心；电机的输出轴通过叶轮定位螺母与叶轮的轮毂中心固定连接；叶轮的轮毂为中空半弧形。
根据权利要求1所述的一种具有正弦型子午流道的混流风机，其特征在于，定义叶轮进口轮毂半径RI_1，进口轮盖半径RI_2，出口轮毂半径RO_1，出口轮盖半径RO_2，叶轮轴向长度L1；
以叶轮进口为x轴坐标原点，转轴为y轴，通过正弦函数来表示轮毂线与机匣线：
y1＝0.5·(RI_1+RO_1)+0.5·(RO_1-RI_1)·SIN(3.14x/L1-3.14/2)
y2＝0.5·(RI_2+RO_2)+0.5·(RO_2-RI_2)·SIN(3.14x/L1-3.14/2)
上述方程满足进出口半径要求
且进出口处斜率为零：
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本专利提出的正弦型子午流道混流风机的轮盖线与轮毂线都是正弦线，这样保证了进口处和出口处与转轴的夹角为零，没有流动的剧烈转折。配合圆弧集流器以及半球导流锥整个流道截面曲率连续，气流冲击小，噪声低；流动损失小，风机效率高；无低速漩涡区，有效流通面积大，风机风量大。同时正弦型子午流道能保证叶轮进出口有较大的直径差，充分利用离心力增大气流压力。采用这种设计，减少了非做功区域的体积，气流轴向进气，在叶轮内获得能量，并由斜上流动转为轴向流动，然后在导叶内，气流的一部份动能转化为压力能，提高气流压力。采用这种流道形式的混流风机，结构紧凑，风量大，噪声小，静压效率高。
机匣线进口斜率为零，与圆弧形集流器相切。机匣侧进口段气流流动顺畅。
轮毂线进口斜率为零，与半球形导流锥相切。轮毂侧进口段气流流动顺畅。
机匣线轮毂线出口斜率为零，水平后导叶的机匣轮毂相切。叶轮口段气流流动顺畅。
正弦轮毂线与机匣线构成的叶轮子午流道沿流动方向逐渐缩小，能减少流动分离，实现低噪声高效率。
本发明采用后置导叶，径向结构更加紧凑，产品尺寸小。
风机整体是沿轴向进气，沿轴向出气。更适合应用于管道等直线送风。减少了气流冲击，流动损失小，气流噪声低。
保证没有严重流动分离的同时，叶轮进出口直径比大，可以有效利用离心力做功，风机增压能力强，可以有效克服流动阻力，可胜任长管道，复杂流道等场合的送风任务。
综合以上几条，本发明方案合理，结构简单，容易实现，能充分发挥混流风机的优势。风机结构紧凑，风量大，噪声小，静压效率高。
附图说明
图1是本发明的等轴测图。
图2为子午流道基本尺寸示意图；
图3是本发明的子午流道示意图。
图4是本发明的侧剖面示意图。
1-叶轮进口2-叶轮叶片前缘，3-叶轮叶片后缘，4-叶轮出口，导叶进口，5-导叶叶片前缘，6-导叶叶片后缘，7-导叶出口，8-叶轮叶片，9-导叶叶片，10-机匣线，11-轮毂线，12-转轴，13-导流锥，14-集流器，15-机匣，16-叶轮，17-导叶，18-电机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图4，一种具有正弦型子午流道的混流风机，包括电机18、机匣15、叶轮16、导叶17和集流器14；机匣15一端的内侧同轴固定设置有导叶17，电机18设置在导叶17的轮毂中心；电机18的输出轴固定连接叶轮16的中心；机匣15的另一端内侧设置有集流器14，集流器14与叶轮16同侧；导叶17的轮毂与叶轮16的轮毂直径相同；
叶轮16上等间距设置有若干叶片，叶片沿着叶轮16的轮毂线设置；叶片相对于轮毂的边缘为机匣线，机匣线与轮毂线为两条正弦线，且机匣线与轮毂线在叶片的两个端部处的斜率为零，集流器圆弧线与机匣线相切。
圆弧形集流器半径为叶轮出口外经与进口外经之差，集流器径向尺寸与叶轮外径尺寸相同。
叶轮16的中心设只有导流锥13，导流锥13为半球型，导流锥型线与叶轮16的轮毂线相切，半球形导流锥半径等于叶轮进口内径。
电机18通过电机固定架固定设置在导叶17的轮毂中心；电机18的输出轴通过叶轮定位螺母与叶轮16的轮毂中心固定连接；叶轮16的轮毂为中空半弧形。
定义叶轮进口轮毂半径RI_1，进口轮盖半径RI_2，出口轮毂半径RO_1，出口轮盖半径RO_2，叶轮轴向长度L1；
以叶轮进口为x轴坐标原点，转轴为y轴，通过正弦函数来表示轮毂线与机匣线：
y1＝0.5·(RI_1+RO_1)+0.5·(RO_1-RI_1)·SIN(3.14x/L1-3.14/2)
y2＝0.5·(RI_2+RO_2)+0.5·(RO_2-RI_2)·SIN(3.14x/L1-3.14/2)
上述方程满足进出口半径要求
且进出口处斜率为零：
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
遵从上述技术方案，如图1至图4所示，本实施例给出一种超紧凑高性能混流风机装置及方法，在有限的轴向尺寸下，实现较大的换气量和较高的出流风压。
本发明的工作过程如下所示：
该混流风机在进行作业时，电机通过转轴带动风机叶轮运动，气流经集流器和导流锥平滑地进入叶轮。在叶轮内气体由于离心作用，气体沿流道斜向上流动。由于流道减缩，气体流速增加，并沿流道转为轴向流动，进入导叶，在导叶内气体的一部份动能转化为压力能。由于混流风机进出口直径差，能有效利用离心力做功，以及后导叶的扩压作用，风机出口气流静压高，克服流动阻力能力强，可以用于复杂流道，长管道等流动损失大的应用场景。
具体特征：机匣线与轮毂线为两条正弦线，如图2所示，保证进口处斜率为零，使气流顺畅进入叶轮；保证出口处斜率为零，使气流顺畅流出叶轮，进入导叶。集流器圆弧线与机匣线相切，半径为叶轮出口外经与进口外经之差，这样使得集流器尺寸与叶轮径向尺寸相同。同时配合半球型导流锥，导流锥型线与轮毂线相切，半球形导流锥半径等于叶轮进口内径。集流器与导流锥的使用，可以降低进口流动损失，提高效率，增大风量；轮毂线与机匣线配合，使子午流道截面沿着流动方向是减缩的。这种流道设计可以避免由于流动方向半径差造成的流动分离与低速漩涡，叶轮进出口外径比高，使气流流经叶轮时可以充分利用离心力对气体做工，提高出口气流压力。

Claims (5)

1.一种具有正弦型子午流道的混流风机，其特征在于，包括电机(18)、机匣(15)、叶轮(16)、导叶(17)和集流器(14)；机匣(15)一端的内侧同轴固定设置有导叶(17)，电机(18)设置在导叶(17)的轮毂中心；电机(18)的输出轴固定连接叶轮(16)的中心；机匣(15)的另一端内侧设置有集流器(14)，集流器(14)与叶轮(16)同侧；导叶(17)的轮毂与叶轮(16)的轮毂直径相同；
叶轮(16)上等间距设置有若干叶片，叶片沿着叶轮(16)的轮毂线设置；机匣靠近叶轮侧的边缘为机匣线，机匣线与轮毂线为两条正弦线，且机匣线与轮毂线在叶轮的两个端部处的斜率为零，集流器圆弧线与机匣线相切。
2.根据权利要求1所述的一种具有正弦型子午流道的混流风机，其特征在于，圆弧型集流器的圆弧半径为叶轮出口外径与进口外径之差，集流器最大外径与叶轮外径尺寸相同。
3.根据权利要求1所述的一种具有正弦型子午流道的混流风机，其特征在于，叶轮(16)的中心设只有导流锥(13)，导流锥(13)为半球型，导流锥型线与叶轮(16)的轮毂线相切，半球形导流锥半径等于叶轮进口内径。
4.根据权利要求1所述的一种具有正弦型子午流道的混流风机，其特征在于，电机(18)通过电机固定架固定设置在导叶(17)的轮毂中心；电机(18)的输出轴通过叶轮定位螺母与叶轮(16)的轮毂中心固定连接；叶轮(16)的轮毂为中空半弧形。
5.根据权利要求1所述的一种具有正弦型子午流道的混流风机，其特征在于，定义叶轮进口轮毂半径RI_1，进口轮盖半径RI_2，出口轮毂半径RO_1，出口轮盖半径RO_2，叶轮轴向长度L1；
以叶轮进口为x轴坐标原点，转轴为y轴，通过正弦函数来表示轮毂线与机匣线：
y1＝0.5·(RI_1+RO_1)+0.5·(RO_1-RI_1)·SIN(3.14x/L1-3.14/2)
y2＝0.5·(RI_2+RO_2)+0.5·(RO_2-RI_2)·SIN(3.14x/L1-3.14/2)
上述方程满足进出口半径要求
且进出口处斜率为零：
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