CN110566502A - 一种基于最速降线的多翼离心通风机叶片设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于最速降线的多翼离心通风机叶片的设计方法，用于多翼离心通风机中，包括叶片本体，其中，叶片本体横截面的吸力面一侧型线为最速降线，叶片本体横截面的压力面一侧型线为叶片本体吸力面的等距最速降线，叶片本体的横截面为叶片本体横截面的吸力面一侧型线的最速降线的等距轮廓，所述的速降线能够极大地减少气流在最速降线斜面上流动的阻力，该叶片能够在增加风量的前提下改善叶轮内气流流动，提高风机的效率。

Description

一种基于最速降线的多翼离心通风机叶片设计方法

技术领域

本发明涉及一种多翼离心通风机叶片设计方法，具体涉及一种基于最速降线的多翼通风机叶片的设计方法。

背景技术

离心通风机作为一种叶轮机械广泛地应用在各行各业的机械和电气设备中，如：地铁通风、楼宇换气通风，空调系统等。其主要结构包括集流器、支架、电机、蜗壳以及叶轮。多翼离心风机中最重要的部件是叶轮，其叶片数多、叶片曲率较大、叶轮内外径较大、叶道流道较短等特点，其性能的优劣决定空调机工作的性能，其工作过程为电动机直联带动叶轮旋转，轴向吸入气体在离心力的作用下，从叶轮中心被径向甩出叶轮。由于风机应用量的巨大，伴随着能量的消耗也是巨大的。当前，随着全球能源短缺问题的日趋严重，人们对节能减排问题也越来越重视。因此，设计出高效率的风机对节约能源有十分重要的实际意义。

离心叶轮作为离心风机的核心气动部件，是实现能量转换的主要传递部件，而且叶轮处产生的损失也是整个风机损失的主要来源，此外叶轮的流动也会直接影响后续过流部件的工作，由此可知，叶轮的性能可以直接决定风机整机的气动性能，设计高效的离心叶轮是提升整机性能的主要路径。离心叶轮的设计包括了对叶片型线，叶轮盘、盖的型线等参数的设计，其中又以叶片型线的设计影响较大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的难题，提供了一种基于最速降线的多翼通风机叶片的设计方法，该叶片能够在增加风量的前提下改善叶轮内气流流动，提高风机的效率，具体内容如下：

为达到上述目的，本发明所述的基于最速降线的多翼通风机叶片的设计方法用于多翼离心风机中，包括叶片本体，其中，叶片本体横截面的吸力面一侧型线为最速降线，叶片本体横截面的压力面一侧型线为叶片本体吸力面的等距最速降线，叶片本体的横截面为叶片本体横截面的吸力面一侧型线的最速降线的等距轮廓，所述的速降线能够极大地减少气流在最速降线斜面上流动的阻力。

叶片本体中吸力面最速降线的进口安装角β₁为80°-90°，叶片本体中吸力面最速降线的出口安装角β₂为160°-170°。

叶片型线为最速降线，其曲线方程为其中a与叶轮内径r₁、外径r₂的关系式为θ为半径为a的滚圆所转动的角度，公式中θ取值范围为(0，2π)。

所述叶片的最速降线型线从进口处到出口处的直线距离为

所述叶片本体的最速降线曲线方程从进口处到出口的θ取值为即叶片本体中最速降线型线的长度为6a。

叶片本体横截面为叶片本体横截面的吸力面一侧型线的最速降线的等距轮廓，等距距离取d。

本发明所述基于最速降线的多翼离心通风机叶片的设计方法包括以下步骤：

1)确定叶轮内径r₁、外径r₂，通过a与叶轮内径r₁、外径r₂的关系式确定最速降线曲线方程的滚圆半径a，θ取值范围为时建立最速降线曲线方程的曲线，此时建立的曲线为叶片吸力面的型线；

2)根据上诉步骤1)所设计的叶片吸力面型线等距构建叶片压力面叶片型线，等距距离d。构建完成叶片横截面轮廓后，再根据多翼离心风机上叶片的安装尺寸对最速降线叶片轮廓进行比例缩放，以此可以匹配不同尺寸的风机蜗壳。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明所述的基于最速降线的叶片设计方法在具体的操作时叶片本体压力面及吸力面均为最速降线外形，较好的利用了最速降线的外形，使得气体的阻力下降，叶片流道内的气动性能有所提高，同叶片本体中曲线方程的滚圆半径由叶轮内外径所确定，最速降线的叶片型线进口角、出口角根据多翼离心风机的前弯叶型设计方法进行确定，具有比同样进出口安装角的前弯叶片更强的做功能力；因此采用此设计方法的多翼离心通风机所产生的最大静压、最大流量较传统的多翼离心通风机更高，同时由于叶片流道形成加速流道，使得从气体入口到出口的速度不断增大，有效的抑制了边界层分离以及叶道内涡流的产生，提高了风机效率。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更好地理解本发明以及容易了解其中的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实例及说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为最速降线曲线方程示意图；

图2为本发明叶片横截面轮廓外形图；

图3为本发明叶片结构示意图；

图4为用于本发明的多翼离心通风机叶轮结构示意图；

图5为本发明的二维横截面轮廓结构示意图；

图6为本发明的叶道截面宽度示意图。

图中：1为叶片本体，2为叶片压力面，3为叶片吸力面。

具体实施方式

下面结合附图，用实例来进一步说明本发明。但这个实例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这个实例的限制。

研究表明，物体在一平面从同一起点运动到同一终点的过程中，由于在运动过程物体受到粘性阻力的作用的原因，若物体沿不同路径在同一平面从同一起点运动到同一终点运动，此时沿最速降线路径运动的物体从起点到终点所需的时间最短。表明物体沿最速降线运动过程中，此路径物体最先达到最大速度。离心通风机的叶片设计中借鉴此数学模型，采用最速降线的叶片设计可以使得流体在流道内流动过程中能够在短时间内达到最大速度，并且从入口到出口的过程中其速度为加速状态，可以较好的改善流道内的流动状况，以此提高离心通风机的效率，本发明正是基于上述原理设计而成的。

参考图2、图3与图4，本发明所述的最速降线叶片用于多翼离心通风机中，包括叶片本体1，其中，叶片本体1横截面的吸力面3一侧型线为最速降线，叶片本体1横截面的压力面2一侧型线为叶片本体1吸力面3的等距最速降线，叶片本体1的横截面为叶片本体1横截面的吸力面3一侧型线的最速降线的等距轮廓，具体的，所述叶片本体1的吸力面3的型线为最速降线曲线方程θ值取0至3/2π时的曲线长度，叶片本体1上叶轮吸入的型线长度为最速降线曲线方程θ值取0至π时的曲线长度，叶片本体1上叶轮出口侧的型线长度为最速降线曲线方程θ值取π至3/2π时的曲线长度，叶片本体1的压力面2型线为吸力面3的型线以等距d＝0.5mm所形成的最速降线。

叶片本体1中吸力面3最速降线的进口安装角β₁为80°-90°，叶片本体1中吸力面3最速降线的出口安装角β₂为160°-170°，在图5实例中，吸力面3最速降线的进口安装角β₁为84°，叶片本体1中吸力面3最速降线的出口安装角β₂为165°。

参考图1、图3及图5叶片本体1中吸力面3及压力面2均为最速降线，其曲线方程为其中a与叶轮内径r₁、外径r₂的关系式为θ为半径为a的滚圆所转动的角度，公式中θ取值范围为(0，2π)。所述叶片本体1的吸力面3的最速降线型线从进口处到出口处的直线距离为所述叶片本体1的最速降线曲线方程从进口处到出口的θ取值为即叶片本体1中最速降线型线的长度为6a。叶片本体1横截面为叶片本体1横截面的吸力面3一侧型线的最速降线的等距轮廓，本实例中等距距离取d＝0.5mm。

本发明所述基于最速降线的多翼离心通风机叶片的设计方法包括以下步骤：

1)确定叶轮内径r₁、外径r₂，通过a与叶轮内径r₁、外径r₂的关系式确定最速降线曲线方程的滚圆半径a，θ取值范围为时建立最速降线曲线方程的曲线，此时建立的曲线为叶片吸力面3的型线；

2)根据上诉步骤1)所设计的叶片吸力面3型线等距构建叶片压力面2叶片型线，等距距离d。构建完成叶片横截面轮廓后，再根据多翼离心风机上叶片的安装尺寸对最速降线叶片轮廓进行比例缩放，以此可以匹配不同尺寸的风机蜗壳。

参考图1和图5，最速降线叶片的吸力面3及压力面2的型线长度为最速降线曲线原始长度的3/4，由于物体在最速降线上运动时能在最短时间内达到最大速度，则为了尽可能的利用最速降线的运动特性，图1中最速降线曲线方程中的曲线长度取部分即可，以此获取最速降线曲线在叶片设计中的实际型线，再根据等厚叶片设计方法，构建出完整的最速降线叶片轮廓外形。

参考图6，叶片流道截面内的宽度从入口处至出口处不断减小，即气体在流道内流动时其为加速状态，可以有效地清除叶片流道内的涡流，以提高效率。

以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种基于最速降线的叶片，其特征在于，用于多翼离心通风机中，包括叶片本体(1)，其中叶片本体(1)横截面的吸力面(3)一侧型线为最速降线，叶片本体(1)横截面的压力面(2)一侧型线为叶片本体(1)吸力面(3)的等距最速降线，叶片本体(1)的横截面为叶片本体(1)横截面的吸力面(3)一侧型线的最速降线的等距轮廓。

2.根据权利要求1所述的基于最速降线的叶片，其特征在于，叶片本体(1)中吸力面(3)最速降线的进口安装角β₁为80°-90°，叶片本体(1)中吸力面(3)最速降线的出口安装角β₂为160°-170°。

3.根据权利要求1所述的基于最速降线的叶片，其特征在于，叶片型线为最速降线，其曲线方程为其中a与叶轮内径r₁、外径r₂的关系式为θ为半径为a的滚圆所转动的角度，公式中θ取值范围为(0，2π)。

4.根据权利要求1所述的基于最速降线的叶片，其特征在于，所述叶片的最速降线型线吸力面(3)从进口处到出口处的直线距离为

5.根据权利要求1所述的基于最速降线的叶片，其特征在于，所述叶片本体的最速降线曲线方程从进口处到出口的θ取值为即叶片本体中吸力面(3)最速降线型线的长度为6a。

6.根据权利要求1所述的基于最速降线的叶片，其特征在于，叶片本体横截面为叶片本体横截面的吸力面一侧型线的最速降线的等距轮廓，等距距离取d。

7.根据权利要求1所述的基于最速降线的叶片，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定叶轮内径r₁、外径r₂，通过a与叶轮内径r₁、外径r₂的关系式确定最速降线曲线方程的滚圆半径a，θ取值范围为时建立最速降线曲线方程的曲线，此时建立的曲线为叶片吸力面的型线；

2)根据上诉步骤1)所设计的叶片吸力面型线等距构建叶片压力面叶片型线，等距距离d。构建完成叶片横截面轮廓后，再根据多翼离心风机上叶片的安装尺寸对最速降线叶片轮廓进行比例缩放，以此可以匹配不同尺寸的风机蜗壳。