CN111156193A - 一种后向离心通风机的复合弧线叶片及叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种后向离心通风机的复合弧线叶片及叶轮，通过对已有的弧形叶片进行改进，形成由多段弧线复合而成的弧形叶片，从进风到出风方向依次包括进风段、第一过渡段、中间段、第二过渡段和出风段，其中进风段、中间段和出风段为曲率相同或不同的弧线，第一过渡段和第二过渡段均为“S”形弧线。

Description

一种后向离心通风机的复合弧线叶片及叶轮

技术领域

本发明涉及通风机技术领域，尤其涉及一种后向离心通风机的复合弧线叶片及叶轮。

背景技术

叶片是通风机叶轮的关键零件，对通风机性能有决定性的影响。通常，后向离心通风机叶轮叶片截面形状有平板形、弧形、机翼形。为了提高通风机的参数和效率，前人在叶片截面弧形方面进行了许多卓有成效的研究和实践并取得了明显的进步，在单一半径弧线形截面叶片的基础上，产生了双弧线弧形、“S”形弧形、三弧线弧形等高效的复合弧线形状截面的叶片。

因此，离心通风机叶片的改进，对通风机的性能影响是十分显著的，在前人的基础上，本发明人对叶片进行精益求精的改进，以提高通风机的性能和效率。

发明内容

本发明公开了一种后向离心通风机的复合弧线叶片及叶轮，通过对已有的弧形叶片进行改进，形成由多段弧线复合而成的弧形叶片，根据气流在叶片通道的流动方向，叶片从进风到出风方向依次包括进风段、第一过渡段、中间段、第二过渡段和出风段，其中进风段、中间段和出风段为曲率相同或不同的弧线，第一过渡段和第二过渡段为“S”形弧线。

本发明通过以下技术方案实现：

一种后向离心通风机的复合弧线叶片的设计方法，包括以下步骤：

(1)将已有的弧形叶片沿弧长方向分为三段：初始进风段“cd”、初始中间段“bc”和初始出风段“ab”；

(2)以叶轮中心为圆心将所述初始出风段“ab”沿叶片旋转方向偏转角度θ₁，形成出风偏转段“a₁b₁”；

(3)以叶轮中心为圆心将所述初始进风段“cd”沿叶片旋转方向偏转角度θ₂，形成进风偏转段“c₁d₁”；

(4)用“S”形弧线“uvw”将所述进风偏转段“c₁d₁”和初始中间段“bc”光滑连接，形成第一过渡段，其中“w”点在弧线“c₁d₁”上，“u”点在弧线“bc”上，“v”点是“S”形弧线的转折点；

(5)用“S”形弧线“efg”将所述出风偏转段和初始中间段“bc”光滑连接，形成第二过渡段，其中“e”点在弧线“a₁b₁”上，“g”点在弧线“bc”上，“f”点是“S”形弧线的转折点；

(6)切除“eb₁”、“bg”、“uc”和“c₁w”段，形成光滑的复合弧线叶片“a₁efguvwd₁”，所述弧形叶片从进风到出风方向依次包括，出风段“a₁e”，第二过渡段“efg”，为中间段“gu”，第一过渡段“uvw”，进风段“wd₁”。

进一步的，所述进风段、中间段和出风段为曲率相同或不同的弧线。

进一步的，已有的弧形叶片总弧长为L，所述初始进风段“cd”弧长为L₃、初始中间段“bc”弧长为L₂，初始出风段“ab”弧长为L₁，其特征在于，L₁/L＝0.2～0.4，L₂/L＝0.5～0.7，L₃/L＝0.1～0.2。

进一步的，所述θ₂的角度范围为0.5°～3°。

进一步的，所述θ₁的角度范围为1°～6°。

进一步的，第一过渡段包括两段弧度方向相反的弧线，其中与中间段连接的弧线向叶片非工作面方向凸出，与进风段连接的弧线向叶片工作面方向凸出。

进一步的，第二过渡段包括两段弧度方向相反的弧线，其中与中间段连接的弧线向叶片非工作面方向凸出，与出风段连接的弧线向叶片工作面方向凸出。

本发明的有益效果在于：

现有的单一弧线叶片，进口宽度为U、出口宽度为W。按照本发明设计的复合弧形叶片，所形成的叶轮叶片之间通道，进口宽度U₁比U略有减小、出口宽度W₁比W略有增大，叶道中心线长度略有减小，因而形成了扩张度较大的流体通道，进一步稳定了叶轮内的气体流动，减少了气流分离的流动损失；另一方面，叶片总体长度的略微缩短还能减少气流与叶片之间边界层的摩擦损失，进而提高了通风机的静压及其静压效率。

初始出风段绕叶轮中心旋转形成出风段偏转，初始进风段绕叶轮中心旋转形成进风段偏转，因为初始出风段和初始进风段均为绕叶轮中心旋转，所以叶轮叶片进出口安装角均保持不改变。采用本发明的后向离心通风机叶轮叶片，仅限于叶片弧线形状的改变，使用的材料成本和工艺成本没有增加，采用现有加工技术可方便实现，而提高叶轮及通风机的出力和效率可以给用户带来选型的方便和长期运行的节能降耗，具有明显的经济和社会价值。

附图说明

图1为对比样机一的弧线叶片的叶轮圆周面剖视图；

图2为对比样机一的叶轮叶片型线图；

图3为实施例一的叶轮叶片型线分段旋转图；

图4为实施例一的叶轮叶片型线光滑连接示意图；

图5为实施例一的叶轮叶片型线光滑连接示意图的Ⅰ部放大图；

图6为实施例一的叶轮叶片型线光滑连接示意图的Ⅱ部放大图；

图7为实施例一的叶轮叶片型线光滑连接成型图；

图8为实施例一的叶轮圆周面剖视图；

图9为对比样机二的叶轮子午面剖视图；

图10为对比样机二的叶轮叶片型线图；

图11为实施例二的叶轮叶片型线各段旋转过程图；

图12为实施例二的叶轮叶片型线光滑连接示意图；

图13为实施例二的叶轮叶片型线光滑连接示意图的Ⅲ部放大图；

图14为实施例二的叶轮叶片型线光滑连接示意图的Ⅳ部放大图；

图15为实施例二的叶轮叶片型线光滑连接成型图；

图16为实施例二的叶轮圆周面剖视图；

图17为对比样机一和实施例一的静压-体积流量曲线图；

图18为对比样机一和实施例一的静压效率-体积流量曲线图；

图19为对比样机二和实施例二的静压-体积流量曲线图；

图20为对比样机二和实施例二的静压效率-体积流量曲线图。

具体实施方式

实施例1

参考图1-2，为已有技术单一弧形叶片的叶轮圆周面剖视图和叶片型线(叶片工作面在叶轮圆周面视图上的投影线)图，已有技术单一弧形叶片及叶轮作为对比样机一，该对比样机一的叶片型线“abcd”弧线上，将叶片型线分为“ab”、“bc”和“cd”三段，对比样机一的后向离心通风机叶片中，三段弧形“ab”、“bc”和“cd”的弧线半径为Ra。其中a点对应叶片出口半径R₂＝ΦD₂/2，d点对应叶片进口半径R₁＝ΦD₁/2，叶片包角为Φ，以叶轮中心为圆心，b点所在圆的半径为R₄、c点所在圆的半径为R₃。形成的叶片通道的进口宽度为U、出口宽度为W。

参考图3-8，本发明实施例一在对比样机的叶片基础上，作进一步改进。本发明一种后向离心通风机的复合弧线叶片及叶轮，包括前盘、后盘以及设置在所述前盘和后盘之间的弧形叶片，弧形叶片外缘由多段弧线复合而成，从进风到出风方向依次包括进风段“d₁w”、第一过渡段“wvu”、中间段“ug”、第二过渡段“gfe”和出风段“ea₁”，所述多段弧线任两段相邻弧线之间光滑连接，也就是说任两段相邻弧线之间都是相切连接的，复合弧线叶片是一平滑的整体。其中进风段、中间段和出风段为半径相同的弧线，第一过渡段和第二过渡段为“S”形弧线。

进一步的，对比样机一中的“cd”作为初始进风段，对比样机一中的“ab”段作为初始出风段，对比样机一中的“bc”段作为初始中间段；其中初始进风段的弧长为L₃，初始中间段的弧长为L₂，初始出风段的弧长为L₁，L＝L₁+L₂+L₃，实施例一的初始中间段的弧长满足L₂/L＝0.671；初始出风段的弧长满足L₁/L＝0.207；初始进风段的弧长满足L₃/L＝0.122。

本实施例中，初始出风段以叶轮中心为圆心，沿叶片旋转方向偏转2°形成出风偏转段。偏转后，a、a₁两点均在半径为R₂的圆周上。

初始进风段以叶轮中心为圆心，沿叶片旋转方向偏转1°，形成进风偏转段。偏转后，c、c1两点均在半径为R₃的圆周上，d、d1两点均在半径为R₁的圆周上。

采用“S”形弧线“efg”和“uvw”光滑连接“a₁b₁”、“bc”、“c₁d₁”这三段弧线，从而形成了包括七段弧线的实施例一叶片弧线，其中叶片包角为Φ₁。其中构成“S”形弧线的第二过渡段“efg”的两段弧线“ef”段和“fg”段的凸出方向相反：“ef”段为向远离叶轮中心方向凸出的弧线段、“fg”段为叶轮中心方向凸出的弧线段；构成“S”形弧线第一过渡段“uvw”的两段弧线“uv”段和“vw”段的凸出方向相反：“uv”段为向叶轮中心方向凸出的弧线段、“vw”段为向远离叶轮中心方向凸出的弧线段；形成的叶片通道的进口宽度为U₁、出口宽度为W₁。

本实施例中，用“S”形弧线“efg”光滑连接“a₁b₁”和“bc”两段弧线的具体做法为，在弧形“a₁b₁”上取“e”点，作弧线“ef”与弧线“a₁b₁”相切，“S”形弧线“efg”中，“g”点在弧线“bc”上，弧线“fg”与弧线“bc”相切，最后，去除弧线“eb₁”段和弧线“bg”段，形成光滑弧线“efg”。

本实施例中，用“S”形弧线“uvw”光滑连接“bc”和“c₁d₁”两段弧线的具体做法为，在弧形“bc”上取“u”点，作弧线“uv”与弧线“bc”相切，“S”形弧线“uvw”中，“w”点在弧线“c₁d₁”上，弧线“vw”与弧线“c₁d₁”相切，最后，去除弧线“uc”段和弧线“c₁w”段，形成光滑弧线“uvw”。

经过以上方法对已有叶片进行设计，形成光滑的复合弧线叶片“a₁efguvwd₁”。

本发明复合弧线叶片，由于初始出风段偏转角度比初始进风段偏转角度略大，导致相比单一弧线叶片其叶片包角略有减小，对比样机一的包角为61.5°，实施例一的包角为60.5°，本发明实施例一和对比样机一的叶片包角均处于合适的包角范围：55°～65°。

以下对本发明实施例一和对比样机一的性能进行比较。

实施例一样机和对比样机一的后向离心通风机相比较而言，除了叶片截面弧线形状的不同以外，其余主要结构尺寸以及匹配的电机和运行转速均相同。二者相同的特征结构参数如下：

轮盘外径：ΦD₃＝Φ636mm

叶片外径：ΦD₂＝Φ356mm

叶片内径：ΦD₁＝Φ570mm

叶片厚度：2.5mm

叶片进口安装角：β_1A＝16.5°

叶片进口安装角：β_2A＝28.5°

通风机主要参数对比见表1：

表1

通风机性能曲线对比见图17和图18。

实施例2

参考图9-10，为另一已有技术弧形叶片的叶轮圆周面剖视图和叶片型线(叶片工作面在叶轮圆周面视图上的投影线)图，该已有技术复合弧形叶片及叶轮作为对比样机二，对比样机二的叶片有三段半径不同的弧线“ab”、“bc”和“cd”组成，对应的半径分别为Ra、Rb、Rc。其中a点对应叶片出口半径R₂＝ΦD₂/2，d点对应叶片进口半径R₁＝ΦD₁/2，叶片包角为Φ，以叶轮中心为圆心，b点所在圆的半径为R₄、c点所在圆的半径为R₃。形成的叶片通道的进口宽度为U、出口宽度为W。

参考图11-16，本发明实施例二的对比样机二的叶轮叶片截面形状为具有不同半径的三段弧线形组成的复合弧线形；本发明实施例二的叶轮叶片截面形状是将对比样机二的叶片各段弧线经过本发明的设计方法形成的复合弧形叶片。

实施例二样机和对比样机二的后向离心通风机相比较而言，除了叶片截面弧线形状的不同以外，其余主要结构尺寸以及匹配的电机和运行转速均相同。二者相同的特征结构参数如下：

轮盘外径：ΦD₃＝Φ636mm

叶片外径：ΦD₂＝Φ356mm

叶片内径：ΦD₁＝Φ570mm

叶片厚度：2.5mm

叶片进口安装角：β_1A＝18°

叶片进口安装角：β_2A＝30°

L₁/L＝0.240

L₂/L＝0.556

L₃/L＝0.200

对比样机二的包角为61.5°，实施例二的包角为60.5°。本发明实施例二和对比样机二的叶片包角一样，均处于合适的包角范围：55°～65°。

通风机主要参数对比见表2：

表2

通风机性能曲线对比见图19和图20。

Claims (8)

1.一种后向离心通风机的复合弧线叶片的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将已有的弧形叶片沿弧长方向分为三段：初始进风段“cd”、初始中间段“bc”和初始出风段“ab”；

(2)以叶轮中心为圆心将所述初始出风段“ab”沿叶片旋转方向偏转角度θ₁，形成出风偏转段“a₁b₁”；

(3)以叶轮中心为圆心将所述初始进风段“cd”沿叶片旋转方向偏转角度θ₂，形成进风偏转段“c₁d₁”；

(4)用“S”形弧线“uvw”将所述进风偏转段“c₁d₁”和初始中间段“bc”光滑连接，形成第一过渡段，其中“w”点在弧线“c₁d₁”上，“u”点在弧线“bc”上，“v”点是“S”形弧线的转折点；

(5)用“S”形弧线“efg”将所述出风偏转段和初始中间段“bc”光滑连接，形成第二过渡段，其中“e”点在弧线“a₁b₁”上，“g”点在弧线“bc”上，“f”点是“S”形弧线的转折点；

(6)切除“eb₁”、“bg”、“uc”和“c₁w”段，形成光滑的复合弧线叶片“a₁efguvwd₁”，所述弧形叶片从进风到出风方向依次包括，进风段“wd₁”，第一过渡段“uvw”，中间段“gu”，第二过渡段“efg”，出风段“a₁e”。

2.根据权利要求1所述的复合弧线叶片，其特征在于，所述进风段、中间段和出风段为曲率相同或不同的弧线。

3.根据权利要求1所述的复合弧线叶片，所述已有的弧形叶片总弧长为L，所述初始进风段“cd”弧长为L₃、初始中间段“bc”弧长为L₂，初始出风段“ab”弧长为L₁，其特征在于，L₁/L＝0.2～0.4，L₂/L＝0.5～0.7，L₃/L＝0.1～0.2。

4.根据权利要求1所述的复合弧线叶片，其特征在于，所述θ₂的角度范围为0.5°～3°。

5.根据权利要求1所述的复合弧线叶片，其特征在于，所述θ₁的角度范围为1°～6°。

6.根据权利要求1所述的复合弧线叶片，其特征在于，所述第一过渡段包括两段弧度方向相反的弧线，其中与中间段连接的弧线向叶片非工作面方向凸出，与进风段连接的弧线向叶片工作面方向凸出。

7.根据权利要求1所述的复合弧线叶片，其特征在于，所述第二过渡段包括两段弧度方向相反的弧线，其中与中间段连接的弧线向叶片非工作面方向凸出，与出风段连接的弧线向叶片工作面方向凸出。

8.一种后向离心通风机的叶轮，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的复合弧线叶片。

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