CN111946664A - 一种带开缝结构的离心通风机叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带开缝的离心通风机叶片。本发明采用开缝技术法对原始模型叶片进行优化，该开缝叶片长叶片部分为平板形，短叶片部分为翼型，具有的主要参数包括长叶片长宽与厚度、短叶片长宽与厚度、缝隙宽度、长短叶片重合长度、短叶片偏转角，其中对风机性能影响较大的有缝隙宽度、长短叶片重合长度、短叶片偏转角。短叶片逆转角时，夹缝处会形成射流，使得短叶片吸力面侧的边界层厚度变薄，抑制分离。开缝技术不但可以提高效率和压比，能够拓宽风机高效运行区域，降低噪声，而且还能改善含尘、含湿气流在输运过程中对叶片的黏附和磨损现象。

Description

一种带开缝结构的离心通风机叶片
技术领域
本发明属于风机设备领域，涉及离心通风机，具体涉及一种带开缝结构的离心通风机叶片。
背景技术
叶轮机械在国民经济中占有重要的地位，特别是在动力、能源、化工、航空、冶金等专业领域获得了广泛的应用。叶轮机械在工作同时也消耗着大量的电力。能源问题又是我国经济发展的突出问题，其主要表现为能源利用率低，造成这一问题的原因是多方面的，其中一个主要因素就是设备本身的效率问题。针对能源日益紧张的现状，设计效率高、工况范围宽、运行安全性好的叶轮机械成为相关领域工作者不懈追求的目标。随着现代工业规模的扩大和叶轮机械相关科学技术的发展，现代叶轮机械向着高参数、高性能、高可靠性方向发展；随着技术的不断进步，对叶轮机械内部流场的研究越来越引起动力工程师的关注，一个稳定高效的流场不仅确保叶轮机械具有高性能和高经济性，而且是其达到高可靠性的重要保证，这就对叶轮机械的研究和设计提出了更加苛刻的要求。
一般情况下，离心通风机被选用时会保证最大流量的富余，这导致离心通风机会在低于额定流量工况条件下运行。离心通风机叶轮通道中的流动很复杂,低于额定流量工况条件下叶轮通道中容易产生气流分离现象,特别是叶片尾缘的吸力面附近分离现象严重，这给风机的性能带来不良的影响,使效率下降,并可能产生较大旋涡噪声。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种带开缝结构的离心通风机叶片，旨在解决小流量工况下叶片尾缘的吸力边附近分离现象，从而拓宽风机高效运行区域。
一种带开缝结构的离心通风机叶片，设置在通风机的叶轮内，其特征在于，包括若干组叶片组件，各所述叶片组件均包括一个长叶片和一个短叶片，所述长叶片为平板型叶片，所述短叶片为翼型叶片，所述长叶片和短叶片之间具有局部重合，且长叶片和短叶片的重合部之间具有缝隙。
在上述的带开缝结构的离心通风机叶片中，所述短叶片弦线相对于长叶片弦线的偏转角和风机叶轮旋转方向相反，所述短叶片的偏转角为g。
在上述的带开缝结构的离心通风机叶片中，所述长短叶片之间的缝隙宽度为e，e＝Qn/(n*D*π)*0.1，其中D为叶轮的直径，n为叶片组件的组数，Qn为风机额定流量。
在上述的带开缝结构的离心通风机叶片中，所述短叶片的偏转角g＝min[|90(1-Q/Qn)|,15],Q为风机实际工作流量。
在上述的带开缝结构的离心通风机叶片中，所述长叶片长度为a，短叶片长度为c，长短叶片的重合长度为f，叶片组件的有效长度为C，C＝a+c-f，所述短叶片长度c＝C*N1，N1的数值区间为[0.25,0.35]，所述长短叶片的重合长度f＝c*N2，N2的数值区间为[0.08,0.14]。
在上述的带开缝结构的离心通风机叶片中，所述e和f的比值区间为(1，1.5]。
在上述的带开缝结构的离心通风机叶片中，所述长叶片厚度为b，短叶片尾缘厚度为d，b和d的比值区间为[1.5,3]
与现有技术相比，本发明提出了一种带开缝结构的离心通风机叶片，将离心通风机普通叶片用长短两个叶片组代替，长短叶片之间存在一个夹缝通道，开缝叶片由于夹缝的存在，气流会在夹缝出口形成射流，夹缝中的射流能抑制短叶片尾缘边界层的分离(叶片尾缘吸力面上的边界层分离现象)，尾迹区受射流的影响，使其速度梯度减小，同时分离区受到抑制，改善了叶轮内流场状态，提高了效率，拓宽了风机高效运行区域。同时长短叶片之间留有足够大的间隙,以保证不会有气流堵塞现象发生，开缝技术不但可以提高效率和压比，而且还能改善含尘、含湿气流在输运中对叶片的黏附和磨损现象，该开缝技术有利于叶轮在气固流中工作。
附图说明
图1为叶片在叶轮中的结构示意图；
图2为叶片在叶轮中剖面图；
图3为开缝叶片示意图；
图4为气动流道结构示意图。
图中：1、长叶片；2、短叶片；3、叶轮。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图一和图二所示，本发明的实施例包括若干组位于通风机的叶轮3内的叶片组件位于，各组叶片组件以叶轮3的中心呈环形阵列排列，每组叶片组件均包括一个长叶片1与一个短叶片2。本实施例中的叶轮直径为D，其它的主要参数如图三所示，包括长叶片长度a与厚度b、短叶片长度c与尾缘厚度d、缝隙宽度e、长短叶片重合长度f、其中L表示一条平行于长叶片出口切线的一条直线，L与短叶片出口切线所成的夹角为短叶片偏转角g，叶片出口在短叶片尾缘处。本实施例规定当短叶片2弦线和长叶片1弦线平行时定义为零度角，同时规定与叶轮3旋转方向一致时为顺偏转角，否则为逆偏转角，即逆时针方向为短叶片2尾缘远离同组长叶片1的方向，。
本发明旨在现有离心通风机型号上进行叶片优化，在原有模型叶片出口角与入口角确定的条件下，使开缝叶片的长叶片1保持入口角和出口角、叶片厚度不变，而短叶片2则为翼型叶片。主要变化有在原型基础上新增的缝隙宽度e、长短叶片重合长度f、短叶片偏转角g。本实施例中，叶轮直径为D，叶片组件的有效长度为C，其中C＝a+c-f，长短叶片长度总和a+c减去重合长度f的叶片组件的有效长度C即相当于原有模型的原叶片长度。
本实施例中的翼型的短叶片长度c由C得：c＝C*N1，N1的数值区间为[0.25,0.35]，优选数值区间为[0.3,0.33]。
长短叶片间缝隙宽度e＝Qn/(n*D*π)*0.1，其中D为叶轮3的直径，n为叶片组件的组数，Qn为风机额定流量。
长短叶片重合长度f＝c*N2，N2的数值区间为[0.08,0.14]，优选数值区间为[0.17,0.12],进一步优选为0.116。
偏转角为逆偏转且为g＝min[|90(1-Q/Qn)|,15]，Q为风机实际工作流量,其中15度为限定值，因为角度偏转过大反而会导致叶片表面逆压梯度过大，引发流动分离，起不到抑制分离的作用。
如图四所示，本实施例中长叶片1和短叶片2之间形成的气动流道结构形状，在该流道中，长叶片1和短叶片2构成气流流道，长叶片1吸力面主要受上端壁二次流动影响明显，短叶片2吸力面主要受分离流动影响显著。而长叶片1压力面流线受流道离心惯性力的影响，而短叶片2压力面流线分布均匀，受影响较小，本实施例中的短叶片偏转角为逆转角时，夹缝处会形成射流，使得短叶片吸力面侧的边界层厚度变薄，抑制分离，压比和效率均有提高，随着角度的继续增大，效率下降明显，所以根据实际情况合理选择偏转角是十分重要的，也是本发明的核心。短叶片偏转角的改变使长叶片尾迹区受夹缝射流区的影响显著，随着角度的增大，两个区域速度场被均匀化。本实施例在该流道中的尾迹区受射流的影响，使其速度梯度减小，同时分离区受到抑制。夹缝形成收缩形流道，通过夹缝处的流体被加速，可以形成一股高速射流，它对流场的影响非常明显，削弱了长叶片吸力面尾缘附近和短叶片吸力面边界层厚度，同时长叶片尾迹区的低能气体在高速气体的带动下也得到了加速，使得尾迹区速度梯度减小短叶片吸力面边界层变薄，气体很好地附着在表面上流动。
本实施例中开缝长短叶片技术类似分流叶片,分流叶片是在保留原叶片的基础上增加了一段短叶片，主要目的为扩压。而开缝长短叶片的短叶片位置紧靠压力边,而长叶片则截去了相应部分，主要的目是为了抑制小流量工况条件下叶片尾缘边界层的分离现象。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种带开缝结构的离心通风机叶片，设置在通风机的叶轮(3)内，其特征在于，包括若干组叶片组件，各所述叶片组件均包括一个长叶片(1)和一个短叶片(2)，所述长叶片(1)为平板型叶片，所述短叶片(2)为翼型叶片，所述长叶片(1)和短叶片(2)之间具有局部重合，且长叶片(1)和短叶片(2)的重合部之间具有缝隙。
2.根据权利要求1所述的带开缝结构的离心通风机叶片，其特征在于，所述短叶片(2)弦线相对于长叶片(1)弦线的偏转角和风机叶轮(3)旋转方向相反，所述短叶片(2)的偏转角为g。
3.根据权利要求1所述的带开缝结构的离心通风机叶片，其特征在于，所述长短叶片之间的缝隙宽度为e，e＝Qn/(n*D*π)*0.1，其中D为叶轮(3)的直径，n为叶片组件的组数，Qn为风机额定流量。
4.根据权利要求3所述的带开缝结构的离心通风机叶片，其特征在于，所述短叶片(2)的偏转角g＝min[|90(1-Q/Qn)|,15],Q为风机实际工作流量。
5.根据权利要求4所述的带开缝结构的离心通风机叶片，其特征在于，所述长叶片(1)长度为a，短叶片(2)长度为c，长短叶片的重合长度为f，叶片组件的有效长度为C，C＝a+c-f，所述短叶片(2)长度c＝C*N1，N1的数值区间为[0.25,0.35]，所述长短叶片的重合长度f＝c*N2，N2的数值区间为[0.08,0.14]。
6.根据权利要求5所述的带开缝结构的离心通风机叶片，其特征在于，所述e和f的比值区间为(1，1.5]。
7.根据权利要求1-6任意一条所述的带开缝结构的离心通风机叶片，其特征在于，所述长叶片(1)厚度为b，短叶片(2)尾缘厚度为d，b和d的比值区间为[1.5,3]。
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