CN113606187B - 高速离心风机三元叶轮的纹路型叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了高速离心风机三元叶轮的纹路型叶片，相邻叶片之间具有叶轮流道，所述叶轮流道由三元叶轮运转时的前向叶片、后向叶片及轮盘围成，所述叶轮流道在前向叶片上的工作面为功能面一，所述叶轮流道在后向叶片上的工作面为功能面二，所述叶轮流道在轮盘上的工作面为功能面三，所述功能面一上具有沟纹一，功能面三上具有沟纹二，功能面二为光滑面，所述沟纹一从叶片的梢部呈“√”趋势延伸向根部，沟纹二与沟纹一在根部相接并延伸向轮盘的边缘。本发明具有沟纹二与沟纹一的三元叶轮的结构能在光滑叶片的基础上进一步降低三元叶轮工作时的噪音。

Description

高速离心风机三元叶轮的纹路型叶片
技术领域
本发明属于风机叶轮技术领域，特别涉及高速离心风机三元叶轮的纹路型叶片。
背景技术
三元流设计技术是根据“三元流动理论”将叶轮内部的三元立体空间无限地分割，通过对叶轮流道内各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮内流体流动的数学模型，进行网格划分和流场计算。运用三元流设计方法优化叶片的进出安放角、叶片数、扭曲叶片各截面形状等要素，其结构可适应流体的真实流态，从而避免叶片工作面的流动分离，减少流动损失，并能控制内部全部流体质点的速度分布，获得泵体内部的最佳流动状态，保证流体输送的效率达到最佳。
高速离心风机的叶轮在高转速下会产生高频噪音，严重污染环境。现有技术对于降低叶轮工作噪音采取了不同的方法，如改变叶轮的结构特征、设计泵体的安装结构等。而如何降低高速离心风机工作时的噪音也是本领技术人员一直努力的方向。
发明内容
本发明针对上述现有技术的存在的问题，提供高速离心风机三元叶轮的纹路型叶片，本发明旨在于提供在不改变三元叶轮基本形状的基础上进一步降低噪音。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
高速离心风机三元叶轮的纹路型叶片，所述三元叶轮的叶片具有根部和梢部，所述根部与三元叶轮的轮盘相接，同一叶片的根部和梢部的轮廓线不共面，以三元叶轮工作时的运转方向为准，所述梢部前置于根部，所述梢部向根部弯曲形成叶片，相邻叶片之间具有叶轮流道，所述叶轮流道由三元叶轮运转时的前向叶片、后向叶片及轮盘围成，所述叶轮流道在前向叶片上的工作面为功能面一，所述叶轮流道在后向叶片上的工作面为功能面二，所述叶轮流道在轮盘上的工作面为功能面三，所述功能面一上具有沟纹一，功能面三上具有沟纹二，功能面二为光滑面，所述沟纹一从叶片的梢部呈“√”趋势延伸向根部，沟纹二与沟纹一在根部相接并延伸向轮盘的边缘。
进一步的，所述沟纹一包括平直部和弯曲部，所述平直部与梢部的轮廓线所在方向A夹角为α，α为100°～120°，所述弯曲部在接点处与平直部相切，所述弯曲部在轮盘上的投影为圆弧L，圆弧L的圆心B在辅助线M上，所述辅助线M经过平直部和弯曲部的接点且垂直于平直部，弯曲部投影所成圆弧L的半径等于平直部和弯曲部的接点到三元叶轮的中心轴线的垂直距离。
本发明的有益效果为：本发明具有沟纹二与沟纹一的三元叶轮的结构能在光滑叶片的基础上进一步降低三元叶轮工作时的噪音，通过模拟和试验验证，在设置了沟纹二与沟纹一后，沟纹二与沟纹一对进入叶轮流道内的空气起到了更好的导向作用，提高了空气流畅度，减少了空气在叶轮流道内的窜动，进而降低了音噪。进一步的，通过对沟纹的不同设置及验证发现，并不是叶轮流道所有面上都设置沟纹都有利于降噪，而且该沟纹在符合实施例中记载的特征时，才具有明显的降噪效果。
说明书附图
图1为本发明加工的三元叶轮的立体结构示意图；
图2为本发明加工的三元叶轮的截面结构示意图；
图3为本发明加工的三元叶轮的俯视结构示意图；
图4为图3中A-A的剖面示意图；
图5为三元叶轮的工作状态下转动示意图；
图6为叶轮流道内沟纹的布置图；
图7为沟纹一的特征图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1～4所示，为本实施例中欲加工成型的三元叶轮的结构示意图，该三元叶轮为半开式叶轮，该三元叶轮由轮盘和叶片构成，轮盘和叶片为一体式结构，相邻叶片之间具有叶轮流道，本实施例中叶片数量为八片，且叶片的结构完全相同。叶轮的进风口叶片直径108mm，出风口轮盘直径200mm，叶轮总厚度65mm，叶片曲面弧长50mm，叶片曲面半径R50mm。
该图1和5中，三元叶轮的叶片具有根部100和梢部200，根部100为叶轮的出风口，根部100与三元叶轮的轮盘300相接，梢部200为叶轮的进风口，根部100和梢部200的轮廓线延长与三元叶轮的轴线相交，且根部100和梢部200的轮廓线在轮盘300面上的正投影具有夹角，以三元叶轮工作时的运转方向为准(如图5中箭头方向所示)，梢部200前置于根部100，梢部200向根部100弯曲形成叶片，相邻叶片之间具有叶轮流道400。
本实施例的关键在于形成叶轮流道400的叶片及轮盘300表面的纹路设计，具体如下：
如图6所示，每个叶轮流道400由三元叶轮运转时的前向叶片(前向叶片指三元叶轮运转时位于转动方向的前侧)、三元叶轮运转时的后向叶片、以及前向叶片与后向叶片之间的轮盘300面围成，叶轮流道400在前向叶片上的工作面为功能面一410，叶轮流道400在后向叶片上的工作面为功能面二420，叶轮流道400在轮盘300上的工作面为功能面三430，其中功能面一410上具有沟纹一440，功能面三430上具有沟纹二450，沟纹一440从叶片的梢部200延伸向根部100，沟纹二450与沟纹一440在根部100相接并延伸向轮盘300的边缘。
功能面二420不进行沟纹加工，且需要保持其光滑度。
如图7所示，沟纹一440包括平直部441和弯曲部442，平直部441与梢部200的轮廓线所在方向A夹角为α，α为100°～120°，弯曲部442在接点处于平直部441相切，弯曲部442从与平直部441接点处向三元叶轮的中心轴线向弯曲直至延伸至根部100，该弯曲部442在轮盘300上的投影为圆弧L，圆弧L的圆心B在辅助线M上，该辅助线M经过平直部441和弯曲部442的接点且垂直于平直部441，弯曲部442投影所成圆弧L的半径等于平直部441和弯曲部442的接点到三元叶轮的中心轴线的垂直距离。
实施例2～7
基于实施例1记载的三元叶轮的结构，对其进行如下的性能测试，该测试中包含测试叶轮、对照叶轮一和对照叶轮二。
测试叶轮、对照叶轮一和对照叶轮二的规格限定：叶片数量为八片，叶轮的进风口叶片直径108mm，出风口轮盘直径200mm，叶轮总厚度65mm，叶片曲面弧长50mm，叶片曲面半径R50mm。
测试叶轮：具有沟纹二450与沟纹一440，α为110°。
对照叶轮一：不具有沟纹二450与沟纹一440，即叶轮流道400的围成面均为光滑设置。
对照叶轮二：不仅具有沟纹二450与沟纹一440，同时在功能面二420上也具有沟纹三(图中未示出)，该沟纹三与沟纹一440相同。由于功能面二420与功能面一410为同一叶片的两个面，形状是几乎一致的，故而将沟纹三设置成与沟纹一440相同。
测试过程中控制叶轮转速相同(正负偏差不超过5％)，在相同的隔音环境内进行测试。
表1为2～7的测试参数及性能数据。
Figure BDA0003259620500000051
Figure BDA0003259620500000061
实施例8～13
基于实施例1记载的三元叶轮的结构，对其进行如下的性能测试，该测试仅使用测试叶轮，不同的实施例测试叶轮的α不同。
测试叶轮的规格限定：叶片数量为八片，叶轮的进风口叶片直径108mm，出风口轮盘直径200mm，叶轮总厚度65mm，叶片曲面弧长50mm，叶片曲面半径R50mm。
测试过程中控制叶轮转速相同(正负偏差不超过5％)，在相同的隔音环境内进行测试。
表2为8～13的测试参数及性能数据。
Figure BDA0003259620500000062
根据表1和表2的结果可知，本发明具有沟纹二450与沟纹一440的三元叶轮的结构能在光滑叶片的基础上进一步降低三元叶轮工作时的噪音，通过模拟和试验验证，在设置了沟纹二450与沟纹一440后，沟纹二450与沟纹一440对进入叶轮流道400内的空气起到了更好的导向作用，提高了空气流畅度，减少了空气在叶轮流道400内的窜动，进而降低了音噪。进一步的，通过对沟纹的不同设置及验证发现，并不是叶轮流道400所有面上都设置沟纹都有利于降噪，而且该沟纹在符合实施例中记载的特征时，才具有明显的降噪效果。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.高速离心风机三元叶轮的纹路型叶片，所述三元叶轮的叶片具有根部(100)和梢部(200)，所述根部(100)与三元叶轮的轮盘(300)相接，同一叶片的根部(100)和梢部(200)的轮廓线不共面，以三元叶轮工作时的运转方向为准，所述梢部(200)前置于根部(100)，所述梢部(200)向根部(100)弯曲形成叶片，相邻叶片之间具有叶轮流道(400)，所述叶轮流道(400)由三元叶轮运转时的前向叶片、后向叶片及轮盘(300)围成，其特征在于，所述叶轮流道(400)在前向叶片上的工作面为功能面一(410)，所述叶轮流道(400)在后向叶片上的工作面为功能面二(420)，所述叶轮流道(400)在轮盘(300)上的工作面为功能面三(430)，所述功能面一(410)上具有沟纹一(440)，功能面三(430)上具有沟纹二(450)，功能面二(420)为光滑面，所述沟纹一(440)从叶片的梢部(200)呈“√”趋势延伸向根部(100)，沟纹二(450)与沟纹一(440)在根部(100)相接并延伸向轮盘(300)的边缘；
所述沟纹一(440)包括平直部(441)和弯曲部(442)，所述平直部(441)与梢部(200)的轮廓线所在方向A夹角为α，α为100°～120°，所述弯曲部(442)在接点处与平直部(441)相切，所述弯曲部(442)在轮盘(300)上的投影为圆弧L，圆弧L的圆心B在辅助线M上，所述辅助线M经过平直部(441)和弯曲部(442)的接点且垂直于平直部(441)，弯曲部(442)投影所成圆弧L的半径等于平直部(441)和弯曲部(442)的接点到三元叶轮的中心轴线的垂直距离。
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