CN114165291A - 一种气动叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明属于叶轮领域，公开了一种气动叶轮，包括叶片，叶片具有弧形连接的叶盆面和叶背面，叶背面具有弧形连接的前缘部和导流部，叶盆面的曲率半径为导流部的70％‑90％，前缘部的曲率半径为导流部的4.3％‑5.5％，叶盆面的表面具有第一预定点，导流部的表面具有第二预定点，第一预定点和第二预定点均位于轮毂的同个横截面上，且均位于一个以轮毂的中心为圆心的圆周上，将经过第一预定点并与叶盆面表面相切的直线作为第一切线，将经过轮毂的中心和第一预定点的直线作为参照线，将经过第二预定点并与导流部表面相切的直线作为第二切线，第一切线和第二切线形成的锐角范围为6°‑8°，第一切线与参照线形成的锐角范围为30°‑33°。

Description

一种气动叶轮
技术领域
本发明属于叶轮领域，具体涉及一种气动叶轮。
背景技术
低压启动压差发电技术是解决城市天然气调压站及边远地区调压站低成本、安全、方便、自供电的关键新技术。
其实施方式具体为通过外部气流驱动气动叶轮旋转，再由旋转的气动叶轮为发电机提供充分的转矩，从而使得发电机有效地向外部输出功率。
但目前，这种实施方式的压差条件必须大于等于0.4MPa，否则不能很好的为发电机提供充分的转矩，使得发电机不能有效地输出功率，并且这个0.4MPa的限制已经困扰业界多时，使大量的低压天然气调压站无法实现自供电。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种气动叶轮，该气动叶轮通过对叶片的特定参数进行系统有针对性的设计，使得该气动叶轮能够在压差为0.025MPa 时为发电机提供充分的转矩。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案为：
一种气动叶轮，通过外部气流驱动，其特征在于，包括：轮毂；以及多个叶片，多个叶片以轮毂的中心为圆心呈圆形均匀设置，并且多个叶片均沿轮毂的高度方向设置，叶片具有弧形连接的叶盆面和叶背面，叶盆面呈弧形且朝向外部气流设置，叶背面由弧形连接的前缘部和导流部组成，前缘部与导流部均呈弧形，且导流部较前缘部靠近轮毂的中心，叶盆面的曲率半径为导流部的 70％-90％，前缘部的曲率半径为导流部的4.3％-5.5％，叶盆面的表面具有第一预定点，导流部的表面具有第二预定点，第一预定点和第二预定点均位于轮毂的同个横截面上，且均位于一个以轮毂的中心为圆心的圆周上，将经过第一预定点并与叶盆面表面相切的直线作为第一切线，将经过轮毂的中心和第一预定点的直线作为参照线，将经过第二预定点并与导流部表面相切的直线作为第二切线，第一切线和第二切线形成的锐角范围为6°-8°，第一切线与参照线形成的锐角范围为30°-33°。
优选地，气动叶轮还包括叶片护板，轮毂具有叶片安装板，叶片安装板与叶片护板平行设置，多个叶片垂直安装在叶片安装板和叶片护板之间。
进一步地，叶片安装板具有以轮毂的中心为圆心的圆形边缘，叶片护板呈以轮毂的中心为圆心的圆环状，且叶片护板的边缘与叶片安装板的边缘对应。
进一步地，叶片安装板上具有多个压力平衡孔，多个压力平衡孔以轮毂的中心为圆心呈圆形均匀分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.因为本发明的实施例中的气动叶轮的叶盆面的曲率半径为导流部的 70％-90％，前缘部的曲率半径为导流部的4.3％-5.5％，第一切线和第二切线形成的锐角范围为6°-8°，第一切线与参照线形成的锐角范围为30°-33°，因此，通过叶盆面、前缘部以及导流部的不同曲率半径的优化配合，使得气流能够以层流方式快速地驱动每个叶片，通过第一切线和第二切线形成的锐角，第一切线与参照线形成的锐角的配合，使得流过叶片的气流能汇流至轮毂的中央部分而不干扰其他叶片的层流，从而通过对叶片的特定参数进行系统有针对性的设计，使得气动叶轮能够在压差为0.025MPa时为发电机提供充分的转矩。
2.因为本发明的实施例的气动叶轮还具有叶片护板，轮毂具有叶片安装板，多个叶片安装在叶片安装板和叶片护板之间，因此，在气动叶轮安在相应的装置内时，例如壳体，能够使外部气流集中在叶片护板与叶片安装板之间流动，从而方便且低成本的大大提高气动叶轮的驱动效率。
3.因为本发明的叶片安装板上具有多个压力平衡孔，多个压力平衡孔以轮毂的中心为圆心呈圆形均匀设置，因此，在气动叶轮安在相应的装置内时，流经叶片做功后的气体将通过压力平衡保持气动叶轮的两侧气压相当，从而实现气动叶轮在装置中时的周向受力平衡。
附图说明
图1为本发明的实施例的气动叶轮的示意图；
图2为本发明的实施例的气动叶轮的剖视图；
图3为本发明的实施例的轮毂和叶片的示意图；
图4为本发明的实施例的轮毂和叶片的俯视图；以及
图5为本发明的实施例的图4的局部示意图。
图中：100、气动叶轮，A、外部气流方向，B、叶轮转动方向，C、预定同心圆，10、轮毂，11、过轴部，12、叶片安装板，13、压力平衡孔，20、叶片， 21、叶盆面，22、叶背面，221、导流部，222、前缘部，D、第一预定点，E、第二预定点，α、第一锐角，β、第二锐角，30、叶片护板。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的一种气动叶轮作具体阐述，需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
如图1和图2所示，本实施例中的一种气动叶轮100，通过外部气流驱动，包括轮毂10、叶片20以及叶片护板30。
在本实施例中，外部气流方向为A，气动叶轮100被外部气流驱动的转动方向为B。
轮毂10包括过轴部11、叶片安装板12以及压力平衡孔13。
在本实施例中，过轴部11为轮毂10中心的圆柱状轴部凸台，过轴部11 通过键连接插装在外部驱动轴上。
叶片安装板12具有以轮毂10的中心为圆心的圆形边缘，在本实施例中，叶片安装板12为垂直于过轴部11圆周面并沿过轴部11径向延伸形成的具有圆形边缘的板体。
压力平衡孔13位于叶片安装板12上，数量为多个，多个压力平衡孔13 以轮毂10的中心为圆心呈圆形均匀分布，在本实施例中，压力平衡孔13的数量为四个。
如图3和图4所示，叶片20的数量为多个，多个叶片20以轮毂10的中心为圆心呈圆形均匀设置，并且多个叶片20均沿轮毂10的高度方向设置，多个叶片20的端部均安装在叶片安装板12上。
叶片20具有弧形连接的叶盆面21和叶背面22。
叶盆面21呈弧形且朝向外部气流设置，即外部气流方向A指向叶盆面21。
叶背面22由弧形连接的前缘部222和导流部221组成，前缘部222与导流部221均呈弧形，且导流部221较前缘部222靠近轮毂10的中心，前缘部 222的曲率半径为导流部221的4.3％-5.5％，叶盆面21的曲率半径为导流部 221的70％-90％，当外部气流流过叶片20时，前缘部222上流速高于叶盆面 21，从而外部气流在前缘部222和叶盆面21产生压力差，增大了外部气流对叶片的做功效果，在本实施例中，叶盆面21的曲率半径为50-80mm，导流部221的曲率半径为70-90mm，前缘部222的曲率半径为3-5mm。
如图4和图5所示，叶盆面21的表面具有第一预定点，导流部221的表面具有第二预定点，第一预定点和第二预定点均位于轮毂10的同个横截面上，且均位于一个以轮毂10的中心为圆心的圆周上，将经过第一预定点并与叶盆面21表面相切的直线作为第一切线，将经过轮毂10的中心和第一预定点的直线作为参照线，将经过第二预定点并与导流部221表面相切的直线作为第二切线，第一切线和第二切线形成的锐角范围为6°-8°，第一切线与参照线形成的锐角范围为30°-33°，通过上述的各部分的曲率半径的相互比例的设置以及叶片20的相关角度的特定设置，使得叶片20之间形成特定空间形状的气流间隙，做功后的外部气流通过该气流间隙流动，而不发生回冲现象，不会引起紊流，使得外部气流对叶片20做功效率能够进一步地提高，将业内的最低驱动气流压差从0.4MPa进一步地降低，在本实施例中，预定同心圆C与轮毂10 同轴，且位于垂直于过轴部11的高度方向的轮毂10的横截面上，在同个叶片 20的叶盆面21及导流部221的表面分别形成第一预定点D和第二预定点E，第一切线与参照线形成的锐角即为图5所示的α，第一切线和第二切线形成的锐角即为图5所示的β，叶片20的最低驱动气流压差能够降至0.025MPa。
叶片护板30呈以轮毂10的中心为圆心的圆环状，并与叶片安装板12平行设置，叶片护板30的外边缘与叶片安装板12的外边缘对应，多个叶片20 的端部均安装在叶片护板30上，且叶片护板30将多个叶片20的端部完全覆盖，即多个叶片20均垂直安装在叶片护板30和叶片安装板12之间，从而使得外部气流仅能从叶片20之间的气流间隙内流入或者流出气动叶轮100。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种气动叶轮，通过外部气流驱动，其特征在于，包括：
轮毂；以及
多个叶片，该多个叶片以所述轮毂的中心为圆心呈圆形均匀设置，并且所述多个叶片均沿所述轮毂的高度方向设置，
所述叶片具有弧形连接的叶盆面和叶背面，所述叶盆面呈弧形且朝向所述外部气流设置，
所述叶背面由弧形连接的前缘部和导流部组成，所述前缘部与所述导流部均呈弧形，且所述导流部较所述前缘部靠近所述轮毂的中心，
所述叶盆面的曲率半径为所述导流部的70％-90％，所述前缘部的曲率半径为所述导流部的4.3％-5.5％，
所述叶盆面的表面具有第一预定点，所述导流部的表面具有第二预定点，所述第一预定点和所述第二预定点均位于所述轮毂的同个横截面上，且均位于一个以所述轮毂的中心为圆心的圆周上，
将经过所述第一预定点并与所述叶盆面表面相切的直线作为第一切线，将经过所述轮毂的中心和所述第一预定点的直线作为参照线，将经过所述第二预定点并与所述导流部表面相切的直线作为第二切线，
所述第一切线和所述第二切线形成的锐角范围为6°-8°，所述第一切线与所述参照线形成的锐角范围为30°-33°。
2.根据权利要求1所述的气动叶轮，其特征在于，还包括：
叶片护板，
所述轮毂具有叶片安装板，该叶片安装板与所述叶片护板平行设置，
所述多个叶片垂直安装在所述叶片安装板和所述叶片护板之间。
3.根据权利要求2所述的气动叶轮，其特征在于：
其中，所述叶片安装板具有以所述轮毂的中心为圆心的圆形边缘，
所述叶片护板呈以所述轮毂的中心为圆心的圆环状，且所述叶片护板的边缘与所述叶片安装板的边缘对应。
4.根据权利要求2所述的气动叶轮，其特征在于：
其中，所述叶片安装板上具有多个压力平衡孔，所述多个压力平衡孔以所述轮毂的中心为圆心呈圆形均匀分布。
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