CN1421615A - 前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮 - Google Patents

Abstract

一种前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮，它由叶片(1)、轮毂(2)、轴套(3)三部分构成，其特征在于叶片(1)采用叶片轴线在外段部分向旋转方向弯曲而根部是直线的叶形；叶片(1)为扭曲板形；轮毂(2)与叶片(1)之间的紧固连接形式为整体浇铸、焊接、铆接、粘接剂粘连以及螺栓连接；轴套(3)内衬于轮毂(2)的轴对称中心部位，用于与提供叶轮动力的电动机进行装配。本发明提供的轴流风机叶轮具有效率高、噪音低、成本低的显著特点。

Description

前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮

本发明属于流体机械领域，尤其是涉及风机领域中的低风压大流量轴流风机中的叶轮，广泛应用于风冷空调机组冷却排热、汽车发动机冷却、管道通风、冷却塔通风及各类局部通风场合。

风机是将旋转的机械能转换成气体压力能和动能，并将气体输送出去的通用机械设备；轴流风机指将旋转的机械能转换成气体压力能和动能，并将气体由风机轴向引入且从轴向输送出去的机械设备。风机的使用几乎涵盖了国民经济的各个领域，在我国，风机的耗电量已占国民经济总用电量的10％左右，其中轴流风机占有比较高的比重。在长期的应用实践中，人们深感现有轴流风机普遍存在效率低、噪声大、成本高、工艺复杂等缺陷，由此造成的能源浪费和噪声污染是惊人的，然而造成风机上述缺陷的主要原因是对风机叶轮特别是叶片的叶型设计还存在缺陷，因此发明高效率、低噪声、低成本的轴流风机叶轮将具有显著的社会效益和经济效益。

风机降低噪声、提高效率的关键技术在于叶片。目前，在公知的轴流风机中，叶片一般采用机翼形叶片和扭曲形叶片两大类。为降低风机噪声、提高风机效率，已有多项关于改进叶片的技术方案申请了国家专利。发明人已公布的中国专利“前弯前掠组装式轴流风机”(专利号：ZL95244262.0)提出了叶片剖面呈机翼形，叶片轴线向风机旋转方向弯曲的叶片技术方案，较好地改进了能效和噪音指标，图1为该技术方案的叶片平面投影图，其中叶片上方向左方向的箭头表示风机的旋转方向。机翼形叶片通常采用图2(a)与(b)所示的实心机翼形叶片，此外也有采用中空机翼形叶片的技术方案，但形状复杂的机翼形叶片一般只能采用铸造方式或钢板压制组合焊接方式加工，其加工工艺复杂，产品重量大，成本较高。为降低风机自重与成本，改善加工复杂程度，发明人已在中国专利“前弯前掠平板型轴流风机”(申请号：ZL01217592.7)中公布了一种叶片轴线向风机旋转方向弯曲的前弯前掠平板型叶片技术方案，其叶片平面投影图与图1相同，但叶片的截面为平板型，降低了风机的重量与成本，简化了加工难度。但由于上述两种方案叶片根部轴线为圆弧形，会产生一向外的径向分力，这将加大根部流线向外的偏移程度，势必恶化根部的流动状况，还达不到理想的噪声与效率指标。

为更好地解决效率、噪声和成本因素之间的矛盾，本发明提出了采用前向弯掠扭曲板型叶片的轴流风机叶轮的技术方案。

本发明所提供的轴流风机叶轮，包括叶片、轮毂、轴套三个部分。其特征在于叶片采用叶片轴线在外段部分向旋转方向弯曲而根部是直线的叶形；叶片为扭曲板形；轮毂与叶片之间的紧固连接形式为整体浇铸、焊接、铆接、粘接剂粘连以及螺栓连接；轴套内衬于轮毂的轴对称中心部位，用于与提供叶轮动力的电动机进行装配。

下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术特征进一步进行描述。

图1是“前弯前掠组装式轴流风机”(专利号：ZL95244262.0)及“前弯前掠平板型轴流风机”(申请号：ZL01217592.7)的叶片平面投影图。

图2是“前弯前掠组装式轴流风机”(专利号：ZL95244262.0)叶片局部截面平面展开图。

图3是前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮的正视图。

图4是前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮的左视图。

图5是前向弯掠扭曲板型叶片平面投影图。

图6是前向弯掠扭曲板型叶片平面投影图的左视图。

图7是前向弯掠扭曲板型叶片平面投影图中局部截面平面展开图。

图8是前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮轴套结构图。

上述图1、图3、图6中叶片上方向左方向的箭头表示风机的旋转方向。

本发明提出的前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮的结构如图3、图4所示，该叶轮由叶片1、轮毂2、轴套3三部分构成。叶片1与轮毂2之间采用整体浇铸、焊接、铆接、粘接剂粘连以及螺栓方式连接，根据实际使用场合的风量、风压指标不同，叶片1的数量取3-8片之间，叶片1与轮毂2的材料可以为金属板材、工程塑料或玻璃钢。

在图1与图2所描述的叶轮结构中，轴套3位于轮毂2的轴对称中心部位，采用紧配合方式内衬轮毂2内。如图5所示，轴套3内有键槽，用于与向风机提供动力的电动机轴进行连接，以装配成完整的风机。

本发明采用的扭曲板形叶片1，具有比较规则的截面形状，因此加工工艺简单，重量轻，大幅度降低了材料成本和加工成本。

本发明轴流风机叶轮的参数为：

比转速n_s＝200-272    压力系数P＝0.075-0.13

流量系数Q＝0.22-0.30  轮毂比v＝0.25-0.35(v＝d/D)

风机降低噪声、提高效率的关键在于叶片的形状。本发明提出的前向弯掠扭曲板型叶片形状如图6、图7、图8所示。图6为前向弯掠扭曲板型叶片平面投影图；图7为平面投影图的左视图；图8为平面投影图F-F截面平面展开图。其中图6与图7中的辅助描述线a-a、b-b、c-c、d-d、e-e、f-f、g-g、h-h、i-i、j-j、k-k、l-l、m-m与轴线O-O是一一对应的。

在图6、图7中，轴线O-O外段为圆弧曲线，其圆弧曲率半径为r，根部为直线；曲面辅助描述线a-a、b-b、…、m-m线为不等曲率曲线，并且根部部分曲线与轴线O-O保持相似渐近关系，外段部分曲线与轴线O-O保持相似渐远关系。D为叶轮外径，d为轮毂外径。在图8中，u为F-F截面的安装角，L为弦长，R为曲率半径，y^*为截面轴线的位置，b为叶片厚度。

在低风压大流量轴流风机中，为了增大流通部分的面积，风机的轮毂比(V＝d/D)-般都取得比较小(V＝d/D≤0.3，式中d为轮毂直径，D为叶轮外径)。在这种情况下，为了减少叶片的扭曲程度以及能充分利用外径处线速度较大的叶片部分来传递能量，通常采用指数更小的变环量设计，这将增大叶轮内流线由内向外的偏移程度，在叶片根部轴线圆弧形处，会产生一向外的径向分力，因而大大增加了叶片外径处的二次流损失。针对此缺陷在本发明中采用了叶片轴线在外段部分向旋转方向弯曲而根部是直线的叶形，从而减少叶片外径处的二次流损失，大幅度提高风机的效率。

如图6、图7所示，前向弯掠扭曲板型叶片采用了叶片轴线在外段部分向旋转方向弯曲而根部是直线的叶形，即轴线O-O在叶片外段处是向旋转方向弯曲的，曲率半径为r；在叶片根部，轴线O-O为一直线。由于根部轴线为一直线，叶片不会产生一个附加的径向分力，均匀了工作面气体压力分布，减少了工作面气体二次流损失，大大改善了根部的气体流动状况，提高了风机的能效，克服了压力脉动而产生的涡流噪声。因此，对于低压大风量、轮毂比较小的轴流风机，采用叶片轴线在外段向旋转方向弯曲而根部是直线的叶形能较大程度地提高及改善轴流风机的性能，降低噪声，提高效率。

本发明的有益效果是，采用此技术方案提出的前向弯掠扭曲板型叶片的轴流风机叶轮装配出的轴流风机具有高效率、低噪音、低成本的显著特点。

本发明已取得了良好的应用效果。以风量12000m³/h，全压75pa的轴流风机为例，本发明的参数为：叶轮的叶片数量为6，叶轮直径700mm，转速为550rpm，其噪声61dB(A)，效率85％，比A声级20.3，配用电机功率375w。而现有技术中性能最好的轴流风机参数为：噪声65dB(A)，效率79％，比A声级23.7，配用电机功率550w。由此可见，本发明具有效率高、噪声低、成本低的显著优点，具有明显的社会效益和经济效益。

Claims (8)

1.一种前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮，它包括叶片(1)、轮毂(2)、轴套(3)三部分；其特征在于叶片(1)采用叶片轴线在外段部分向旋转方向弯曲而根部是直线的叶形。

2.根据权利要求1所述的前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮，其特征在于：叶片(1)为扭曲板形。

3.根据权利要求1所述的前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮，其特征在于：紧固连接在轮毂(2)上的叶片(1)的数量为3至8片。

4.根据权利要求1所述的前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮，其特征在于：轮毂(2)与叶片(1)之间的紧固连接形式为整体浇铸方式。

5.根据权利要求1所述的前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮，其特征在于：轮毂(2)与叶片(1)之间的紧固连接形式为焊接方式。

6.根据权利要求1所述的前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮，其特征在于：轮毂(2)与叶片(1)之间的紧固连接形式为铆接方式。

7.根据权利要求1所述的前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮，其特征在于：轮毂(2)与叶片(1)之间的紧固连接形式为粘接剂粘连方式。

8.根据权利要求1所述的前向弯掠扭曲板型轴流风机叶轮，其特征在于：轮毂(2)与叶片(1)之间的紧固连接形式为螺栓连接方式。

Images