CN204458508U - 一种无蜗壳离心通风机翼型叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无蜗壳离心通风机翼型叶片。目的是提供的无蜗壳离心通风机翼型叶片应具有高效率以及节能环保的特点。技术方案是：一种无蜗壳离心通风机翼型叶片，其特征在于：所述叶片为曲面柱形叶片并且叶片横截面的轮廓线由上周线与下周线组成；所述上周线与下周线均为具有90个节点的样条曲线；所述叶片的高度为120-160mm。所述横截面垂直于坐标系中的Z轴。所述叶片的高度优选140mm。所述上周线节点起始端点与下周线节点的起始端点重合。

Description

一种无蜗壳离心通风机翼型叶片

技术领域

本实用新型涉及一种无蜗壳离心通风机，具体是一种无蜗壳离心通风机的叶片。

背景技术

离心通风机作为一种通用机械，广泛应用在工业、农业、采矿、化工以及建筑通风等领域中。离心通风机内部气流流动非常复杂，具有粘性非定常的三维流动，并且常常出现流动分离、旋涡、射流-尾迹、旋转失速等情况，还有不可避免的二次流动，这些复杂流动造成的损失是影响离心通风机气动性能的主要因素，同时据资料显示，我国目前使用的通风机普遍存在能耗过大的问题，每年仅工业用通风机的耗电量就占全国总电量的12％。

无蜗壳通风机是一种新式的通风机(在国外应用较多，国内通常用于风机墙组合式空调机组和屋顶通风)，与常规的蜗壳式通风机相比，具有噪音小、体积小等优势，另外由于没有蜗壳的限制，可以获得较好的气流条件，出风口的方向可以任意布置，安装更为灵活，应用前景较好。但是无蜗壳离心通风机普遍存在效率偏低的问题(叶轮的效率主要受到叶片的影响)，而叶片的设计主要依赖于工程经验，目前叶轮的效率难以得到进一步提升。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种具有高效率以及节能环保的无蜗壳离心通风机翼型叶片。

本实用新型的技术方案是：一种无蜗壳离心通风机翼型叶片，其特征在于：所述叶片为曲面柱形叶片并且叶片横截面的轮廓线由上周线与下周线组成；所述上周线与下周线均为具有90个节点的样条曲线；所述叶片的高度为120-160mm；

所述上周线中各节点的横坐标x_u与纵坐标y_u以及下周线中各节点的横坐标x_l与纵坐标y_l分别如表1和表2所示：

表1  上周线坐标

表2  下周线坐标

所述横截面垂直于坐标系中的Z轴。

所述叶片的高度优选140mm。

所述上周线节点起始端点与下周线节点的起始端点重合。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所提供的无蜗壳离心通风机叶片针对造成叶轮流道内流动损失的根源出发进行改进，通过在非对称翼形叶片的叶道中线两侧叠加相同厚度从而得到叶片的横截面轮廓，经过CFD模拟测试发现，在额定工况下边界层分离情况得到了很好地控制；因而使用本实用新型提供的叶片，不仅提高了离心通风机效率，而且有效地降低了风机能耗(以型号为SYW560的无蜗壳离心通风机为例，静压效率由56％提高到了73％，叶轮轴功率由2.44kw降到了2.08ww)，对于节约能源起到了十分重要的意义。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图。

图2是本实用新型的横截面示意图

图3是图2部分横截面在XY坐标系中上周线与下周线的绘制示意图。

图4是叶道中线平均相对速度曲线图。

图5是边界层厚度计算示意图。

图6是叶道中线绘制示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。

如图1所示，一种无蜗壳离心通风机翼型叶片，所述叶片为具有曲面柱形叶片(非对称机翼型)的圆柱形叶片。

如图2所示，所述叶片的入口角为31°，叶片的出口角为32°，以(0，-160)为坐标原点，叶片入口处直径为320mm，叶片出口处直径为572mm，叶片的高度为140mm，叶片翼形的最大相对厚度为0.1。其中，入口角为叶道中线a在起始端点的切线与起始端点所在圆周在起始端点处的切线(与横坐标重合)的夹角，出口角为叶道中线在末尾端点处的切线与叶片出口所在圆周在中线尾端切线的夹角(起始端点所在圆周的直径即为叶片入口处直径，叶片出口所在圆周的直径即为叶片出口处直径；起始端点所在圆周的圆心与叶片出口所在圆周的圆心重合；起始端点所在圆周的圆心在XY坐标系中的坐标为0，-160)，最大相对厚度为最大厚度与弦长的比值。采用该叶片的风机额定流量可达到8000m³/s且额定静压为700pa。

所述叶片横截面的轮廓线由上周线与下周线组成，并且上周线与下周线均为具有90个节点的样条曲线；在XY坐标系中，上周线中各节点的坐标(x_u，y_u)以及下周线中各节点的坐标(x_l，y_l)通过表1和表2表示(其中叶片的高度平行于坐标系的Z轴布置)：

表1  上周线节点坐标

表2  下周线节点坐标

所述叶片的高度为120-160mm，优选140mm。

本实用新型的推导过程如下：

(1)计算边界层厚度

如附图4(叶道中线平均相对速度曲线图)所示，选用叶道中线平均相对速度分布曲线，曲线中有四个控制点(W₁、W₁₁、W₁₂、W₂)；

如附图5(边界层厚度计算示意图)所示，将图4中的速度分布曲线分成三个直线段，计算边界层厚度，选取厚度最小的速度分布形式，确定控制点W₁₁和W₁₂的具体位置，边界层厚度的计算公式如下：

$\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{l}=\frac{{\left(\frac{A}{4+\frac{2}{n}}\right)}^{\frac{n}{n+1}}}{{\mathrm{Re}}^{\frac{1}{n+1}}}{\left\{\begin{array}{c}\frac{x_1\mathrm{\μ}[{\left(\frac{{\mathrm{\α}}^{*}}{\mathrm{\μ}}\right)}^{(4+\frac{2}{n})}-{\left(\frac{1}{\mathrm{\μ}}\right)}^{(4+\frac{2}{n})}]}{{\mathrm{\α}}^{*}-1}-\frac{(x_2-x_1)[{\mathrm{\β}}^{*(4+\frac{2}{n})}-{\left(\frac{{\mathrm{\α}}^{*}}{\mathrm{\μ}}\right)}^{(4+\frac{2}{n})}]}{\frac{\mathrm{\α}*}{\mathrm{\μ}}-{\mathrm{\β}}^{*}}\\ +\frac{\left({1-x}_2\right)[1-{\mathrm{\β}}^{*(4+\frac{2}{n})}]}{1+{\mathrm{\β}}^{*}}\end{array}\right\}}^{\left(\frac{n}{n+1}\right)}---\left(1\right)$

式中： $\begin{array}{ccccc}{\mathrm{\α}}^{*}=\frac{W11}{W1}& {\mathrm{\β}}^{*}=\frac{W12}{W2}& x_1=\frac{l_1}{l}& x_2=\frac{l_2}{l}& \mathrm{\μ}=\frac{W2}{W1}\end{array};$

(2)确定平均相对速度分布函数

图4对应的速度分布曲线的函数为三段分布函数，第一段和第三段为二次函数，第二段为三次函数，三段函数曲线之间光滑连接，叶片入口和出口的相对速度用以下公式求解：

${\mathrm{\ω}}_1=\frac{Q_T}{{\mathrm{\πD}}_1{b}_1\mathrm{\μ}\sin {\mathrm{\β}}_{b1}{\mathrm{\τ}}_1}---\left(2\right)$

${\mathrm{\ω}}_2=\frac{Q_T}{\sin {\mathrm{\β}}_{b2}{\mathrm{\πD}}_2{b}_2{\mathrm{\μ}}_2{\mathrm{\τ}}_2}---\left(3\right)$

得到平均相对速度分布函数为：

$\left\{\begin{array}{ccc}\mathrm{\ω}=-{38.6498l}^2+32.4658& l=0~0.2& \left(4\right)\\ \mathrm{\ω}=91.8827l^3-{96.1771l}^2+119850l+31.6348& l=0.2~0.6& \left(5\right)\\ \mathrm{\ω}={5.1178l}^2-10.335l+28.4077& l=0.6~1& \left(6\right)\end{array}\right.$

(3)绘制叶道中线

由于风机的前盘型线已经给定，因此可以得到任意半径处的叶轮轴向宽度b_r，b_r计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{ccc}{b}_r=162.2-\sqrt{342.25-{(R-173.5)}^2}& R=155~162& \left(7\right)\\ b_r=201-\sqrt{4900-{(R-207.4)}^2}& R=162~207.4& \left(8\right)\end{array}\right.$

b_r＝131  R＝207.4~292   (9)

任意半径处叶片角计算公式如下(叶片角为中线在任意半径处的切线与圆周切线的夹角)：

${\mathrm{\β}}_b=\arcsin \left(\frac{Q_b}{2\mathrm{\πR}{b}_r\mathrm{\τ\ω}}\right)---\left(10\right)$

式中：τ为叶道截面阻塞系数，一般在入口叶道截面阻塞系数τ₁和出口截面阻塞系数τ₂之间均分取值，其中τ₁和τ₂的计算公式如下：

${\mathrm{\τ}}_1=\frac{t_1-{\mathrm{\δ}}_1/{\sin \mathrm{\β}}_{b1}}{t_1}=\frac{\frac{0.31\mathrm{\π}}{12}-\frac{0.004}{\sin 31}}{\frac{0.31\mathrm{\π}}{12}}=0.9073---\left(11\right)$

${\mathrm{\τ}}_2=\frac{t_2-{\mathrm{\δ}}_2/{\sin \mathrm{\β}}_{b2}}{t_2}=\frac{\frac{0.572\mathrm{\π}}{12}-\frac{0.004}{\sin 32}}{\frac{0.572\mathrm{\π}}{12}}=0.9521---\left(12\right)$

式中t为叶栅间距，按照厚度为4mm以及叶片数为12的板型叶片计算，公式如下：

$t=\frac{\mathrm{D\π}}{Z}---\left(13\right)$

令叶片入口处i＝1，中心角为0°按照下式可从入口开始逐点计算出增加角即可绘制出叶片型线，如附图6所示,图中R₁表示叶片入口处半径，R₂表示叶片出口处半径。

(4)绘制翼型叶片

如附图3所示，非对称翼型叶片的绘制方式为在弯曲中线两侧叠加相同厚度(即叠加上一个对称翼型)，选用的对称翼型的厚度分布函数为NACA四位数字翼型函数，公式如下：

$y_t=\frac{t}{0.2}(0.29690\sqrt{c}-0.12600c-{0.35160c}^2+{0.28430c}^3-{0.10150c}^4---\left(15\right)$

式中：x为中线的横坐标(取值见表3)，t为相对厚度，即最大厚度与弦长的比值，这里取t＝0.1。

翼型的上下周线坐标公式为：

x_u＝x-224.443y_t sinβ_b   (16)

y_u＝y+224.443y_t cosβ_b   (17)

x_l＝x+224.443y_t sinβ_b   (18)

y_l＝y-224.443y_t cosβ_b   (19)

式中：x和y分别为中线各节点的横坐标和纵坐标(取值见表3)。

表3  中线节点坐标

将相关数据代入后，得到上周线节点的坐标方程式以及下周线节点的坐标方程式，最后代入x坐标和y坐标即可得到风机叶片横截面的轮廓线。

Claims (2)

1.一种无蜗壳离心通风机翼型叶片，其特征在于：所述叶片为曲面柱形叶片并且叶片横截面的轮廓线由上周线与下周线组成；所述上周线与下周线均为具有90个节点的样条曲线；所述叶片的高度为120-160mm；

所述上周线中各节点的横坐标x_u与纵坐标y_u由下表所示：

所述下周线中各节点的横坐标x_l与纵坐标y_l由下表所示：

2.根据权利要求1所述的无蜗壳离心通风机翼型叶片，其特征在于：所述叶片的高度为140mm。