CN205618428U - 一种离心风机的叶轮 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种离心风机叶轮，具体是用于工业鼓和引风机的叶轮结构。该实用新型的三维叶轮包括轮毂、叶片、前盘和后盘，叶片的结构为四边形的扭曲型三维结构流线型；轮毂中央的轴孔安装有导流套，轮毂上均匀分布有多个相同方向的叶片，叶片的边沿从轮毂外缘延伸至导流套上。叶片与轮毂正交，该叶片是将具有由直线要素构成的叶片的基准叶轮中的各叶片的横向截面和纵向截面扭曲成为曲线要素的叶片，每个叶片的扭曲程度相同。本实用新型的三维叶轮是在二维叶轮的基础上，主要对轮毂及叶片进行优化，以达到节能降耗的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种离心风机叶轮，具体是用于工业鼓和引风机的叶轮结构。
背景技术
叶轮机械是以连续流动的流体为工质，以叶片为主要工作零件，通过工质与工作零件的相互作用实现机械功与流体能量有效转换的机械的统称，主要包括工作机械如泵、压缩机和风机等，以及动力机械如蒸汽轮机、燃气轮机和水轮机等，被广泛应用于航空、航天、能源、动力、交通以及化工等部门。其内部流动状况异常复杂，常常伴随着流动分离、边界层、激波、叶片尾迹及其相互干涉，具有强烈的三维流动特征，为提高叶轮机械的气动性能和效率，其内部流动的研究一直受到国内外学者的高度重视，是世界各国重点发展的高科技领域之一。
早期，受限于对风机叶轮流动状况的认识以及设计手段，离心风机叶轮型线基本分为二维等厚度直线型、二维等厚度曲线型以及二维翼型三种。风机叶轮内部流动具有强烈的三维流动特征，二维型线的风机不足以对工质的流动进行控制，致使其流动效率低下，也与当前节能降耗的要求相悖。
离心风机节能降耗技术的核心是叶轮的改进；风机运行工况与系统的优化匹配则需从总体设计进行改进；风机密封系统的改进主要是集风器与叶轮进口的密封及传动轴与机壳的密封。
传统的风机设计采用的原则是相似设计、变型设计和原始设计，即依据的都是根据模型机的性能参数，通过改变转速、机号、结构参数、优化等，设计出满足用户所需性能参数的产品。而作为三维设计的节能降耗风机，依据的是处于一组参数点进行的模拟设计，如果采用相似设计、变型设计和原始设计对某一风机进行设计。经实践证明性能参数有很大的差距，而且无规律可循。如图1～3所示。
发明内容
为克服现有技术的不足，本实用新型提供对叶轮进行改造的节能降耗方式，具体涉及一种离心风机的三维叶轮，能够减小进口冲击、出口尾迹脱流等损失，使风机效率得以提高。
本实用新型的三维叶轮是在二维叶轮的基础上(如图1至3)，主要对轮毂及叶片进行优化，以达到节能降耗的效果。外形配合结构与常规的二维叶轮相同。是根据风机性能，即流量、压力、进气压力、气体温度、运行转速，满足风机性能要求，而又最大限度减小轴功率，进行三维模拟，得出轮毂及叶片形状。
该实用新型的三维叶轮包括轮毂、叶片2、前盘和后盘，所述叶片2的结构为四边形的扭曲三维结构流线型；轮毂中央的轴孔5安装有导流套4，轮毂上均匀分布有多个相同方向的叶片，叶片2的边沿从轮毂外缘延伸至导流套4上。
可选的，本实用新型的离心风机叶轮，所述叶片2与轮毂正交，该叶片2是将具有由直线要素构成的叶片的基准叶轮中的各叶片的横向截面和纵向截面扭曲成为曲线要素的叶片，每个叶片的扭曲程度相同。
可选的，本实用新型的离心风机叶轮，所述该三维叶轮为双吸叶轮，叶片2以轮毂为分界线，轮毂两侧均分布有叶片2，两个面上的叶片2分布方向相反(以中盘镜像分布)，前盘和中盘分别安装在双吸叶轮的两侧。
可选的，本实用新型的离心风机叶轮，所述轮毂的每个面上均匀分布有12个叶片。
可选的，本实用新型的离心风机叶轮，所述叶片2通过焊接安装在轮毂上。
优选的，本实用新型的离心风机叶轮，所述叶片2与轮毂为一体成型。
可选的，本实用新型的离心风机叶轮，所述导流套4是轴与轮毂平面的过度结构，从轴孔边沿缓慢过度到轮毂面上的流线型斜坡。
可选的，本实用新型的离心风机叶轮，所述该三维叶轮安装在风机上是采用拉别令不锈钢密封结构，使单边间隙减少至0.8～1.2mm。
相对于现有技术的普通二维叶轮，本实用新型的三维叶轮优点为：三维流叶轮叶片加宽了许多，特别是轮毂导流使流通能力增大；三维流叶轮外形不变，因采用三维设计，出口宽度增大；三维流叶片的扭曲度较二维流的大很多，符合气体流动特性；三维流叶片进口边向来流进口伸展，减少了进口损失。
附图说明
通过阅读一下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为普通二维叶轮结构示意图；
图2为普通二维叶轮截面结构示意图；
图3为普通二维叶轮叶片分布示意图；
图4为本实用新型三维叶轮结构示意图；
图5为本实用新型三维叶轮截面结构示意图；
图6为本实用新型三维叶轮叶片分布示意图；
图7为本实用新型三维叶轮叶片安装位置示意图；
图8为本实用新型三维叶轮叶片正视图；
图9为本实用新型三维叶轮叶片左视图；
图10为本实用新型三维叶轮叶片俯视图。
图中个标号为：1-进风口，2-叶片，3-出风口，4-导流套，5-轴孔。
具体实施方式
本实用新型提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中，在下述本实用新型的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本实用新型范围的限制。
如图4-10所示，该实用新型的三维叶轮包括轮毂、叶片2、前盘和后盘，所述叶片2的结构为四边形的扭曲型三维结构流线型；轮毂中央的轴孔安装有导流套，轮毂上均匀分布有多个相同方向的叶片，叶片2的边沿从轮毂外缘延伸至导流套4上。
所述该三维叶轮为双吸叶轮，叶片2以轮毂为分界线，轮毂两侧均分布有叶片2，两个面上的叶片2分布方向相反(以中盘镜像分布)，前盘和中盘分别安装在双吸叶轮的两侧。如图所示，风机转动是通过进风口1和出风口3导流。
所述轮毂的每个面上均匀分布有12个叶片。
所述叶片2通过焊接安装在轮毂上。
优选的，所述叶片2与轮毂为一体成型。
所述导流套4是轴与轮毂平面的过度结构，从轴孔边沿缓慢过度到轮毂面上的流线型斜坡。所起作用是有效导走进风，最大限度减小风在进入叶片前的涡流功耗，叶片向压力面方向倾斜为的是符合气体流动特性，有效导动气体。
所述该三维叶轮安装在风机上是采用拉别令不锈钢密封结构，使单边间隙减少至0.8～1.2mm。
以下结合具体的实施方式对本实用新型进行说明。
实施例1：三维叶轮是在二维叶轮的基础上，主要对轮毂及叶片进行优化，以达到节能降耗的效果。外形配合结构与常规的二维叶轮相同。是根据风机性能，即流量、压力、进气压力、气体温度、运行转速，满足风机性能要求，而又最大限度减小轴功率，进行三维模拟，得出轮毂及叶片形状。因为模拟出来的轮毂及叶片形状是不规则的，所以只能通过打点确定，打点数量越多，理论上而言形状过渡越圆滑，制作出来精度也越高，效率才能有效保障。
本实施例的是根据表一的参数进行模拟的，采用反命题设计，即通过参数，反向求解并确定叶型的几何形状。根据连续性方程、运动方程、能量方程、状态方程、湍流基本方程、标准k-ε两方程模型进行设计计算。结合计算机模拟技术设计。
表一
| 项目 | 单位 | 数值 |
| 介质 | / | 空气 |
| 风机全压 | kPa(A) | 5500 |
| 进口温度 | ℃ | 35～40 |
| 风机流量 | m3/h | 1000000 |
| 叶轮转速 | r/min | 960 |
得出：三维叶轮包括轮毂、叶片2、前盘和后盘，所述叶片2的结构为四边形的扭曲型三维结构流线型；轮毂中央的轴孔安装有导流套，轮毂上均匀分布有12个叶片，叶片2的边沿从轮毂外缘延伸至导流套4上。该三维叶轮为双吸叶轮，叶片2以轮毂为分界线，轮毂两侧均分布有叶片2，两个面上的叶片2分布方向相反(以中盘镜像分布)，前盘和中盘分别安装在双吸叶轮的两侧。叶片2通过焊接安装在轮毂上。导流套4是轴与轮毂平面的过度结构，从轴孔边沿缓慢过度到轮毂面上的流线型斜坡。该三维叶轮安装在风机上是采用拉别令不锈钢密封结构，使单边间隙减少至10.8mm。
经过模拟计算，叶片由吸力面和压力面每组220个坐标点确定，轮毂型线由110个坐标点确定，得到的叶片吸力面型线和压力面型线数据如表二和表三所示：
表二
表三
实施例2：本实施例的三维叶轮包括轮毂、叶片2、前盘和后盘，所述叶片2的结构为四边形的扭曲三维结构流线型；轮毂中央的轴孔安装有导流套4，轮毂上均匀分布有12个相同方向的叶片，叶片2的边沿从轮毂外缘延伸至导流套4上。所述叶片2与轮毂正交，该叶片2是将具有由直线要素构成的叶片的基准叶轮中的各叶片的横向截面和纵向截面扭曲成为曲线要素的叶片，每个叶片的扭曲程度相同。所述该三维叶轮为双吸叶轮，叶片2以轮毂为分界线，轮毂两侧均分布有叶片2，两个面上的叶片2分布方向相反(以中盘镜像分布)，前盘和中盘分别安装在双吸叶轮的两侧。所述叶片2通过焊接安装在轮毂上。导流套4是轴与轮毂平面的过度结构，从轴孔边沿缓慢过度到轮毂面上的流线型斜坡。该三维叶轮安装在风机上是采用拉别令不锈钢密封结构，使单边间隙减少至0.8mm。
实施例3：本实施例的三维叶轮包括轮毂、叶片2、前盘和后盘，所述叶片2的结构为四边形的扭曲三维结构流线型；轮毂中央的轴孔安装有导流套4，轮毂上均匀分布有12个相同方向的叶片，叶片2的边沿从轮毂外缘延伸至导流套4上。所述叶片2与轮毂正交，该叶片2是将具有由直线要素构成的叶片的基准叶轮中的各叶片的横向截面和纵向截面扭曲成为曲线要素的叶片，每个叶片的扭曲程度相同。该三维叶轮为双吸叶轮，叶片2以轮毂为分界线，轮毂两侧均分布有叶片2，两个面上的叶片2分布方向相反(以中盘镜像分布)，前盘和中盘分别安装在双吸叶轮的两侧。所述叶片2与轮毂为一体成型。导流套4是轴与轮毂平面的过度结构，从轴孔边沿缓慢过度到轮毂面上的流线型斜坡。该三维叶轮安装在风机上是采用拉别令不锈钢密封结构，使单边间隙减少至1mm。
经过检测，传统二维结构的叶轮和改进后的三维结构叶轮风机参数进行对比，量在1000000m3/h时，传统风机流效率约为78％，改造后风机效率约为85％；出口总压也有明显提升。
以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种离心风机的叶轮，包括轮毂、叶片（2）、前盘和后盘，其特征在于：叶片（2）的结构为四边形的扭曲三维结构流线型；轮毂中央的轴孔（5）安装有导流套（4），轮毂上均匀分布有多个相同方向的叶片，叶片（2）的边沿从轮毂外缘延伸至导流套（4）上。
2.根据权利要求1所述的离心风机的叶轮，其特征在于：所述叶片（2）与轮毂正交，该叶片（2）是将具有由直线要素构成的叶片的基准叶轮中的各叶片的横向截面和纵向截面扭曲成为曲线要素的叶片，每个叶片的扭曲程度相同。
3.根据权利要求1所述的离心风机的叶轮，其特征在于：所述三维叶轮为双吸叶轮，叶片（2）以轮毂为分界线，轮毂两侧均分布有叶片（2），两个面上的叶片（2）分布方向相反，前盘和中盘分别安装在双吸叶轮的两侧。
4.根据权利要求1、2或3所述的离心风机的叶轮，其特征在于：所述轮毂的每个面上均匀分布有12个叶片。
5.根据权利要求1、2或3所述的离心风机的叶轮，其特征在于：所述叶片（2）通过焊接安装在轮毂上。
6.根据权利要求1、2或3所述的离心风机的叶轮，其特征在于：所述叶片（2）与轮毂为一体成型。
7.根据权利要求6所述的离心风机的叶轮，其特征在于：所述叶片（2）与轮毂为一体成型。
8.根据权利要求1所述的离心风机的叶轮，其特征在于：所述导流套（4）是轴与轮毂平面的过渡结构，从轴孔边沿缓慢过度到轮毂面上的流线型斜坡。
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