CN208057505U - 正反向旋转风机气动性能保持等同的轴流风机翼型 - Google Patents

Abstract

一种正反向旋转风机气动性能保持等同的轴流风机翼型，其翼型在各个计算截面处均采用全对称流线型翼型，叶片翼型轮廓线与翼型中线对称，且与通过翼型中线中点的垂线亦对称，且叶片截面各中心点连线垂直轴套中心线并通过轴套中心线的中点。该翼型可供相同容量、相同转速、不同转向的电动机配套使用，既可供右向旋转的电动机使用，亦可供左向旋转的电动机使用，且提供的风量、风压值能保持相等，还能实现气流在电动机机壳散热筋中的流动方向亦能保持相同。

Description

正反向旋转风机气动性能保持等同的轴流风机翼型

技术领域

本实用新型涉及的是一种轴流风机领域的技术，具体是一种用于供电动机机外冷却风扇可供正向或反向旋转电机使用，且风扇风机气动性能保持等同的轴流风机叶片翼型，即采用同一个叶轮，供左向或右向旋转电机使用都能实现风量、风压不变，气流相对于电机机壳的流动方向亦能保持不变。

背景技术

三相交流电动机量大面广，国内年总产量达数十亿KW，若提高电机效率1％，按年运行4000小时计，年节电量达400亿KWh以上，是个极其可观的数字，普查发现电机机外冷却通风系统存在着浪费能源严重的弊端，造成浪费的历史原因有以下三条：

1、电机通风冷却系统中的风机效率偏低是众所周知的，电动机制造厂主要考虑到交流电机的旋转方向要由被驱动设备的转向来定，要能满足二种不同转向，即正转或反转。以往设计选用的风机叶片，通常采用径向离心叶片多，可满足正转和反转的需要，但这种风扇效率偏低，很多人都了解并认为是“正常”的现象，缺少对电机冷却风扇叶片进行节能改造的紧迫感。

2、风机设计、制造单位，通常对风机叶型和效率的关系研究多。对冷却风扇要满足双向运行了解多，对采用径向叶片都认为是合理的，认为不能改变叶型，效率低是叶型原因，缺乏科技创新意识，总认为改造难度大、成本高，更无人从系统优化进行节能改造的深入考虑。

3、上世纪80年代初北京清华大学及本课题组曾改用单向旋转高效轴流风机叶片，都证实可节能，但因不同转向电动机要调换不同转向的叶轮，则在电机出厂时，需提供二只不同转向的风轮，这导致制造成本增高，故推广的积极性不高，推广力度有限，至于从通风系统入手，减少系统效应影响值、减少系统阻力降为最低化的认识亦不足，缺乏研究推广的积极性。

上述三个原因导致电机冷却通风系统长期未能进行节能改造，持续达三十年之久，存在着持续严重浪费能源。课题组深感责无旁贷，提出要立项研究。

二极电机因转速高、电机体积相对小、机壳散热筋间流速相对偏高、阻力损失偏大，改造后节电量相对较大，经改造后，证实可提高电动机效率达3％；四极电机体积较大节电量在 1.5～2％之间。电机行业技术人员至今对电机散热风扇低效运行关注不够，缺少改造的紧迫感，至今尚未找到创新开发可供两种不同转向电机可装配使用同一只风扇叶轮，且风压、风量保持相同，而冷却风扇气流方向又能相同从而可结束以前电机厂要配两个不同转向叶轮给用户的弊端。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种正反向旋转风机气动性能保持等同的轴流风机翼型，根据新翼型的结构参数经分析计算获得迎角—升力系数曲线，为改造和优化叶型设计提供依据；经测试利用全对称翼型设计的叶轮测得风机全压效率达80％左右。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型涉及的正反向旋转风机气动性能保持等同的轴流风机翼型，其翼型在各个计算截面处均采用全对称型翼型，叶片翼型轮廓线与翼型中线对称，且与通过翼型中线中点的垂线亦对称，且叶片翼型各中心点连线垂直轴套中心线并通过轴套中心线的中点。

所述的全对称翼型是指：该翼型在剖面上存在两条相互垂直的镜像对称轴。

所述的风机叶片的升力系数C_y值为0.3～0.65，流型指数∝为-0.10～+0.20。

所述的风机叶片的翼型不同于常规风机翼型，因常规翼型其中线采用圆弧形或抛物线型，而本实用新型采用的翼型中线是直线，且翼型前缘和尾缘均为相同半径的小圆弧，并与中线的垂直线亦对称；它与常规低速翼型不同，后者前缘呈圆头，后缘是尖的，通常称为前圆头后尖尾。

本实用新型涉及一种正反向旋转风机，包含至少两片具有上述翼型的叶片。

所述的轴流风机叶轮前设有导流罩和进风口集流器，其中进风口集流器设置于电机防护罩后端面上靠近外径处。

所述的进风口集流器为两瓣式结构且内部具有环状流道，空气从叶轮排出后，在进入电机散热筋前在这一过渡段中设有渐变速、渐导向的过渡段流道。

所述的电机防护罩的末端出风口截面和气流刚进入电机散热筋截面采用渐变速流道结构，该流道设计应用维托辛斯基曲线(均流收缩段型线)方程。

技术效果

与现有技术相比，本实用新型采用能供定向正转亦能供定向反转电机装配使用的同一只高效叶片叶轮；通过在进风口加装集流器，并设计排出端呈渐变速、渐变向流道，从而亦优化流场提高气流场的均匀性；本装置能实现最大限度的降阻节能和确保叶轮的作功能力。

对不同转向电机，其冷却风扇均装在电机后轴伸处，冷却空气流向均应由电机尾部沿电机前轴伸方向流动，采取方法是将冷却风扇从电机后轴伸处拆下，调头仍安装在电机后轴伸处，当电机改变转向后冷却风扇气流方向仍能维持原来转向时的气流方向。

附图说明

图1为电机冷却采用本实用新型全对称轴流风机叶片翼型的示意图；

图2为本实用新型改进翼型升力系数-迎角特性曲线图；

图3为实施例冷却风扇各计算半径处的弦长，叶片安装角示意图；

图4为现用风机结构示意图；

图中：1开式径向叶片、2防护罩；

图5为本实用新型正反向旋转风量、风压不变的轴流风机结构示意图；

图中：3叶片、4轮毂、5集流器、6电机防护罩、7过渡段；

图6为利用维托辛斯基曲线方程供设计均流收缩段型线示意图；

图7为图5中叶片和轮毂示意图。

具体实施方式

本实施例以100kw 2P(极)电机轴流冷却用轴流风扇叶型气动计算结果汇总，风量3600m³/h，全压200Pa，转速2900rpm，叶片数Z＝5。

如图1所示，本实施例涉及的翼型用弦长的百分数列出，分析了减少前后缘气流分离，提出坐标尺寸如下，单位为mm：

表1

X	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
												±Y	R1.6	3.0	3.91	4.52	4.92	5.00	4.92	4.52	3.91	3.0	R1.6

如上表所示，该翼型在各个计算截面处均采用全对称流线型翼型，叶片翼型尺寸均以弦长的百分数表示，轮廓线与翼型中线对称且还与通过翼型中线中点的垂直线亦对称。图中的X 轴和Y轴即为该翼型相互垂直的两条镜像对称轴。

所述的翼型的两个端点在翼型中心线上均为R＝1.6mm圆弧，并与翼型主体前后端的轮廓线相切。

本实施例中，为了借鉴翼型失速点前的性能，即在C_ymax(升力系数)达最大值附近的性能。对较薄的翼型，由于前缘半径很小，当迎角不很大时，在前缘附近就会发生层流边界值的分离，鉴于薄翼型的升力系数偏离直线是相当早的，C_ymax值亦相当低，通常不到1，但可利用失速前后C_y曲线变化连续并不是突然下落的，可适用于较低转速电机冷却风扇翼型设计。

对低速4极及6极电动机，由于转速相对偏低，气动设计时要求选用较高的C_ymax值，应选用较厚的翼型(翼型厚度大于12％)，利用其后缘分离的发展是比较缓慢的，可利用其在分离不甚严重时，随着迎角的增大Cy还能有所增大，只是同样的迎角增加值所产生的升力系数增值比小迎角时的增值(ΔC_y)值有所减少，升力曲线的斜率逐渐减少但可利用其在达到最大值以前的这一段。

本实施例翼型前后缘优选均采用相同半径R＝1.6％弦长。

如表2所示，为在风机转速2900r/min的技术要求下的冷却风扇各计算半径处弦长，叶角示意，其具体数值如表2及图3所示：

表2

序号	半径(mm)	弦长(mm)	安装角
				No.1	170	56.40	25.80
No.2	160	58.30	26.64
				No.3	150	60.10	27.91
No.4	140	61.40	29.08
				No.5	130	63.30	30.69
No.6	120	65.70	32.57
				No.7	110	68.40	34.32
No.8	100	72.30	35.27
				No.9	90	77.40	35.54

注：安装角＝气流角+迎角。

图2为本实用新型对称翼型的升力特性曲线，图中A是较厚翼型(相对厚度为10％)的特性，B是较薄翼型(相对厚度为6％)的特性，对较厚翼型，其相对厚度可超过16％，其特性曲线中C_ymax值会更高。

图3是本实用新型全对称翼型叶片示意图。

图4为改造前在用风机结构示意图。

如图5所示，为本实施例正反向旋转风量、风压不变的轴流风机结构示意图，该风机包含至少两片具有上述翼型的叶片3。

所述的轴流风机外部依次设有防护罩6和进风口集流器5，其中：进风口集流器5设置于电机防护罩6端面靠近外径处。

所述的进风口集流器5呈环状流道，空气从叶轮排出，进入散热筋前设有渐变速、渐导向的过渡段流道7。

所述的电机防护罩的末端出风口截面和气流刚进入电机散热筋截面间采用渐变速流道结构，电机冷却风扇排出口截面呈环形流道，进入渐变速渐变向流道；该渐变速流道结构满足如图6所示维托辛斯基曲线方程。

所述的维托辛斯基曲线方程，即在坐标轴下任一X处对应的圆弧半径R_当，根据沿轴向不同X值处的实际尺寸均可求得通流面积，先按下式计算进出口二处的当量半径R_当1和R_当2，式中：n散热筋数量，Z为散热筋厚度(m)，δ为散热筋高度(m)，再按进出口面积计算R_当2和R_当1，然后按下式计算不同X处的R_当值，其中：R_当1为过渡段流道进口当量半径，R_当2为过渡段流道出口当量半径，按求得的 R_当值计算通流面积，按通流面积值组织确定流道实际几何尺寸。

如图7所示，通过将所述叶片从电机后轴伸上拔出，旋转180°，调头安装即可实现在右转电动机或同容量和同转速左转电机上气流的流动方向以及风量、风压不变。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本实用新型原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本实用新型的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本实用新型之约束。

Claims (8)

1.一种正反向旋转风机气动性能保持等同的轴流风机翼型，其特征在于，其翼型在各个计算截面处均采用全对称流线型翼型，叶片翼型轮廓线与翼型中线对称，且与通过翼型中线中点的垂线亦对称，且叶片各中心点连线垂直轴套中心线并通过轴套中心线的中点。

2.根据权利要求1所述的轴流风机翼型，其特征是，在风叶流型设计时，C_ur∝＝常数式中，其流型指数∝值取-0.10～+0.20。

3.根据权利要求1所述的轴流风机翼型，其特征是，所述的叶片的翼型中心点连线为直线且通过轴套段中心线的中点。

4.一种正反向旋转风机，其特征在于，包含至少两片具有上述任一权利要求所述轴流风机翼型的叶片。

5.根据权利要求4所述的正反向旋转风机，其特征是，所述的轴流风机外部依次设有导流罩和进风口集流器，其中：进风口集流器设置于电机防护罩端面靠近叶片外径处。

6.根据权利要求5所述的正反向旋转风机，其特征是，所述的进风口集流器呈环状流道，空气从叶轮排出，进入散热筋前设有渐变速、渐导向的过渡段流道。

7.根据权利要求5所述的正反向旋转风机，其特征是，所述的电机防护罩的末端出风口截面和气流刚进入电机散热筋截面采用渐变速流道结构。

8.根据权利要求7所述的正反向旋转风机，其特征是，所述的渐变速流道结构满足维托辛斯基曲线方程。