CN87203532U - 前倾钣料扭曲叶片低压轴流风机 - Google Patents

Abstract

本实用新型是前倾钣料扭曲叶片式低压轴流风机。它由进气集流器、进气帽罩、前倾式钣料扭曲叶片构成的风轮、通道整流内筒、电机、尾锥和外风筒组成。风机内通道光滑符合流线形要求。钣料叶片采用锥面成型，使叶片呈前倾形，以控制叶片表面上的压力分布，减少叶片表面附面层厚度和向叶尖潜移堆积厚度。减弱风机内部旋涡强度。本风机具有高效率、低噪音、重量轻、造价低的特点。

Description

前倾钣料扭曲叶片低压轴流风机

本实用新型轴流风机属于机械工程泵类技术领域。

现有技术的轴流风机其典型结构由外风筒、风轮和电机构成。风轮叶片是径向放射式的扭曲叶片。其具有代表性技术如    JP59－54804专利。这些风机存在下列技术问题：

1.现有风机对风机内部流动中旋涡生成条件控制不严格。因而流场内出现有较强的旋涡，损失大，气动噪音强。

2.叶片成型除少数用手工成型外，大多数用园柱面成型方法。但是，在气动设计时，确定了各径向截面上叶片的弦长情况下，要满足叶片沿径向的扭曲规律和弯角变化规律只能靠叶片在园柱面上安放姿态和园柱半径大小来实现。这种园柱面成型方法常常导致气动设计要求的叶片几何参数与园柱面成型后实际叶片的几何参数不一致。特别对沿叶高扭向和弯角变化剧烈的气动设计，柱面成型不可避免造成叶片尖部和根部区域进气冲角增大。不能使冲角沿叶高的变化控制在±2°之间。冲角沿叶高变化情况见附图1曲线A。使叶片尖部和根部区域的流动状态恶化，出现分离旋涡。造成损失增大，噪音增强。避免柱面成型这一缺陷的一种方法是采用沿叶高扭向和弯角变化比较缓慢的变环量设计规律进行设计。然而这项措施实际上仍不能解决上述矛盾。因为通风机叶片一般都较长，为了达到扭向和弯角变化缓慢这一目的。要求环量沿叶高变化非常剧烈才行。这就使加功量沿叶高大幅度变化。这样除了沿叶高各基元级之间流层速度梯度增大之外，还由于转子出口各基元半径上不同能量的气流层发生强烈的渗混，造成流场中存在较强的旋涡运动，消耗气体的动能。所以仍不能进一步提高风机效率和降低风机的噪声。

本实用新型风机的目的在于：使用一种新的轴流风机叶片——前倾式钣料扭曲叶片，来更好地满足气动设计要求，控制叶片表面附面层的流动，减少气体流过叶片时所产生的分离旋涡损失，提高风机效率、降低风机噪音，同时使叶片制造工艺简单，成本低廉。

附图2是本实用新型轴流风机结构示意图。它由进气集流器1、进气帽罩2、前倾式钣料扭曲叶片构成的风轮3、通道整流内筒4、电机5、尾锥6和外风筒7组成。本风机采用了由园锥面成型的带有一定前倾角的扭曲叶片，同时使风机整个流道光滑流线形。

附图1、是两种成型方法所得的叶片前缘进气冲角沿叶高分布曲线。A曲线：柱面成型。B曲线：园锥面成型。

附图2、实用新型轴流风机结构简图

附图3、叶片园锥面成型示意图（一）

附图4、前倾式扭曲叶片钣料毛坯平面图

附图5、叶片园锥面成型示意图（二）

下面结合附图3说明本风机叶片的技术方案。

如附图3所示，用一组平行平面Mj（j＝0、1、2、……n）截锥面得一组平行的椭园曲线（注：图中限于表达清楚只画了三个平行平面）。椭园曲线的数目与设计时选取的计算基元级的数目相同，平行椭园面之间的间隔要求满足成型后各基元级平面所在径向位置要求。定锥面上的曲线

的两端点连线A₀A_n为叶片成型后的径向线，则根据基元级平面必须与径向线垂直这一关系。椭园曲线所决定的平面其外法线方向应与A₀A_n线平行。锥面成型就是要在符合上述要求的各个椭园曲线上分别找到满足以下各项条件的一段曲线：（1）曲线两端点连线长度等于弦长；（2）曲线的两端点的切线与连线（弦线）之间夹角分别等于叶型的前缘角和后缘角；（3）相邻两条曲线各自端点连线在空间的夹角应等于对应相邻两叶型的安装角之差。各段曲线前端点和后端点分别连成一条光滑曲线与叶顶和叶根两段叶型曲线构成一空间曲面。这个曲面形状就是满足气动设计要求没有厚度的叶片形状。将一裁好的钣料毛坯放置于由计算确定的位置上，把它冲压贴合在这一空间曲面上，就完成了叶片成型。计算得到的叶片钣料毛坯形状见附图4。

叶片在锥面上的安放方向是叶根靠近锥顶处，顺应了一般叶片叶根弯角大，叶尖弯角小这一规律，从而使锥面成型方法更好地满足任意气动设计规律（见附图1曲线B）。

前倾叶片成型计算方程为：

1.满足弦长条件。

（x_j，2－x_j，1）²＋（y_j，2－y_j，1）²＋（z_j，2－z_j，1）²＝b² _j

下注脚j为所在基元级序号，j，1中的1为此基元级叶型的前缘点，j，2中的2为此基元级叶片的后缘点。式中x、y、z为图3的坐标。

2.满足叶型前缘进气角X_j，1和后缘出气角X_j，2条件。

X_j，1＝arccos $［\frac{m_{\mathrm{j·1}}{q}_j{\mathrm{+n}}_{\mathrm{j·1}}{k}_j{\mathrm{+p}}_{\mathrm{j·1}}{s}_j}{\sqrt{m^2{}_{\mathrm{j·1}}{\mathrm{+n}}^2{}_{\mathrm{j·1}}{\mathrm{+p}}^2{}_{\mathrm{j·1}}}\sqrt{q^2{}_j{\mathrm{+k}}^2{}_j{\mathrm{+s}}^2{}_j}}］$

X_j，2＝arccosX_j，1＝arccos $［\frac{m_{\mathrm{j·2}}{q}_j{\mathrm{+n}}_{\mathrm{j·2}}{k}_j{\mathrm{+p}}_{\mathrm{j·2}}{s}_j}{\sqrt{m^2{}_{\mathrm{j·2}}{\mathrm{+n}}^2{}_{\mathrm{j·2}}{\mathrm{+p}}^2{}_{\mathrm{j·2}}}\sqrt{q^2{}_j{\mathrm{+k}}^2{}_j{\mathrm{+s}}^2{}_j}}］$

其中，m_j，1、n_j，1、p_j，1和m_j，2、n_j，2、p_j，2分别为在j基元截面内椭园曲线上前缘点1和后缘点2的切向矢量的三个坐标分量。q_j，k_j，s_j为弦线矢量的三个坐标分量。

3.相邻基元级安装角之差为△φ（j），根据几何关系应有以下关系。

COS△φ（j）＝ $\frac{q_{\frac{n}{2}}{q}_j{\mathrm{+k}}_{\frac{n}{2}}{k}_j{\mathrm{+s}}_{\frac{n}{2}}{s}_j}{\sqrt{q^2{}_{\frac{n}{2}}{\mathrm{+k}}^2{}_{\frac{n}{2}}{\mathrm{+s}}^2{}_{\frac{n}{2}}}-\sqrt{q^2{}_j{\mathrm{+k}}^2{}_j{\mathrm{+s}}^2{}_j}}$

下注脚    为平均半径截面如图5。

4.前缘点（x_j，1，y_j，1，z_j，1）在椭园曲线E_j上

（x_n－x₀）（x_j，1－x_j）＋（y_n－y₀）（y_j，1－y_j）＋（z_n－z₀）（z_j，1－z_j）＝0

x² _j，1＋y² _j，1＝z² _j，1tgβ

5.后缘点（x_j，2，y_j，2，z_j，2）在椭园曲线E_j上。

（x_n－x₀）（x_j，2－x_j）＋（y_n－y₀）（y_j，2－y_j）＋（z_n－z₀）（z_j，2－z_j）＝0

x² _j，2＋y² _j，2＝z² _j，2tgβ

利用上述方程组，通过选择最佳半顶角β（图5所示）值大小，椭园面的倾角γ（图3所示），叶片中径基元级平面 $M_{\frac{n}{2}}$ 与锥体轴线之交点C到顶点O的距离 $h_{\frac{n}{2}}$ （见附图5）来确定叶片在锥面上的安放姿态。求解过程中严格监视进气冲角ι，使其满足ι≤±2°，並尽量偏负值。叶片前倾角α可在5°～30°，范围内变化，其最大值可达30°（见附图4）

对叶片表面的粘性气动计算表明：叶片前倾可以有效地削弱附面层在叶片端部（叶尖）处的堆积，使附面层位移厚度和动量积分厚度减薄减少分离和使尾迹宽度变窄。因而使效率提高，噪声降低。

本实用新型风机获得的实验性能为：

1.流量16500米³／小时，

2.全压225.4帕，

3.风机全压效率为90％左右，

4.风机噪音水平为77.5分贝（A声级）

5.风机比噪声为26左右。

Claims (3)

1、前倾钣料扭曲叶片低压轴流风机由进气集流器、进气帽罩、风轮、电机、通道整流内筒、尾锥和外风筒构成，其特征是风轮的叶片是呈前倾型沿径向扭曲的，前倾角α为5°～30°。

2、如权利要求1所述的前倾钣料扭曲叶片低压轴流风机，其特征是所述叶片采用钣料在园锥面上一次成型构成的，钣料在园锥面上安放位置由满足气动设计要求的八个空间解析方程联立求解得到。

3、如权利要求1所述的前倾钣料扭曲叶片低压轴流风机，其特征是风机气流通道是流线形的。

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