專利名稱:低碳技術兩用軸流通風機的制作方法
技術領域:
本發(fā)明屬于空氣動力學領域,尤其涉及一種原創(chuàng)型低碳技術兩用軸流通風機。
背景技術:
軸流通風機用于輸送氣體的機械,在全國煤礦、地鐵、冶金、煉鋼、燒結、電站、水 泥、化工、紡織、有色金屬等工礦領域里點多、線長、面廣,由十九世紀運行至今。如圖1所示,圖1是“進化”百余年來的礦山、地鐵現(xiàn)有技術的大型主扇軸流通風 機氣動結構示意圖。據(jù)有關專業(yè)部門統(tǒng)計,全國現(xiàn)有的這種高能耗結構的軸流通風機,每年耗電量,占 礦業(yè)生產(chǎn)領域總耗電量的三分之二以上,生產(chǎn)單位稱之為“電老虎”。百余年來,國內外科研院所和風機生產(chǎn)行業(yè),通過計算機設計它的最高效率,由初 期的15%提高至現(xiàn)今的85%,尋求節(jié)能的潛力。但是,這種單一輸送氣體機械的設計思維 方式已走到“盡頭”。
發(fā)明內容
本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術存在的高耗能問題,提供一種低碳技術兩用軸流通風機, 它具有既能輸送氣體,又可生產(chǎn)清潔能源的顯著特點。本發(fā)明是通過如下的技術方案實現(xiàn)的低碳技術兩用軸流通風機,它包括整流罩,軸流工作葉輪動葉及后導葉,所述的 低碳技術導向葉片、低碳加力動葉設置于低碳加力葉輪主軸上;所述動葉葉型前緣、前緣至 層流區(qū)域與葉型凸面上弧線、最大厚度、動葉下表面的“魚肚”式下弧線、尾部凹面“倒鷹式” 造型相匹配,動葉葉型弦長后緣角造型夾角為零。所述的動葉由104鋁合金鑄造或非金屬材料制成。所述的低碳加力葉輪主軸與變速齒輪箱配合。本發(fā)明所述的低碳技術兩用軸流通風機,具有成本低,壽命長、節(jié)約能源的新特 點。其市場應用前景廣泛,可用于煤礦,地鐵、冶金、有色、煉鋼、電站、燒結、化工、水泥、紡織 等行業(yè),對高能耗通風設備可于平價的更換。新設備投入運行2-4年可收回全部購入成本。 因此,有非常廣闊的市場經(jīng)濟效益。
圖1是礦山、地鐵現(xiàn)有技術的大型主扇軸流通風機氣動結構示意圖;圖2是本發(fā)明礦山、地鐵低碳技術中、小型主扇兩用軸流通風機氣動結構示意圖;圖3是本發(fā)明礦山、地鐵低碳技術大型主扇兩用軸流通風機氣動結構示意圖;圖4是本發(fā)明地鐵、礦山低碳技術局扇兩用軸流通風機氣動結構示意圖;圖5是圖2圖3圖4動葉葉柵截面示意圖;圖6是圖2圖3圖4動葉葉柵C · P氣動參示意數(shù)圖7圖8是圖2圖3圖4 “葉柵設計法”動葉空氣動力特性圖9是圖2圖3動葉葉柵投影示意圖10是圖2圖3動葉葉柵平面示意圖11是圖2圖3葉輪結構示意圖12是圖2圖3葉輪結構側視示意圖13是圖2圖3后導葉與導流環(huán)結構示意圖14是圖2圖3后導葉與導流環(huán)結構側示意視圖15是圖2圖3導向葉片與導流環(huán)結構示意圖16是圖2圖3導向葉片與導流環(huán)結構側視示意圖17是圖2圖3低碳加力動葉與輪轂結構示意圖18是圖2圖3低碳加力動葉與輪轂結構側視示意圖19是圖2、圖3、圖4的變速齒輪箱結構側視示意圖20圖2、圖3、圖4的變速齒輪箱結構示意圖21是圖2、圖3、圖4外形結構示意圖22是圖2、圖3、圖4內部結構示意圖中整流罩1,預旋導葉2,動葉3,后導葉4,變速齒輪箱5,導向葉片6,低碳加力
動葉7,后導葉并支板8,尾錐9,集流器10,輪轂11,主風筒12,導流環(huán)13,機座14,殼體15, 電機16,電機支撐板17 ;前緣18,前緣至層流區(qū)域19,上弧線20,最大厚度21,“魚肚”式下弧線22,中弧線 23,弦長24,“倒鷹式”造型25,后緣角造型26 ;半圓安全孔27,動葉安裝角刻度盤28,葉柄卡環(huán)結構29,動葉投影與扭曲角30,內 齒輪32,軸流工作葉輪主軸33,外齒輪34,中心齒輪35,低碳加力葉輪主軸36。下面結合實施例和附圖對本發(fā)明予以詳細描述,但不受本實施例所限。
具體實施例方式實施例1如圖2所示,圖2是本發(fā)明礦山、地鐵低碳技術中、小型主扇兩用軸流通風機氣動 結構示意圖。本發(fā)明低碳技術兩用軸流通風機,S卩,原創(chuàng)型-低碳技術主扇、局扇兩用軸流通風 機,每一輸送氣體的通風機,可相當于一臺再生能源的新機械。本發(fā)明低碳技術兩用軸流通風機的氣動結構分為兩大部分①軸流工作葉輪動葉3與后導葉4組成工作級,在原動機的拖動下,產(chǎn)生連續(xù)的 Q · P空氣動能的絕對速度。②低碳技術加力工作葉輪導向葉片6與低碳加力動葉7組成工作級,設置于低碳 加力葉輪主軸36上,回收來流Q ·Ρ空氣動能。即,就是這個動能,轉換為機械扭矩,作用于 軸功率,電機節(jié)約耗能。針對礦井、地鐵軸流通風機工況點動態(tài)氣動特點,并運用圖表借鑒,結合工作實踐 經(jīng)驗,軸流工作葉輪動葉由“葉柵設計法”造型設計。動葉
“葉柵設計法”新型動葉,如圖7,圖8,圖9,圖10 所述動葉3、前緣18、前緣至層流區(qū)域19與葉型凸面上弧線20、最大厚度21、動葉 3下表面的“魚肚”式下弧線22、尾部凹面“倒鷹式”造型25相匹配。①動葉3葉型前緣18與葉型凸面上弧線20,凹面弦長24匹配,可有效的適應工況 點變化,推遲氣流分離發(fā)生。②動葉3前緣至弦長即前緣至層流區(qū)域19,60%,即層流區(qū)域寬廣。弦長最高點氣 流轉折角以下的弦長,在葉面造型與空氣慣性的作用下延緩氣流分離。③動葉3中弦線23下表面,“魚肚”式下弧線22,與尾翼“倒鷹”式造型25,可有效 的提升葉型增量,同時抑制渦流“張力”。④動葉3弦長24后緣角造型26夾角為零,能有效的減小尾跡對下游葉片沖角的 擾動并抑制失速事故的發(fā)生。動葉3由104鋁合金鑄造或非金屬材料制成,對聲波阻尼大,不易與其它顫音發(fā)生 共振。因為半圓安全孔27消除應力集中。葉柄卡環(huán)結構29與動葉安裝角刻度盤28,不僅 可有效的提高通風機安全運行概率,而且保障通風機運行工況點范圍可靠性。如圖5、圖6所示,圖5是圖2圖3圖4動葉葉柵截面示意圖,圖6是圖2圖3圖4 動葉葉柵C · P氣動參數(shù)示意圖。由動葉葉柵截面圖可知,氣流進口速度三角形,空氣流進葉輪相對速度1@等于絕 對速度C@與圓周速度u的向量差,并與旋轉面構成夾角β@。氣流出口速度三角形,氣流 絕對速度C②等于相對速度W②與圓周速度u向量和,它與葉輪旋轉面構成夾角β②并大于 進口夾角βω。由圖5C· P氣動參數(shù)變化可看出, 竭 〉ν②、p > P①、c②〉c①。后導葉軸流工作葉輪后導葉如圖13、圖14所示;圖13是圖2圖3后導葉與導流環(huán)結構 示意圖,圖14是圖2圖3后導葉與導流環(huán)結構側示意視圖。由圖5、圖6可知,氣流以絕對速度C②流進后導葉,并順著彎曲擴散形的通道,整 流、減速、增壓,并為下游葉片偏轉所需進口氣流角。低碳技術加力工作葉輪設計原創(chuàng)型低碳加力工作葉輪,以空氣動力學“可逆性”邏輯法則研究物體對空氣,空 氣對物體相對運動,簡化了設計程序,求解了繁雜的設計問題。即,“正”,機械能對空氣的相對運動,交換為空氣動能。即,“反”,空氣動能對機械的相對運動,轉換為機械能。本發(fā)明稱之為“反推”設計法。低碳技術工作葉輪,即導向葉片6,低碳加力動葉7。設計于圖2、圖3、圖4軸流工 作葉輪后導葉4與之匹配,組合設計低碳技術兩用軸流通風機。由“反推”設計法可知低碳技術導向葉片低碳技術導向葉片6氣動功能與軸流工作級后導葉4氣動功能互為相反,葉片造 型,設計互為相反。設計要求,導向葉片6前緣氣動性能與來流的方向一致。導向葉片6后 緣出口氣流角氣動性能,與低碳加力動葉7前緣進口氣流角方向一致。并經(jīng)彎曲收斂形通 道,減壓增速,為加力動葉輸出氣流沖擊力。
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低碳技術加力動葉低碳加力動葉7氣動功能與軸流工作級動葉3氣動功能互為相反,動葉投影與扭 曲角30設計造型互為相反。如圖17、圖18所示,圖17是低碳加力動葉7結構示意圖,圖 18是低碳加力動葉7結構側視示意圖。低碳加力動葉7由于回收來流的動能,它以圓周速 度μ加速運動,相對速度w等于絕對速度C與圓周速度μ向量差。因為加力動葉氣流相 對速度增大,氣體在動葉葉柵兩壁的作用下,氣體在窄小通道內受到擠壓,而向未受到阻力 的方向加速運動。它的出口處的絕對速度C等于相對速度W和圓周速度μ的向量和。由 此空氣對低碳技術加力葉輪相對運動交換的機械扭矩(W@< W ,C · P下降)。后導葉最后級的后導葉并支板,其造型近似軸向,它迫使螺旋運動環(huán)形氣流轉換為軸向 運動的圓柱形直流,從而減小氣流螺旋運動損失、磨擦損失、流動損失,經(jīng)擴散形通道減速, 回收動壓,提高靜壓能。能量輸出如圖19、圖20所示,圖19圖20是圖2圖3圖4變速齒輪箱5結構示意圖。當啟動軸流工作葉輪進入額定轉速時,由于空氣對低碳技術加力葉輪相對運動, 此時低碳加力葉輪主軸36通過變速齒輪箱5四星中心齒輪35增速。低碳加力葉輪主軸36 與變速齒輪箱5配合。它的速度大于軸流工作葉輪的額定轉速,其旋轉力矩作用內齒輪32。 或者解釋;低碳加力葉輪主軸36,通過齒輪箱5四星中心齒輪35與外齒輪34增速偶合至 內齒輪32,推著軸流工作葉輪主軸33旋轉。四星齒輪增速,即相似于航空發(fā)動機熱膨脹增 速,提升推力。如圖21所示,圖21是圖2、圖3、圖4的外形結構示意圖,即通風機殼體與機座14 結構示意圖。要求殼體內部包括集流器10,主風筒12和主風筒尾部也稱之擴散筒,要求內部 流道光滑,殼體與殼體的縫隙焊接無凸凹不平,圓度差不能大于士2mm。通風機機座支撐機 體要求受力均勻,鋼性好,螺栓連接牢固,放置地面平穩(wěn),防止位移。根據(jù)通風機尺度,要求 殼體有強度良好的結構力學與氣動力學特點,防止通風機內外“顫振”的擾動。但圖4的不 同點電機16,電機支撐板17。如圖22所示,圖22是圖2、圖3、圖4的內部結構示意圖要求氣流流經(jīng)通道所經(jīng)過的部件、部位。即,軸流工作葉輪主軸33前端由前軸承 座支撐,設置于整流罩1內,整流罩由預旋葉片2均勻軸向焊接于主風筒12。軸流工作葉輪 主軸33的另一端由后軸承座支撐,設置于后導葉4導流環(huán)13內,如圖13、圖14并由后導葉 4近似軸向均布的焊接于主風筒12。旋轉動葉輪如圖11、圖12所示,圖11是圖2圖3動葉輪結構示意圖,圖12是圖2 圖3動葉輪結構側視示意圖,安裝于軸流工作葉輪主軸33中間。動葉輪與前后導流環(huán)間隙 4mm(士 1)。動葉3與預旋導葉2和后導葉4間距一般為動葉弦長的1/2或1/3。動葉3與 殼體15間隙3mm(士 1)。組成軸流工作葉輪動力狀態(tài)結構。低碳加力葉輪主軸36中間部位,安裝圖17、圖18低碳加力動葉輪。主軸36前端 安裝于軸承座支撐,設置于導向葉片6導流環(huán)13內,如圖15、圖16所示,導向葉片6均布焊 接于殼體15即主風筒12。低碳加力葉輪主軸36后端安裝于即尾錐9內軸承座,由后導葉并支板8支撐,軸向均布與通風機殼體15焊接。低碳加力動葉7與殼體間隙3mm(士 1),與 導向葉片6為弦長的1/2或1/3。組成低碳技術加力動葉輪動力狀態(tài)結構。由此,軸流工作葉輪與低碳技術加力動葉輪,組成低碳技術兩用軸流通風機。本發(fā) 明的工作原理通過研究物體對空氣相對運動,空氣對物體相對運動。由此,空氣動力學“可 逆性”原理發(fā)明了低碳技術兩用軸流通風機。實施例2如圖3所示,圖3是本發(fā)明礦山、地鐵低碳技術大型主扇兩用軸流通風機氣動結構 示意圖。圖3軸流工作葉輪與圖2軸流工作葉輪,氣動流體相似,幾何相似,運動相似,動力 相似,流動條件相似,工作原理相似,不再重復描述。實施例3如圖4所示,圖4是本發(fā)明地鐵、礦山低碳技術局扇兩用軸流通風機氣動結構圖。 常用局扇軸流通風機功率2. 2kw、3kw、4kw、5. 5kw、7. 5kw、ll. 5kw、15kw、18. 5kw、煤礦最大的 局扇軸流通風機55kw,效率普遍在60-70%左右,電機轉速為二級,線速度低于100m/S。該圖4局扇軸流通風機工作葉輪與圖2,圖3主扇軸流通風機葉輪工作氣動結構相 似,但不同的是轉速不同。盡管轉速不相似,但它的葉輪作功流動相似,動力相似,氣體幾何相似,工作原理 相似,不再重復敘述。上述圖2、圖3、圖4、動葉3、輪轂11、后導葉4、導流環(huán)13、導向葉片6、導流環(huán)13、 低碳加力動葉7、輪轂11,請參閱
,圖11 圖18葉輪氣動結構示意圖。
權利要求
低碳技術兩用軸流通風機,它包括整流罩(1),軸流工作葉輪動葉(3)及后導葉(4),其特征在于所述的低碳技術導向葉片(6)、低碳加力動葉(7)設置于低碳加力葉輪主軸(36)上;所述動葉(3)葉型前緣(18)、前緣至層流區(qū)域(19)與葉型凸面上弧線(20)、最大厚度(21)、動葉(3)下表面的“魚肚”式下弧線(22)、尾部凹面“倒鷹式”造型(25)相匹配,動葉(3)葉型弦長(24)后緣角造型(26)夾角為零。
2.根據(jù)權利要求1所述的低碳技術兩用軸流通風機,其特征在于所述的動葉(3)由 104鋁合金鑄造或非金屬材料制成。
3.根據(jù)權利要求1所述的低碳技術兩用軸流通風機,其特征在于所述的低碳加力葉輪 主軸(36)與變速齒輪箱(5)配合。
全文摘要
本發(fā)明屬于空氣動力學領域,尤其涉及一種原創(chuàng)型低碳技術兩用軸流通風機。它包括整流罩,軸流工作葉輪動葉及后導葉,所述的低碳技術導向葉片、低碳加力動葉設置于低碳加力葉輪主軸上;所述動葉葉型前緣、前緣至層流區(qū)域與葉型凸面上弧線、最大厚度、動葉下表面的“魚肚”式下弧線、尾部凹面“倒鷹式”造型相匹配,動葉葉型弦長后緣角造型夾角為零。本發(fā)明具有成本低,壽命長、節(jié)約能源的新特點。其市場應用前景廣泛,可用于煤礦,地鐵、冶金、有色、煉鋼、電站、燒結、化工、水泥、紡織等行業(yè),對高能耗通風設備可于平價的更換。新設備投入運行2-4年可收回全部購入成本。因此,有非常廣闊的市場經(jīng)濟效益。
文檔編號F04D19/00GK101936296SQ20101028857
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權日2010年9月21日
發(fā)明者熊偉, 熊剛 申請人:熊剛