一種葉片壓力面帶小翼和葉頂有吹氣結構的軸流風機的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種葉片壓力面帶小翼和葉頂有吹氣結構的軸流風機，包括網(wǎng)罩、葉輪、導葉、內(nèi)筒、外筒、電機；所述網(wǎng)罩是有鐵絲編織而成，固定在外筒上；所述葉輪包括輪轂和葉片，在葉片葉頂加葉頂吹氣結構，葉片吸力面尾部加小翼結構，導葉級出口端的內(nèi)筒上加工矩形孔，可以改善葉頂?shù)牧鲃忧闆r；減小葉頂泄漏損失、渦流損失；降低間隙產(chǎn)生的噪聲；控制徑向運動的二次流；控制葉片表面邊界層厚度；抑制了葉片尾跡引起的渦流噪聲；減小渦導葉級渦脫落頻率，降低了出口噪聲。通過對軸流風機不同位置的改進使該型軸流風機效率更高，噪聲更低，更加節(jié)能環(huán)保。
【專利說明】
-種葉片壓力面帶小翼和葉頂有吹氣結構的軸流風機
技術領域
[0001] 本實用新型屬于風機技術領域，特別設及一種葉片壓力面帶小翼和葉頂有吹氣結 構的軸流風機。
【背景技術】
[0002] 軸流風機是依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械。它廣泛用于工 廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風、排塵和冷卻;鍋爐和工業(yè)爐害的通風和 引風;空氣調(diào)節(jié)設備和家用電器設備中的冷卻和通風;谷物的烘干和選送;風桐風源和氣墊 船的充氣的推進等，在國民經(jīng)濟各行業(yè)均有非常重要的應用。據(jù)統(tǒng)計，風機用電約占全國發(fā) 電量的10%，煤礦主要通機平均電耗約占礦井電耗的16%;金屬礦山的風機用電量占采礦用 電的30%;鋼鐵工業(yè)的風機用電量占其生產(chǎn)用電的20% ;煤炭工業(yè)的風機用電量占煤炭工業(yè) 用電的17%。由此可見，風機節(jié)能在國民經(jīng)濟各部口中的地位和作用是舉足輕重的。由于，軸 流風機的比轉速較高，運樣它具有流量大、全壓低的特點，在運些行業(yè)中都占有不可替代的 地位。
[0003] 因此設計優(yōu)化出效率高、性能好、噪聲低、節(jié)能的軸流式通風機是很重要的。但是 軸流風機中流動非常復雜性，主要體現(xiàn)在：1)流動的=維性;2)流體的粘性;3)流動的非定 常性。在傳統(tǒng)的風機設計中很難考慮到上面S點，就算現(xiàn)代設計方法中用了WD做輔助設 計，但是無法完全控制上面=個因素對風機性能的影響，其中最關鍵的因素是流體的粘性， 粘性不僅僅影響到葉片出口邊為滿足庫塔-茹科夫斯基條件而形成的葉片尾跡旋滿。由于 粘性，葉片表面W及環(huán)壁通道表面均會存在粘性邊界層，它們之間W及與主流之間有強烈 的相互作用，產(chǎn)生所謂的"二次流"現(xiàn)象。二次流動是軸流風機損失上升、效率下降的主要根 源。同時，由于粘性的影響，使軸流風機中存在空氣動力噪聲，軸流風機的空氣動力噪聲主 要由兩部分組成:旋轉噪聲和滿流噪聲。如果風機出口直接排入大氣，還有排氣噪聲。
[0004] 綜上所述，要想設計優(yōu)化出效率高、性能好、噪聲低、節(jié)能的軸流式通風機，就是要 控制和減小二次流動、控制和減小邊界層厚度、防止?jié)M脫落、或是控制滿的形成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術的不足無法通過傳統(tǒng)設計很好的控制軸流風 機中的邊界層厚度、二次流和滿流噪聲，提供一種葉片壓力面帶小翼和葉頂有吹氣結構的 軸流風機，在葉片葉頂加葉頂吹氣結構，葉片吸力面尾部加小翼結構，和導葉級出口端的內(nèi) 筒上加工矩形孔，可W改善葉頂?shù)牧鲃忧闆r;減小葉頂泄漏損失、滿流損失；降低間隙產(chǎn)生 的噪聲;控制徑向運動的二次流;控制葉片表面邊界層厚度;抑制了葉片尾跡引起的滿流噪 聲;減小滿導葉級滿脫落頻率，降低了出口噪聲。通過對軸流風機不同位置的改進使該型軸 流風機效率更高，噪聲更低，更加節(jié)能環(huán)保。
[0006] 本實用新型采用的技術方案是:一種葉片壓力面帶小翼和葉頂有吹氣結構的軸流 風機，包括網(wǎng)罩、葉輪、導葉、內(nèi)筒、外筒、電機;所述網(wǎng)罩是有鐵絲編織而成，固定在外筒上； 其特征在于:所述葉輪包括輪穀和葉片，葉片吸力面尾部有小翼結構，葉片頂端有吹氣孔結 構;所述葉片是通過等環(huán)量孤立翼型法設計的翼型葉片，扭速隨著變徑的增大而減小，壓強 沿徑向不變，葉片厚度分布與NACA四位數(shù)字翼型厚度分布相同，翼型相對厚度為10%-15%， 葉片數(shù)量為5-9個，葉片葉頂間隙為葉片高度的1%-2%;所述葉片吸力面小翼均勻分布在葉 片上，相對于葉高的位置分別在20%、40%、60%和80%四個位置，小翼的尾端垂直于葉片表面， 前緣與葉片表面有30-60%中間通過樣條曲線過度，各截面小翼的弦長相等，占平均半徑出 弦長的1/4-1/3左右，小翼厚度為4-8mm，小翼高度為其弦長的30%-60%，小翼的尾緣距離葉 片尾緣有5%-10%的葉片平均弦長;所述葉頂吹氣結構，是從葉片頂部壓力面開孔，使高壓氣 體能流經(jīng)葉頂間隙，吹氣孔平均分布在葉頂翼型截面的中弧線上，孔的直徑為弦長的5- 10%，小孔之間的距離為弦長的10%-20%，壓力面小孔主要均勻分布在葉高的85%-90%的區(qū)域 內(nèi)；所述導葉固定在內(nèi)筒和外筒上面，導葉葉片為圓弧板型葉片，沿著徑向沒有扭轉，導葉 數(shù)量為7-17個，導葉葉輪與葉輪的軸向間隙的大小為5-lOmm，導葉葉片的厚度為2-4mm;所 述內(nèi)筒在處氣段尾部，開有矩形孔;所述矩形孔結構均勻的分布在內(nèi)筒整個圓周上，矩形孔 的長為內(nèi)筒圓周長度的3%-5%，矩形銀齒的長寬比為2-4,矩形孔的數(shù)量在10-30個之間；所 述電機為=相異步電機，電機固定在內(nèi)筒的腹板上，葉輪通過軸套與電機軸相連。
[0007] 本實用新型的有益效果：
[0008] 本實用新型通過在葉輪葉片的頂端加了葉頂吹氣結構，能把壓力面的高能氣體吹 進葉頂間隙的邊界層區(qū)域，可W很好的控制邊界層厚度，防止氣體回流和葉尖滿的形成與 脫落，從而可W有效地改善葉頂處的泄露流，減小流動損失，改善葉頂處由于泄露流而造成 的低能流體聚集、堵塞流道的問題，從而降低噪音。同時該軸流式通風機在葉輪葉片的吸力 面尾部上均勻的加了四個小翼，小翼可W引導氣流沿著弦向運動，可W很好的控制由于流 體的壓力和離屯、力不平衡導致的徑向流動，同時還可W控制葉片流道中一對通道滿的尺 寸，和葉片表面附面層潛移流動，也就控制住了徑向運動的二次流，減小速度的不均勻，減 小射流尾跡損失，控制邊界層厚度，使葉片吸力面邊界層分離點向后運動，減小能量損失、 控制滿脫落，抑制了由于葉片尾跡引起的滿流噪聲。把導葉級的內(nèi)筒后部也設計成矩形孔 的形狀，可W有效的控制邊界層厚度和滿的脫落頻率，同時該結構可W對大的通道滿進行 切割、梳理成無數(shù)小滿流，并對風葉根的粘性氣流進行有效分離、導向，致使成為理想氣流， 減小了風機尾跡損失和滿流噪聲。通過對軸流風機不同位置的改進使該型軸流風機效率更 高，噪聲更低，更加節(jié)能環(huán)保。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本實用新型的軸流風機S維圖。
[0010] 圖2為本實用新型的葉輪結構圖。
[0011] 圖3為本實用新型的葉輪葉片壓力面示意圖。
[0012] 圖4為本實用新型的葉輪葉片吸力面示意圖。
[0013] 圖5為本實用新型的小翼截面圖。
[0014] 圖6為本實用新型的導葉級葉輪結構圖。
[0015] 圖7為本實用新型的葉片翼型截面設計示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
[0017] 如圖1所示，該軸流式通風機有6部分組成，包括1、葉輪2、內(nèi)筒3、電機4、導葉5、外 筒6、網(wǎng)罩;外筒5、導葉4和內(nèi)筒2通過焊接固連在一起，電機3固定在內(nèi)筒2的腹板上，其中電 機3的工作參數(shù)為72化/min,功率為4KW;葉輪1通過軸套固定在電機巧由上，葉輪1的輪穀與 內(nèi)筒3的間隙為IOmm;網(wǎng)罩6安裝在外筒5上，有整流和防止異物進入的作用。
[0018] 如圖1、2、3、5所示，葉輪1有電機3帶動給氣體做功，提高氣體的動壓和靜壓，葉輪1 上的葉片1-1是通過等環(huán)量孤立翼型法設計的翼型葉片，扭速隨著變徑的增大而減小，壓強 沿徑向不變，葉片相對厚度為10%，葉片數(shù)量為6個，葉片葉頂間隙為葉片高度的2%。葉輪葉 片設計具體方法如下：
[0019] 軸流式通風機內(nèi)部流體簡單的徑向平衡方程：
[0020]
'蝕）
[0021] 其中P表示流體微團受到的壓力，Cu為流體微團繞軸旋轉的速度，r為流體微團的 旋轉半徑。公式表示軸流風機內(nèi)部假設沒有徑向流動，則任意位置流體微團在徑向上受到 的壓力P和流體微團旋轉運動產(chǎn)生的離屯、力平衡。
《2.；!
[0022] (.3.)
[0023] 在公式(2)-(3)中，Pt為氣體的總壓，P為氣體的密度，C為氣體的合速度，CuXa、 &分別為氣體的周向速度、周向速度、徑向速度，但是有上面假設可知&=0,氣體的總壓等 于動壓加靜壓。
[0024]
(4：)
[00巧]由公式(2)-(3)可W得到Pt、P、CuXa的微分關系式如公式(4).把公式(4)回代入 公式(1)中就可W得到另一種更加通用的簡單的徑向平衡方程巧）。
[0026]
C 泛東
[0027] 等環(huán)量設計方法假設總壓Pt沿徑向不變，軸向速度Ca也沿徑向為常數(shù)，代入公式 巧）中可知：
[002引
（S)
[0029] 由上面公式可知，等環(huán)量設計方法就是假設風機內(nèi)部Cr=O,并且總壓Pt沿徑向不 變，軸向^東把輝向為常數(shù)，周向速度隨著半徑的增大而減小。
[0030] 氣？弄
[0031] 公式(7)是由葉柵理論推導出來的，一個關于葉片稠度I，葉片扭速M!。，葉柵升 力系數(shù)，和葉柵中平均相對速度之間的關系。
[0032]
《:浸)
[0033] 孤立翼型設計方法就是假設葉柵的升力系數(shù)CV,不受葉柵之間葉片的干設，也就 是葉柵的升力系數(shù)Gf孤立翼型的升力系數(shù)€^相同。
[0034] 等環(huán)量孤立翼型設計方法就是如上所述，通過上面的方法就可W計算出葉片的各 截面的弦長和安裝角，葉片進口氣流機和葉片出口氣流機，由上面的參數(shù)加上一些經(jīng)驗公 式就可W計算出中弧線的形狀，取翼型相對厚度為10%，然后，在各截面的中弧線疊加NACA 四位數(shù)字翼型厚度分布，得到各翼型截面。NACA翼型是美國國家航空資訊委員會(National Advisory Committee for Aeronautics)所發(fā)表的翼型系列，四位數(shù)字翼型是其常用翼型 系列，設計方法如下：
[0035] NACA四位數(shù)字翼型厚度分布函數(shù)方程為：
[0036]
巧)：
[0037] 其中：t表示相對厚度，t居娛!），b為弦長，W翼型玄線為X軸，坐標原點放在翼型葉 片前緣點上，XS投M。
[0038] 方法如下，首先，取相對厚度為10%，得到葉片不同截面厚度分布函數(shù)的N個離散點 ￡煉。:，帶)，然后，同時把各截面中弧線也進行等分得到N個離散點於X。，y。），并且通過 差分法求取各點法線的斜率，然后求出傾斜角#，運樣就可W得到變換后翼型上下表面的 坐標點
然后用曲線光滑的連接起來就可W得到個截面所需翼型，如圖7所示，al為厚度分布函數(shù)， 曰4為葉片中弧線，曰2和曰3為中弧線任一點的法線和切線。
[0039] 如圖2、3所示，葉輪1上的葉片1-1的吸力面尾緣均勻分布著4個小翼1-2，B1、B2、 B3、B4,圖4為B2處翼型葉片1-1和小翼1-2的截面圖，相對于葉高的位置分別在20%、40%、60% 和80%四個位置，小翼1-2之間的距離d4為56mm，小翼1-2的尾端垂直于葉片1-1表面，前緣與 葉片1-1表面法向的角度e為30%中間通過樣條曲線過度，各截面小翼1-2的弦長相等，占 葉片1-1平均半徑出弦長d6的1/3左右，小翼1-1厚度d3為5mm，小翼1-2高度d5為其弦長的 40%，小翼1-2的尾緣到葉片尾緣的距離d7為5%的葉片1-1平均弦長。
[0040] 如圖2、3、5所示，葉輪1上的葉片1-1頂端有頂端吹氣結構1-3,所述葉頂吹氣結構 1-3,是從葉片頂部壓力面開孔，使高壓氣體能流經(jīng)葉頂間隙，吹氣孔平均分布在葉頂翼型 截面的中弧線A上，孔的直徑d2為弦長的5%，大小為8mm，小孔之間的距離dl為弦長的15%，大 小為30mm，壓力面小孔主要均勻分布在葉高的85%-90%的區(qū)域內(nèi)。
[0041] 如圖1、6所示，導葉4固定在內(nèi)筒巧P外筒5上面，導葉4為圓弧板型葉片，沿著徑向 沒有扭轉導葉數(shù)量為9個，導葉4葉輪與葉輪1的軸向間隙的大小為10mm，導葉4葉片的厚度 為4mm;內(nèi)筒2在出氣端尾部，開有矩形孔2-1;所述矩形孔結構2-1均勻的分布在內(nèi)筒整個圓 周上，矩形孔的長為內(nèi)筒圓周長度的3%，大小為60mm，矩形銀齒的長寬比為2,矩形孔的數(shù)量 在14個。
[0042]本實用新型首先在該軸流風機在葉輪1葉片1-1的頂端加了葉頂吹氣結構1-2,可 W很好的控制邊界層厚度，防止氣體回流和葉尖滿的形成與脫落，從而可W有效地改善葉 頂處的泄露流，減小流動損失，改善葉頂處由于泄露流而造成的低能流體聚集、堵塞流道的 問題，從而降低噪音。同時在該軸流式通風機在葉輪1葉片1-1的吸力面尾部上均勻的加了 四個小翼1-2,原因是吸力面邊界層比壓力面邊界層厚得多，導致吸力面流動相當復雜，而 且隨著流體從前緣到后緣的過程中，吸力面逆壓梯度不斷增大，導致吸力面邊界層不斷加 厚，所W控制吸力面后半部分流體的流動情況，對提高風機性能是很關鍵的，小翼1-2的作 用是引導氣流沿著弦向運動，可W很好的控制由于流體的壓力和離屯、力不平衡導致的徑向 流動，同時還可W控制葉片1-1流道中一對通道滿的尺寸，和葉片1-1表面附面層潛移流動， 也就控制住了徑向運動的二次流，減小速度的不均勻，減小射流尾跡損失，控制邊界層厚 度，使葉片吸力面邊界層分離點向后運動，減小能量損失、控制滿脫落，抑制了由于葉片1-1 尾跡引起的滿流噪聲。最后在導葉4級的內(nèi)筒2后部也設計成矩形孔的形狀2-1，經(jīng)過優(yōu)化設 計，發(fā)現(xiàn)該結構可W有效降低導葉4尾跡噪聲，原因是導葉4處在動葉的后面由于葉片1-1尾 跡和導葉4邊界層的疊加使的導葉4級通道中流動非常的復雜，并且靠近輪穀和內(nèi)筒2側的 氣流邊界層會進一步增大，也就是在導葉4級的靠近內(nèi)筒2側出口氣流中存在很大的滿流 區(qū)。故在內(nèi)筒2的出口加工出矩形孔2-1，可W有效的控制邊界層厚度和滿的脫落頻率，同時 該結構可W對大的通道滿進行切割、梳理成無數(shù)小滿流，并對風葉根的粘性氣流進行有效 分離、導向，致使成為理想氣流，減小了風機尾跡損失和滿流噪聲。通過對軸流風機不同位 置的改進使該型軸流風機效率更高，噪聲更低，更加節(jié)能環(huán)保。
【主權項】
1. 一種葉片壓力面帶小翼和葉頂有吹氣結構的軸流風機，包括網(wǎng)罩、葉輪、導葉、內(nèi)筒、 外筒、電機;所述網(wǎng)罩是有鐵絲編織而成，固定在外筒上;其特征在于:所述葉輪包括輪轂和 葉片，葉片吸力面尾部有小翼結構，葉片頂端有吹氣孔結構;所述葉片是通過等環(huán)量孤立翼 型法設計的翼型葉片，扭速隨著變徑的增大而減小，壓強沿徑向不變，葉片厚度分布與NACA 四位數(shù)字翼型厚度分布相同，翼型相對厚度為1〇%_15%，葉片數(shù)量為5-9個，葉片葉頂間隙為 葉片高度的1%_2%;所述葉片吸力面小翼均勻分布在葉片上，相對于葉高的位置分別在20%、 40%、60%和80%四個位置，小翼的尾端垂直于葉片表面，前緣與葉片表面有30-60°，中間通過 樣條曲線過度，各截面小翼的弦長相等，占平均半徑出弦長的1/4-1/3左右，小翼厚度為4-8mm，小翼高度為其弦長的30%-60%，小翼的尾緣距離葉片尾緣有5%-10%的葉片平均弦長;所 述葉頂吹氣結構，是從葉片頂部壓力面開孔，使高壓氣體能流經(jīng)葉頂間隙，吹氣孔平均分布 在葉頂翼型截面的中弧線上，孔的直徑為弦長的5-10%，小孔之間的距離為弦長的10%_20%， 壓力面小孔主要均勻分布在葉高的85%-90%的區(qū)域內(nèi)；所述導葉固定在內(nèi)筒和外筒上面，導 葉葉片為圓弧板型葉片，沿著徑向沒有扭轉，導葉數(shù)量為7-17個，導葉葉輪與葉輪的軸向間 隙的大小為5-10mm，導葉葉片的厚度為2-4mm;所述內(nèi)筒在處氣段尾部，開有矩形孔;所述矩 形孔結構均勻的分布在內(nèi)筒整個圓周上，矩形孔的長為內(nèi)筒圓周長度的3%_5%，矩形鋸齒的 長寬比為2-4,矩形孔的數(shù)量在10-30個之間;所述電機為三相異步電機，電機固定在內(nèi)筒的 腹板上，葉輪通過軸套與電機軸相連。
【文檔編號】F04D29/54GK205639001SQ201620356990
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】徐金秋, 竇華書, 姜陳鋒, 賈會霞, 王天垚, 陳小平, 魏義坤, 楊徽
【申請人】浙江理工大學