[發明專利]一種葉片吸力面有渦破碎結構和葉頂開槽的軸流風機

有效

• 申請號: 201610263049.5
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105756996B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 竇華書;李哲弘;徐金秋;許文倩;賈會霞;姜陳鋒;遲劭卿;陳小平;魏義坤;楊徽
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: F04D29/38
• 分類號: F04D29/38;F04D29/66
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙)33216
• 代理人: 朱楓

技術領域

本發明屬于軸流風機技術領域，特別涉及一種葉片吸力面有渦破碎結構和葉頂開槽的軸流風機。

背景技術

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；鍋爐和工業爐窯的通風和引風；空氣調節設備和家用電器設備中的冷卻和通風；谷物的烘干和選送；風洞風源和氣墊船的充氣的推進等，在國民經濟各行業均有非常重要的應用。據統計，風機用電約占全國發電量的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%；鋼鐵工業的風機用電量占其生產用電的20% ；煤炭工業的風機用電量占煤炭工業用電的17%。由此可見，風機節能在國民經濟各部門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，這樣它具有流量大、全壓低的特點，在這些行業中都占有不可替代的地位。

因此設計優化出效率高、性能好、噪聲低、節能的軸流風機是很重要的。但是軸流風機中流動非常復雜性，主要體現在：1）流動的三維性；2）流體的粘性；3）流動的非定常性。在傳統的風機設計中很難考慮到上面三點，就算現代設計方法中用了CFD做輔助設計，但是無法完全控制上面三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渦。由于粘性，葉片表面以及環壁通道表面均會存在粘性邊界層，它們之間以及與主流之間有強烈的相互作用，產生所謂的“二次流”現象。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：旋轉噪聲和渦流噪聲。如果風機出口直接排入大氣，還有排氣噪聲。

綜上所述，要想設計優化出效率高、性能好、噪聲低、節能的軸流風機，就是要控制和減小二次流動、控制和減小邊界層厚度、防止渦脫落、或是控制渦的形成。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足無法通過設計和優化很好的控制軸流風機中的邊界層、二次流和渦流噪聲，提供一種葉片吸力面有渦破碎結構和葉頂開槽的軸流風機，在葉輪葉片吸力面靠近根部加有一個渦破碎結構，把葉片葉頂加工出翼型凹槽，在輪轂與內筒間隙加迷宮密封結構，并且把導葉吸力面尾部加工出矩形凹槽，可以抑制葉輪流道中通道渦的大小，減小徑向二次流；可以阻礙了泄漏流發展，削弱了泄漏流與主流的摻混，從而減少葉頂處的泄漏損失；可以產生很強的節流效應，改善葉輪出口處氣流的穩定性，減小葉片根部氣流的泄漏量；可以很好的控制導葉尾部邊界層的厚度，防止邊界層分離，抑制渦的脫落和減小渦脫落的頻率。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，更加節能環保。

本發明的技術方案如下：一種葉片吸力面有渦破碎結構和葉頂開槽的軸流風機，包括網罩、葉輪、導葉、內筒、外筒、電機、軸套；所述網罩是由鐵絲編織而成，固定在外筒上；其特征在于：所述葉輪包括輪轂和葉片，葉片吸力面靠近根部有一個渦破碎結構，葉片頂部加工成翼型凹槽結構，在葉輪輪轂與內筒的間隙有迷宮密封結構；所述葉片是通過等環量孤立翼型法設計的翼型葉片，扭速隨著半徑的增大而減小，壓強沿徑向不變，葉片厚度分布與NACA四位數字翼型厚度分布相同，翼型相對厚度為10%—15%，葉片數量為5—9個，葉片葉頂間隙為葉片高度的1%—2%；所述葉片上渦破碎結構，截面形狀為矩形，渦破碎結構的長為所在位置葉片弦長的25%-35%，寬度為長度的1/4-1/3，厚度為3-8mm，渦破碎結構的尾部距離所在翼型截面尾緣的距離b2為弦長b1的25%-35%；所述葉頂翼形凹槽結構的形狀與葉頂截面相同而等比例縮小，縮小倍數為0.95-0.8，翼形凹槽深度為3-8mm；所述葉輪輪轂與內筒的間隙的迷宮密封結構是由矩形鋸齒組成，在輪轂與內筒上都有矩形鋸齒，鋸齒的大小和間距相等，兩邊矩形鋸齒的數量各為4-7個，輪轂與內筒之間的間距為8-15mm，鋸齒的高度為間距的60%-80%，鋸齒的寬度為高度的1/5-1/3，齒間間隙為齒高的1/8-1/5；所述導葉固定在內筒和外筒上面，導葉葉片為圓弧板型葉片，沿著徑向設有扭轉導葉數量為7—17個，導葉葉片的厚度為2—4mm，導葉靠近尾緣的吸力面尾部有矩形凹槽；所述導葉吸力面矩形凹槽均勻分布在吸力面尾緣部分，大小相等，與導葉尾緣距離相同，矩形凹槽長度為導葉葉根弦長的20%—30%，矩形凹槽的深度為導葉厚度的1/3—1/2，矩形凹槽的寬度與導葉厚度相同，矩形凹槽與葉片尾緣的距離為導葉葉根弦長的3%—5%，矩形凹槽的數量為5-10個；所述電機為三相異步電機，電機固定在內筒的腹板上，葉輪通過軸套與電機軸相連。