CN117605707A - 一种带涡流发生器结构的离心风机叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带涡流发生器结构的离心风机叶轮。该离心风机叶轮包括一个具有进气口的前盘、一个具有连接电动机等主轴系统连接孔的后盘、多个安装在所述进气口周围并围绕旋转轴Z四周分布的叶片，以及多个安装在叶片表面的涡流发生器。本发明通过在叶片吸力面表面设置涡流发生器，涡流发生器产生的湍流束将位于叶片吸力面边界层的低能流体与主流充分混合,可以有效抑制层流边界层生长和分离，减小叶片二次流动以及叶片与前后盖之间的角区分离，消除叶轮出口回流，降低总压损失和噪声。

Description

一种带涡流发生器结构的离心风机叶轮

技术领域

本发明属于离心风机技术领域，涉及一种带涡流发生器结构的离心风机叶轮，所述叶轮包括前盘、后盘和叶片，其特征在于叶片吸力面设有若干涡流发生器。本发明可以减小离心风机叶轮出口损失和降低噪音。

背景技术

传统的离心风机叶轮没有涡流发生器，当叶轮旋转时，气流在叶轮叶片吸力面速度场及压力场分布不均匀，具有局部的高速区或低压区，存在过厚的壁面边界层以及强烈的二次流并且会诱发角区分离现象，产生二次流损失和角区回流损失，导致叶轮出口静压下降，降低风机气动性能，同时增大风机噪声。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本申请的目的在于提供一种带涡流发生器结构的离心风机叶轮，该风机在良好的机械稳定状态下能够更好地实现对叶片吸力面流场的影响，有效地削薄边界层厚度，减少二次流，在降低压力损失、降低噪声以及提高风机工作效率等方面得到优化。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种带涡流发生器结构的离心风机叶轮，该离心风机叶轮包括一个具有进气口的前盘、一个具有连接电动机等主轴系统连接孔的后盘、多个安装在所述进气口周围并围绕旋转轴Z四周分布的叶片，以及多个安装在叶片吸力面表面的涡流发生器，流道从进气口的区域出发经过叶片和涡流发生器径向向外导通，并在离心风机叶轮的外部区域形成出气口。

本发明进一步的改进在于，涡流发生器沿叶片吸力面上的预设分布线进行设置，预设分布线在叶片高度方向非直线。

本发明进一步的改进在于，预设分布线与叶片形成顶部夹角和根部夹角，顶部夹角与根部夹角为0～60°。

本发明进一步的改进在于，相邻所述涡流发生器间设置有间距和夹角开度，间距在5～10倍叶片尾缘厚度，涡流发生器夹角开度在0～30°。

本发明进一步的改进在于，涡流发生器在叶片吸力面表面沿叶片表面法线方向隆起，其与叶片一起沿旋转轴Z周向分布。

本发明进一步的改进在于，涡流发生器与叶片吸力面表面直接连接，且在叶片弦长方向和高度方向能够任意分布。

本发明进一步的改进在于，涡流发生器几何结构在三维上能够任意地倾斜旋转，型线能够根据流场情况进行设计。

本发明进一步的改进在于，在周向上的每个涡流发生器之间与所在叶片形成边界层微流道。

本发明进一步的改进在于，涡流发生器三维几何结构在上能够任意造型，由其弦长、宽度、高度和角度控制。

本发明进一步的改进在于，涡流发生器的弦长为叶片弦长的5％-10％，和/或，涡流发生器的宽度为叶片高度的2％-12％，和/或，涡流发生器的高度为叶片尾缘厚度的3％-5％，和/或，涡流发生器的倾斜角度为0～60°。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

相较于传统离心风机叶轮，本发明提供的带涡流发生器结构的离心风机叶轮，可以在风机前盘、后盘及叶片之间的气流通道中，对旋转轴方向上和周向上速度分布与压力分布的均匀性产生有利影响。所述涡流发生器在其下游产生湍流束，阻止层流边界层的发展，转变为湍流边界层，降低边界层流动损失。同时，所述涡流发生器结构可以有效阻断叶片高度方向上由于压强梯度形成的二次流动，降低二次流损失，改善叶轮通道内气流分布，尤其是在靠近吸力面附近的边界层流动的速度梯度和压强梯度，从而抑制叶轮出口处产生分离和回流，这对风机的空气动力学以及声学特性有积极影响，特别是在静压升、总压效率以及噪声方面的改善较为明显。

另外，本发明有针对性地控制气流流动的多个自由度以及气流导向，来使叶片吸力面与涡流发生器间微流道的气流保持稳定，涡流发生器下游气流产生湍流流束，减小气体在叶片壁面的边界层厚度，推迟边界层分离趋势，消除叶轮出口回流，改善风机流场情况，从而提高风机静压升、总压效率，降低噪声。

除此之外，风机流场气流流动情况优化，在一定程度上改善了机械稳定性，延长了设备的使用寿命，节省了材料，提高了设备运行的安全性和经济性，推进了绿色高效设备的发展。

综上所述，只要在技术上可行，所述涡流发生器均可加在传统的离心风机叶轮上。

附图说明

图1示出了传统离心风机叶轮的立体视图；

图2示出了带涡流发生器离心风机叶轮的立体视图；

图3示出了带涡流发生器离心风机叶轮叶片的侧视图，用以对本发明的涡流发生器安装位置分布控制线、安装间距和夹角开度进行进一步阐明；

图4a示出了本发明提供的一种带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮整体立体图；

图4b示出了本发明提供的一种带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮去除前、后盘的单叶片侧视图；

图4c示出了本发明提供的一种带涡流发生器离心风机叶轮中，通过放大的标尺示出的涡流发生器的立体视图；

图5a示出了本发明提供的另一种带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮整体立体图；

图5b示出了本发明提供的另一种带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮去除前、后盘的单叶片侧视图；

图5c示出了本发明提供的另一种带涡流发生器离心风机叶轮中，通过放大的标尺示出的涡流发生器的立体视图；

图6a示出了本发明提供的再一种带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮整体立体图；

图6b示出了本发明提供的再一种带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮去除前、后盘的单叶片侧视图；

图6c示出了本发明提供的再一种带涡流发生器离心风机叶轮中，通过放大的标尺示出的涡流发生器的立体视图；

图7a示出了本发明提供的又一种带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮整体立体图；

图7b示出了本发明提供的又一种带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮去除前、后盘的单叶片侧视图；

图7c示出了本发明提供的又一种带涡流发生器离心风机叶轮中，通过放大的标尺示出的涡流发生器的立体视图；

附图标记说明：

离心风机叶轮1，前盘2，后盘3，叶片4，进气口5，出气口6，流道7，涡流发生器8；

预设分布线9，间距10，夹角开度11，顶部夹角12，根部夹角13；

弦长14，宽度15，高度16，倾斜角度17。

具体实施方式

本发明提供一种带涡流发生器离心风机叶轮。为使本发明的实现技术和应用效果更加明确直观，以下参照上述附图对本发明进行详细说明。应当说明，此处所描述的实施方案仅用以解释本发明，但并不仅限于本文提到的涡流发生器。

在所有实施例中，根据本发明的需要绕旋转轴Z转动地驱动的离心风机叶轮1均包括一个前盘2、一个在旋转轴方向上对置的后盘3、多个叶片4以及多个涡流发生器8。所述前盘2具有一个优选基本上置于中央、用于进气的进气口5。所述后盘3具有一个优选基本上置于中央、用于连接电动机等主轴系统连接孔。所述叶片4安装在所述前盘2和所述后盘3之间。所述叶片4与前盘2、后盘3均至少局部地直接连接。所述叶片4以一定的圆周分布围绕所述旋转轴Z和所述进气口5布置。所述涡流发生器8安装在所述叶片4表面并与之局部地直接连接。所述涡流发生器8以一定的圆周分布围绕所述旋转轴Z布置。在周向上的每个叶片4与每个涡流发生器8之间形成流道7。所述流道7从所述进气口5的区域出发经过叶片4和涡流发生器8径向向外导通，并在离心风机叶轮1的外部区域形成出气口。

在本发明出示的各个实施例中，离心风机叶轮1除涡流发生器8形状大小不同外，其他均相同，包括涡流发生器8的数量以及布置位置。同时，每个实施例中离心风机叶轮1上的所有涡流发生器8形状、大小、数量以及布置位置均相同，且在预设分布线9上均匀分布，顶部夹角(12)与根部夹角(13)为0～60°。

相邻所述涡流发生器(8)间设置有间距(10)和夹角开度(11)，所述间距(10)在5～10倍叶片尾缘厚度，所述夹角开度(11)在0～30°。

在图3示出了带涡流发生器离心风机叶轮叶片的侧视图。七个涡流发生器8沿预设分布线9设置在叶片吸力面，预设分布线9与叶片顶部夹角为45°，与叶片根部夹角为60°。相邻涡流发生器的间距为12.5％叶片高度，相邻涡流发生器之间的夹角开度为0°。

与下面简短地对各个实施例中作更加具体的说明。

在本公开的提供了一种带涡流发生器离心风机叶轮中，如图4a所示，为带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮整体立体图；如图4b所示，为带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮去除前、后盘的单叶片侧视图；如图4c所示，为通过放大的标尺示出的涡流发生器立体视图。其中，所述涡流发生器8的设计为三维楔形体，所述涡流发生器8的长度为13％叶片弦长，宽度为2mm，高度为8mm，迎风面为平面且与叶片吸力面之间的倾斜角为25°。

在本公开的提供了另一种带涡流发生器离心风机叶轮中，如图5a所示，为带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮整体立体图；如图5b所示，为带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮去除前、后盘的单叶片侧视图；如图5c所示，为通过放大的标尺示出了涡流发生器立体视图。其中，所述涡流发生器8的设计为三维四面体，所述涡流发生器8的长度为13％叶片弦长，宽度为2mm，高度为10mm，迎风面为平面且与叶片吸力面之间的倾斜角为30°。

在本公开的提供了再一种带涡流发生器离心风机叶轮中，如图6a所示，为带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮整体立体图；如图6b所示，为带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮去除前、后盘的单叶片侧视图；如图6c所示，为通过放大的标尺示出了涡流发生器立体视图。其中，所述涡流发生器8的设计为三维燕尾形体，所述涡流发生器8的长度为10％叶片弦长，宽度为10mm，高度为8mm，迎风面为平面且与叶片吸力面之间的倾斜角为25。

在本公开的提供了又一种带涡流发生器离心风机叶轮中，如图6a所示，为带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮整体立体图；如图6b所示，为带涡流发生器离心风机叶轮的叶轮去除前、后盘的单叶片侧视图；如图6c所示，为通过放大的标尺示出了涡流发生器立体视图。其中，所述涡流发生器8的设计为三维象形体，所述涡流发生器8的长度为10％叶片弦长，宽度为2mm，高度为15mm，迎风面为曲面且与叶片吸力面之间的倾斜角为60°。

在上述实施例中，前盘2、后盘3、叶片4和涡流发生器8均为pp塑料构件，由于该风机工作风量较小，运行环境干净，不需要考虑风机叶片4和涡流发生器8的刚度和强度。涡流发生器8下游产生湍流束，有效抑制了叶片4吸力面表面边界层厚度沿流动方向的增长，同时阻断了叶片高度方向的二次流窜动，叶片4与涡流发生器8之间的微通道气流可以吹动聚集在叶片4尾部区域的低速流，有效减少分离和回流，降低二次流动损失，提高总压效率及稳定性。

综上所述，本发明提供的带涡流发生器离心风机叶轮，可以有效阻断叶轮内部二次流，减少分离和回流，降低风机静压损失，提高风机总压效率，减少风机出口噪声，还在一定程度上可以延长风机的使用寿命，节约资源。

需要说明的是，各同行可以根据本发明的构思和技术根据实际情况可以将所有到目前为止所述及的各个特征任意地加以组合。

本发明并不限制于前面已经说明和描写过的实施例，其也包括所有在发明意义上起同样功能的结构。另外，本发明迄今为止也不限于在独立权利要求中限定的特征组合，其也可以被定义为已被全部公开的单个特征的一定特征的任意一种其他的组合方式。这意味着，原则上并在实践中，独立权利要求中所述的每一个单个特征都可以删去，或者说，独立权利要求中所述的每一个单个特征都可以被在本申请中其他地方所公开的单个特征所取代。而所有这些组合、替换或删除都应属于本发明所附的权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种带涡流发生器结构的离心风机叶轮，包括一个具有进气口(5)的前盘(2)、一个具有连接电机等主轴系统连接孔的后盘(3)、多个安装在所述前盘(2)和后盘(3)之间并围绕旋转轴Z周向分布的叶片(4)及其围成的流道(7)，其特征在于，所述叶片(4)还包括多个安装在其吸力面表面上的涡流发生器(8)。

2.根据权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述涡流发生器(8)沿所述叶片吸力面上的预设分布线(9)进行设置，所述预设分布线(9)在叶片高度方向非直线。

3.根据权利要求2所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述预设分布线(9)与叶片形成顶部夹角(12)和根部夹角(13)，所述顶部夹角(12)与根部夹角(13)为0～60°。

4.根据权利要求3所述的离心风机叶轮，其特征在于，相邻所述涡流发生器(8)间设置有间距(10)和夹角开度(11)，所述间距(10)在5～10倍叶片尾缘厚度，所述夹角开度(11)在0～30°。

5.根据权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述涡流发生器(8)在所述叶片(4)吸力面表面沿叶片表面法线方向隆起，其与所述叶片(4)一起沿旋转轴Z周向分布。

6.根据权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述涡流发生器(8)在所述叶片(4)吸力面表面沿气流流动方向分布，每个所述涡流发生器(8)之间形成边界层微流道。

7.根据权利要求1所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述涡流发生器(8)的三维几何结构能够任意造型，由其弦长(14)、宽度(15)、高度(16)和角度(17)控制。

8.根据权利要求7所述的离心风机叶轮，其特征在于，所述涡流发生器(8)的弦长(14)为所述叶片(4)弦长的5％-10％，和/或，其宽度(15)为叶片(4)高度的2％-12％，和/或，其高度为叶片(16)尾缘厚度的3％-5％，和/或，其角度(17)为0～40°。