CN117932817B - 叶片设计方法、离心风机的三元流叶片及其应用 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种叶片设计方法、离心风机的三元流叶片及其应用，所述设计方法包括以下步骤：基于离心风机的前盘与后盘之间的气流流道确定N个子流道曲面，其中，前盘的内表面位于第1个子流道曲面上，后盘的外表面位于第N个子流道曲面上，N≥3；在离心风机的横截面上沿径向自外向内确定N条骨线投影线，每条骨线投影线分别对应于相同编号的子流道曲面；基于N条骨线投影线及其对应的子流道曲面确定N条封闭的三元翼型型线；基于N条三元翼型型线确定离心风机的三元流叶片。

Description

叶片设计方法、离心风机的三元流叶片及其应用

技术领域

本申请属于离心风机技术领域，涉及三元流离心风机优化技术，具体提供一种叶片设计方法、一种离心风机的三元流叶片以及该三元流叶片的应用。

背景技术

无蜗壳离心风机又称为开式离心风机，是一种没有传统蜗壳的离心风机，其结构简单、重量轻、外形美观、安装适应性强、维修方便，可在多种应用场合进行通风、冷却、干燥及空气过滤等。早期的无蜗壳离心风机，其叶轮采用与带蜗壳离心风机叶轮相同的形式，为了制作方便，降低生产成本，常采用平板叶片或圆弧形叶片，为了降低噪音，常采用等截面翼型叶片。

近年来，为了提升无蜗壳离心风机的效率，也出现了扭曲的三元板式叶片和等截面扭曲的翼型叶片等三元叶片，如中国发明专利申请CN107559235A及中国实用新型专利CN219639120U均提供了具有不同三维空间形态的三元叶片。

然而，上述现有的三元叶片在使用过程中仍存在较大问题，原因在于，虽然上述三元叶片形态相对于传统的平板或圆弧形叶片进行了三维空间扭曲，但是其对于叶片自前盘至后盘的三维气流流道中发生的扭曲的位置、程度等参数，往往依靠经验进行调整，如果叶片在三维空间中的形态变化与气流的流动状态不匹配，不仅不能提高风机效率，反而可能导致非预期的气流分离、紊乱等现象，导致进一步降低风机效率。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本申请的第一方面提供一种叶片设计方法，用于设计离心风机的三元流叶片，该叶片设计方法包括以下步骤：

S1，自离心风机的前盘至后盘确定N个子流道曲面，其中，前盘的内表面位于第1个子流道曲面上，后盘的外表面位于第N个子流道曲面上，N≥3；

S2，在离心风机的横截面上沿径向自外向内确定N条骨线投影线；

S3，基于N条骨线投影线及N个子流道曲面确定N条封闭的三元翼型型线；

S4，基于N条三元翼型型线确定离心风机的三元流叶片。

优选地，每条三元翼型型线的骨线均位于与其编号相同的子流道曲面上，以及，每条三元翼型型线的骨线在离心风机的横截面上的投影为与其编号相同的骨线投影线。

进一步地，步骤S1包括以下步骤：

S11，建立离心风机的参考流道线；

S12，根据参考流道线及过流断面的面积变化曲线确定前盘型线及后盘型线，所述前盘型线及后盘型线分别为前盘及后盘的内表面在离心风机的轴面上的投影线；

S13，将前盘型线与后盘型线分别作为第1条子流道线与第N条子流道线，在第1条子流道线与第N条子流道线之间确定其余N-2条子流道线；

S14，将N条子流道线绕离心风机的轴线旋转一周，得到N个子流道曲面。

优选地，任意两个相邻的子流道曲面之间的区域构成离心风机的气流流道的一个子流道；以及，任意两个子流道在同一个过流断面上的相对流量差不超过3％。

优选地，所述参考流道线为离心风机的流道中线、后盘型线或前盘型线。

优选地，所述后盘型线包括至少两条相切连接的圆弧，且沿轴向位于最末端的圆弧相对于离心风机的轴线的扩散角小于等于45°。

优选地，所述过流断面的面积变化曲线满足下式：

F_i/F_i-1≥F_i-1/F_i-2,i＝2...n&n≥6，

其中，n为在离心风机的流道中线上的长度等分点的数量，F_i为第i个长度等分点处的过流断面的面积。

进一步地，步骤S2包括以下步骤：

S21，确定各条骨线投影线的参数，所述骨线投影线的参数包括进口角、出口角、前缘和后缘与离心风机的轴线的径向距离、包角；

S22，基于各条骨线投影线的参数在离心风机的横截面上自外向内生成N条骨线投影线。

优选地，自第1条骨线投影线至第N条骨线投影线，各条骨线投影线的弦长依次缩短，且第1条骨线投影线与第N条骨线投影线的弦长比为1.1～1.3。

优选地，至少两条骨线投影线相交，发生相交的骨线投影线的编号小于N/2。

进一步地，步骤S3包括以下步骤：

S31，以各条骨线投影线为翼型中线进行翼型加厚，在离心风机的横截面上构造N条封闭的翼型型线投影线；

S32，沿轴向拉伸各条翼型型线投影线，确定N个辅助叶片曲面；

S33，基于各个辅助叶片曲面及与其编号相同的子流道曲面的交线确定N条封闭的三元翼型型线。

优选地，每条翼型型线投影线的最大厚度的位置位于其翼型中线的前1/5～1/2处。

优选地，自第1条翼型型线投影线至第N条翼型型线投影线，各条翼型型线投影线的最大厚度依次减小，且δ_max1/δ_maxN的范围为1.5～4，其中δ_max1、δ_maxN分别为第1条翼型型线投影线和第N条翼型型线投影线的最大厚度。

优选地，所述三元流叶片由N条三元翼型型线放样生成。

本申请的第二方面提供一种离心风机的三元流叶片，固定连接于离心风机的前盘与后盘之间；

所述三元流叶片由自前盘至后盘的N条封闭的三元翼型型线放样形成；

每条三元翼型型线的骨线均位于与其编号相同的子流道曲面上，其中，任意两个相邻的子流道曲面之间的区域构成离心风机的气流流道的一个子流道。

优选地，所述三元流叶片通过前述的叶片设计方法生成。

本申请的第三方面提供一种应用前述的三元流叶片的离心风机叶轮。

本申请的第四方面提供一种应用前述的三元流叶片的离心风机。

本申请的实施例提供的叶片设计方法，结合气流在前盘与后盘之间的三元流道中的轴向-径向复合流动特性，有针对性地对叶片的三维形态参数进行优化，从而使叶片在三维空间发生扭曲、倾斜、伸缩的位置、程度等参数能够贴合气流流动特性，保证了气流自前盘至后盘的轴向运动以及自进风位置至出风位置的径向运动过程中，在各子流道的流量尽量保持一致，从而避免气流流动状况发生突变，能够起到抑制气流流道中的气流紊乱、分离现象的发生，降低噪声及提高整机效率的良好效果。

附图说明

图1为根据本申请实施例提供的叶片设计方法的流程图；

图2为根据本申请实施例提供的叶片设计方法中步骤S1的流程图；

图3为根据本申请的实施例提供的流道中线以及基于流道中线建立前盘型线与后盘型线内切圆的示意图；

图4为图3中圆圈I的放大示意图；

图5为根据本申请的实施例提供的过流断面面积变化曲线的示意图；

图6为根据本申请的实施例在离心风机的轴面上生成的子流道线的示意图；

图7为根据本申请的实施例生成的多个子流道曲面的剖切图；

图8为根据本申请的实施例提供的叶片设计方法中步骤S2的流程图；

图9为根据本申请的实施例在横截面上生成的各条骨线投影线的示意图；

图10为本申请的实施例中各条子流道线与各条骨线投影线在三维空间的相对位置关系的示意图；

图11为根据本申请的实施例提供的叶片设计方法中步骤S3的流程图；

图12为根据本申请的实施例利用骨线投影线及子流道曲面确定三元翼型型线的示意图；

图13为根据实施例生成的各条三元翼型型线的示意图；

图14为根据本申请的实施例生成的三元流叶片的结构示意图；

图15为根据本申请的实施例提供的离心风机叶轮的结构示意图；

图16为根据本申请的实施例提供的离心风机叶轮的侧视图；

图17为图16所提供的叶轮在Plane1平面和Plane2平面的空气流场情况；

图18为图16所提供的叶轮的静压曲线与效率曲线。

具体实施方式

以下，基于优选的实施方式并参照附图对本申请进行进一步说明。

在本申请实施例中的描述中，为了方便理解，放大或者缩小了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本申请的保护范围；需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本申请实施例的产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制；此外，本申请的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在本申请的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。

本说明书中词汇是为了说明本申请的实施例而使用的，但不是试图要限制本申请，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述术语在本申请中的具体含义。

由前盘、叶片及后盘形成的叶轮是离心风机的核心结构，其性能直接影响到离心风机的效率。目前具有三维空间扭曲特性的三元流叶片已经越来越广泛地应用于各类离心风机中，如背景技术中所列举的中国发明专利申请CN107559235A、中国实用新型专利CN219639120U等，均公开了使用了三元叶片的离心风机，通过改变叶片在进风口处的扭曲角度，能够使其在进口位置向来流伸展，从而减少进口冲击导致的损失，，弱化气流在进口处速度的剧烈变化。

然而，由于离心风机的工作过程中，气流在前盘、后盘以及叶片压力面、吸力面共同包围构成的空间中，同时进行着轴向及径向的三维流动，特别是对于具有大比转速，大出口宽度的无蜗壳离心风机，气流自前盘至后盘需要经过较长的轴向运动，如果对于叶片三维形态设计不当，不仅不能对气流的轴向-径向复合流动起到平稳引导的作用，反而可能由于在不恰当的位置对叶片进行扭曲，或扭曲程度不合理等原因，造成气流流动过程中在不同位置处的过流量发生非期望的变化，甚至出现气流分离、漩涡等现象，最终导致离心风机整机效率的降低。

因此，只有根据离心风机设计风量等指标，结合气流在前盘与后盘之间的三元流道中的轴向-径向复合流动特性，才能有针对性地对叶片的三维形态参数进行优化，使叶片在三维空间发生扭曲、倾斜、伸缩的位置、程度等参数能够贴合气流流动特性，从而保证气流自前盘至后盘的轴向运动以及自进风位置至出风位置的径向运动过程中均不发生流量突变，从而抑制气流流道中的气流紊乱、分离现象的发生，提高整机效率。

为了针对气流在离心风机内的三维流动特性对叶片形态进行优化，本申请提供一种叶片设计方法，用于设计离心风机的三元流叶片，图1示出了在一些优选的实施例中，该叶片设计方法的流程图。

如图1所示，该叶片设计方法包括以下步骤：

S1，自离心风机的前盘至后盘确定N个子流道曲面，其中，前盘的内表面位于第1个子流道曲面上，后盘的外表面位于第N个子流道曲面上，N≥3；

S2，在离心风机的横截面上沿径向自外向内确定N条骨线投影线；

S3，基于N条骨线投影线及N个子流道曲面确定N条封闭的三元翼型型线；

S4，基于N条三元翼型型线确定离心风机的三元流叶片。

该叶片设计方法中，首先通过步骤S1对前盘与后盘之间的气流流道进行细分，从而确定多个沿轴向分布的子流道曲面，以及通过步骤S2确定多条沿横截面的径向分布的叶片骨线投影线，然后在步骤S3中通过基于上述轴向形态信息及径向形态信息确定多条空间三维分布的叶片型线，最终通过步骤S4根据上述多条三维的叶片型线生成具有三维扭曲、倾斜及伸缩的三元流叶片。由于上述各条三维叶片型线的位置及形态由各个子流道的轴向分布及形态信息以及叶片骨线的径向分布及形态信息共同确定，因此其通过旋转推动气流进行轴向-径向流动过程中，能够使气流沿轴向平缓地逐步跨越各个子流道曲面，从而保证从前盘至后盘的径向流动，以及沿对应的各个子流道自轴线附近至出风位置的径向流动均不会出现突变、紊流等现象。

以下结合附图，对各个步骤进行详细说明。

<划分子流道并确定子流道曲面>

如上文所述，气流自前盘向后盘，以及自进风口至出风口平稳地流动是解决气流紊乱导致的风机效率下降问题的关键，为此，可以首先通过步骤S1将前盘至后盘之间的气流流道平均地划分为多个子流道，以各个子流道两侧的子流道曲面作为确定叶片形态的各个关键型线的定位基准，从而使叶片形态变化的趋势与气流依次经过各个子流道的流动趋势相吻合，避免了气流流动过程中叶片形状与气动特性相差过大导致的气流分离、堆积、紊流等现象。

在本申请的一些优选的实施例中，如图2所示，步骤S1进一步包括以下步骤：

S11，建立离心风机的参考流道线。

参考流道线位于离心风机的轴面上，用于表征气流在轴面上的流动路线，本申请所采取的技术方案，首先确定参考流道线，以其为基准分别确定前盘与后盘限定的气流流道，并进一步生成贴合气流流动特性的叶片。

具体地，可以首先根据安装尺寸等预先确定的设计指标绘制离心风机的参考流道线，在一些可选的实施例中，如图3所示，参考流道线可以作为流道中线，用于进一步确定前盘型线与后盘型线，流道中线的弯曲不应过急，在轴向结构允许的条件下，以采用较大曲率半径为宜。

S12，根据参考流道线及过流断面的面积变化曲线确定前盘型线及后盘型线，所述前盘型线及后盘型线分别为前盘及后盘的内表面在离心风机的轴面上的投影线。

过流断面的面积变化曲线(F-L线)可以根据风机风量等设计指标生成，图5示出了在一个具体的实施例中建立的过流断面的面积变化曲线，如图5所示，过流断面的面积变化曲线代表了气流沿流道中线流动的空间变化情况，其横轴为流道中线的长度L，纵轴表示在流道中线的不同位置处的过流断面面积F。

通过流道中线及过流断面面积变化曲线可以确定前盘型线及后盘型线(即前盘与后盘在轴面上的投影线)，具体地，如图3及图4所示，首先在流道中线上的各点处确定该点作为过流断面形成线的形心至离心风机轴线的距离Rc，根据过流断面面积公式F＝2πR_cb计算出该点对应的过流断面形成线的长度b；再根据公式b＝2/3(s+ρ)以及s与ρ的关系得到ρ，其中，s为以该点为圆心，与前盘型线、后盘型线相切的内切圆的弦AB长度，ρ为内切圆半径。

通过上述步骤，沿流道中线上各点求出一系列ρ并绘制出对应的内切圆，并平滑地连接上述各个内切圆的包络，便可作出前盘与后盘的轴面投影线，即前盘型线与后盘型线。

过流断面的面积变化曲线需要根据风量、出风口静压等离心风机设计指标，并综合考虑离心风机尺寸、流道形态等因素生成，在一些优选的实施例中，如图5所示，以流道中线的起点为第0点，终点为第n点，将流道中线等分为n段，分别确定各个等分点处的过流断面面积，并保证各个等分点处的过流断面面积满足下式：

F_i/F_i-1≥F_i-1/F_i-2。

平滑地连接上述各个F_i即可确定过流断面面积变化曲线，根据上述形态的过流断面面积变化曲线所最终确定的前盘及后盘，其流道的气流过流面积自进口至出口逐渐平缓且均匀地增大，出口速度相对较小，且能够使动压最大限度的转换为静压，有效地提高静压效率。

以上详细描述了基于流道中线及过流断面面积变化曲线确定前盘型线与后盘型线的实施方式，在具体的设计过程中，由于安装位置、尺寸及出口处形态具有特定要求，首先确定流道中线再生成后盘，可能使后盘的形态较难满足设计及安装要求，为此，在一些优选的实施例中，也可以根据设计需求，首先确定后盘型线，然后将其作为参考流道线，然后按照上述步骤，结合过流断面面积变化曲线确定前盘型线。

使用后盘型线作为参考流道线的另一个优势在于，能够灵活地调整后盘的形态与结构，使其更加符合气流在出口处的气动特性，以利于进一步提升离心风机的效率，例如在一些优选的实施例中，后盘型线可以由至少两条相切连接的圆弧构成，且沿轴向位于最末端的圆弧相对于离心风机的轴线的扩散角小于等于45°。

基于相同的原因，在另外一些优选的实施例中，也可以根据设计需求，首先确定前盘型线，然后将其作为参考流道线，然后按照上述步骤，结合过流断面面积变化曲线确定后盘型线。

S13，将前盘型线与后盘型线分别作为第1条子流道线与第N条子流道线，在第1条子流道线与第N条子流道线之间确定其余N-2条子流道线；

S14，将N条子流道线绕离心风机的轴线旋转一周，得到N个子流道曲面。

如上文所述，前盘型线与后盘型线即为前盘与后盘在轴面上的投影，相应地，前盘型线与后盘型线之间的区域即为气流流道在轴面上的投影，对于大转速比的离心风机，由于其前盘与后盘之间的距离较大，气流在流道中流动过程中，需要沿轴向跨越较长的距离，为了保证气流平稳流动，应尽量使气流在叶片推动下进行轴向流动时，其流量分布均匀。

为此，在本申请的实施例中，通过步骤S13和S14进一步将前盘与后盘之间的气流流道较为均匀地划分为N-1个子流道，子流道的数量可以根据前盘与后盘之间流道的轴向尺寸确定，优选地，可以设置N为3～9，即设置2至8个子流道。显然，每个子流道通过的气流流量应尽量保持均匀，优选地，任意两个子流道在同一个过流断面上的相对流量差不超过3％。

图6示出了在一个优选的实施例中，在一个轴面上生成的子流道线的示意图，在该实施例中，一共将前盘型线与后盘型线之间的气流流道划分为8个子流道，相应地，图6中共包含9条子流道线，其中前盘型线对应于第1条子流道线，后盘型线对应于第9条型线，每个小流道通过的流量相差在0.6％以内，图7为通过该实施例生成的9个子流道曲面中第2个至第8个的剖切图(前盘型线及后盘型线未示出)。

<确定横截面上的骨线投影线>

如上文所分析的，三元流叶片的三维形态需要贴合气流的轴向-径向复合流动特性，其中，叶片在径向的形态特征可以通过其骨线在与轴线垂直的横截面上的投影表征。在本申请的实施例中，各条骨线投影线通过步骤S2确定。如图8所示，步骤S2进一步包括以下步骤：

S21，确定各条骨线投影线的参数，所述骨线投影线的参数包括进口角、出口角、前缘和后缘与离心风机的轴线的径向距离、包角；

S22，基于各条骨线投影线的参数在离心风机的横截面上自外向内生成N条骨线投影线。

图9示出了在一个优选的实施例中，在离心风机的横截面XOY上生成的各条骨线投影线，各条骨线自外向内分布，其编号自1至9，分别与图6中的第1条至第9条子流道线所形成的子流道曲面对应，显然，根据各条骨线的排列顺序可知，叶片在径向上自前盘至后盘逐渐向轴心倾斜，从而叶片在进口处形成朝向来流伸展的形态，减少气流在进口冲击的冲击。

各条骨线投影线的参数，如进口角β₁、出口角β₂、以及径向距离、包角等，可以参考比转速相近、性能良好的叶轮的相关参数进行设定，如图9所示，自第1条骨线投影线至第N条骨线投影线，各条骨线投影线的弦长依次缩短，且第1条骨线投影线与第N条骨线投影线的弦长比为1.1～1.3。

图9所示的实施例中，各条骨线投影线有序排列，无奇点，无局部凹凸，进出口边投影线连贯光滑。同时，各条骨线投影线在出口边(即靠近后缘位置)的弯曲程度比进口边更大，使工作面在出口处鼓起成球体，此种形态的出口边，使各子流道的出口面更接近于圆形，能有效减小壁面摩擦损失和局部损失；在另一些优选的实施例中，第1条至第4条骨线投影线在靠近后缘的位置发生交叉，即，至少有两条骨线投影线相交，且发生相交的骨线投影线的编号小于N/2。上述骨线投影线的分布方式使得最终生成的叶片在前盘近壁处的鼓起更加显著，可以有效改善前盘近壁处的流动形态。

<确定叶片各个翼型型线的三维位置及形态>

图10进一步示出了图6中位于轴面上的各条子流道线与图9中位于横截面上的各条骨线投影线在三维空间的相对位置关系，其中，YOZ平面位离心风机的轴面，XOY平面为离心风机的横截面，显然，根据上述一一对应的子流道线(或子流道曲面)及骨线投影线共同确定的叶片三维形态，能够保证气道中气流的轴向-径向复合流动顺畅，有效降低流动阻力及流量突变。

具体地，在步骤S3中，可以利用各条骨线投影线及其对应的相同编号的子流道曲面确定叶片的N条翼型型线的空间位置和形态，然后在步骤S4中通过放样的方式最终形成叶型的三维模型。

具体地，在一些优选的实施例中，如图11所示，步骤S3进一步包括以下步骤：

S31，以各条骨线投影线为翼型中线进行翼型加厚，在离心风机的横截面上构造N条封闭的翼型型线投影线。

具体地，以各条骨线投影线作为翼型中线，使用本领域技术人员已知的翼型，例如专利CN216895034U中翼型的厚度分布规律两侧对称加厚，或者在专利CN216895034U中的翼型的基础上加长20％左右，并将厚度顺势减薄，最终得到各条翼型型线投影线。

S32，沿轴向拉伸各条翼型型线投影线，确定N个辅助叶片曲面。

S33，基于各个辅助叶片曲面及与其编号相同的子流道曲面的交线确定N条封闭的三元翼型型线。

具体地，分别将各条翼型型线投影线沿轴向拉伸，使拉伸得到的各个辅助叶片曲面与对应的子流道曲面相交，交线即为各条封闭的三元翼型型线。

图12示出了利用骨线投影线及子流道曲面确定三元翼型型线的示意图，如图12所示，选择某一编号的骨线投影线作为翼型中线，通过加厚处理生成翼型型线投影线，然后将该条翼型型线投影线拉伸生成辅助叶片曲面，该辅助叶片曲面与同编号的子流道曲面相交，即可得到该编号的三元翼型型线。分别对其余各条翼型型线投影线进行相同操作，并使其分别与各自相同编号的子流道曲面相交，即可得到如图13所示的各条三元翼型型线，显然，通过上述步骤所生成各条三元翼型型线，其骨线均位于与其编号相同的子流道曲面上，并且在离心风机的横截面上的投影均为与其编号相同的骨线投影线，通过前文的分析可知，此时各条三元翼型型线的空间位置关系及其空间形态所体现出的叶片在三维空间发生扭曲、倾斜以及伸缩的位置和程度，与气流在流道中的理想气动特性贴合，从而保证了气流流动的平稳与顺畅。

图14示出了在一些优选的实施例中，通过步骤S4对各条三元翼型型线进行放样所生成的三元流叶片。在一些优选的实施例中，每条翼型型线投影线的最大厚度δ_max的位置位于其翼型中线的前1/5～1/2处。优选地，自第1条翼型型线投影线至第N条翼型型线投影线，各条翼型型线投影线的最大厚度δ_max1、δ_max2、…、δ_maxN依次减小，且δ_max1/δ_maxN的范围为1.5～4，其中δ_max1、δ_maxN分别为第1条翼型型线投影线和第N条翼型型线投影线的最大厚度。通过上述设置，可以使最终生成的叶片自前盘至后盘逐渐变薄，既能够有效地降低叶轮在前盘处的分离损失及能耗，又能够将出口处的动压最大限度地转换为静压，有效提升静压效率。

图15及图16分别示出了根据本申请的一些优选的实施例提供的离心风机叶轮的结构示意图，如图15及图16所示，该离心风机叶轮包括前盘、后盘以及固定连接于前盘与后盘之间，绕轴心间隔分布的多个三元流叶片，其中，三元流叶片通过上述的叶片设计方法生成。

为使叶片与前盘、后盘连接处过渡自然，优选地，分别在上述部位进行圆角处理，此外，对叶片的前缘与后缘也可以进行相应的圆角处理。

如图16所示，分别获取该离心风机靠近进口处的plane1平面及位于前盘与后盘中部的plane2平面上的空气流场情况并示于图17(如图17中案例2所示)，作为对比，图17还示出了按照现有技术生成的离心风机叶轮在同样位置的空气流场情况(如图17中案例1所示)。通过图17可以看出，相比于现有技术，应用本申请的设计方法生成的三元流叶片，能够使空气在叶轮中推进流畅，几乎没有紊流，气动损失小，同时也意味着气动产生的噪音小，从噪声源上降低噪声从而达到整机噪音降低的效果。此外，图18示出了该实施例提供的离心风机叶轮的静压、效率曲线及其与现有的离心风机叶轮的对比情况，通过图18可以看出，相对于现有技术，采用本申请设计方法生成的三元流叶片，能够使离心风机叶轮的静压及效率得到显著提升。

进一步地，在一些优选的实施例中，还提供了使用上述离心风机叶轮的离心风机，本领域技术人员可以对离心风机叶轮的结构进行适应性地改进，例如在进风处增加导流装置，设置与电机连接的套筒，以及与固定风机装置适配的法兰等结构，以使该离心风机适用于外转子电机、带蜗壳或无蜗壳等各种情况。

以上对本申请的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本申请权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种叶片设计方法，用于设计离心风机的三元流叶片，其特征在于，包括以下步骤：

S1，自离心风机的前盘至后盘确定N个子流道曲面，其中，前盘的内表面位于第1个子流道曲面上，后盘的外表面位于第N个子流道曲面上，N≥3；

S2，在离心风机的横截面上沿径向自外向内确定N条骨线投影线；

S3，基于N条骨线投影线及N个子流道曲面确定N条封闭的三元翼型型线；

S4，基于N条三元翼型型线确定离心风机的三元流叶片；

步骤S1进一步包括以下步骤：

S11，建立离心风机的参考流道线；

S12，根据参考流道线及过流断面的面积变化曲线确定前盘型线及后盘型线，所述前盘型线及后盘型线分别为前盘及后盘的内表面在离心风机的轴面上的投影线；

S13，将前盘型线与后盘型线分别作为第1条子流道线与第N条子流道线，在第1条子流道线与第N条子流道线之间确定其余N-2条子流道线；

S14，将N条子流道线绕离心风机的轴线旋转一周，得到N个子流道曲面。

2.根据权利要求1所述的叶片设计方法，其特征在于：

每条三元翼型型线的骨线均位于与其编号相同的子流道曲面上，以及，每条三元翼型型线的骨线在离心风机的横截面上的投影为与其编号相同的骨线投影线。

3.根据权利要求1所述的叶片设计方法，其特征在于：

任意两个相邻的子流道曲面之间的区域构成离心风机的气流流道的一个子流道；以及，任意两个子流道在同一个过流断面上的相对流量差不超过3%。

4.根据权利要求1所述的叶片设计方法，其特征在于：

所述参考流道线为离心风机的流道中线、后盘型线或前盘型线。

5.根据权利要求1所述的叶片设计方法，其特征在于：

所述后盘型线包括至少两条相切连接的圆弧，且沿轴向位于最末端的圆弧相对于离心风机的轴线的扩散角小于等于45°。

6.根据权利要求1所述的叶片设计方法，其特征在于，所述过流断面的面积变化曲线满足下式：

，

其中，为在离心风机的流道中线上的长度等分点的数量，为第个长度等分点处的过流断面的面积。

7.根据权利要求1所述的叶片设计方法，其特征在于，步骤S2进一步包括以下步骤：

S21，确定各条骨线投影线的参数，所述骨线投影线的参数包括进口角、出口角、前缘和后缘与离心风机的轴线的径向距离、包角；

S22，基于各条骨线投影线的参数在离心风机的横截面上自外向内生成N条骨线投影线。

8.根据权利要求7所述的叶片设计方法，其特征在于：

自第1条骨线投影线至第N条骨线投影线，各条骨线投影线的弦长依次缩短，且第1条骨线投影线与第N条骨线投影线的弦长比为1.1～1.3。

9.根据权利要求7所述的叶片设计方法，其特征在于：

至少两条骨线投影线相交，发生相交的骨线投影线的编号小于N/2。

10.根据权利要求1所述的叶片设计方法，其特征在于，步骤S3进一步包括以下步骤：

S31，以各条骨线投影线为翼型中线进行翼型加厚，在离心风机的横截面上构造N条封闭的翼型型线投影线；

S32，沿轴向拉伸各条翼型型线投影线，确定N个辅助叶片曲面；

S33，基于各个辅助叶片曲面及与其编号相同的子流道曲面的交线确定N条封闭的三元翼型型线。

11.根据权利要求10所述的叶片设计方法，其特征在于：

每条翼型型线投影线的最大厚度的位置位于其翼型中线的前1/5～1/2处。

12.根据权利要求10所述的叶片设计方法，其特征在于：

自第1条翼型型线投影线至第N条翼型型线投影线，各条翼型型线投影线的最大厚度依次减小，且/的范围为1.5～4，其中、分别为第1条翼型型线投影线和第N条翼型型线投影线的最大厚度。

13.根据权利要求1所述的叶片设计方法，其特征在于：

所述三元流叶片由N条三元翼型型线放样生成。

14.一种离心风机的三元流叶片，固定连接于离心风机的前盘与后盘之间，其特征在于：

所述三元流叶片由自前盘至后盘的N条封闭的三元翼型型线放样形成；

每条三元翼型型线的骨线均位于与其编号相同的子流道曲面上，其中，任意两个相邻的子流道曲面之间的区域构成离心风机的气流流道的一个子流道；

所述三元流叶片通过权利要求1所述的叶片设计方法生成。

15.一种应用权利要求14所述的三元流叶片的离心风机叶轮。

16.一种应用权利要求14所述的三元流叶片的离心风机。