节能型直壁前、后盘变曲率曲线元素三元叶轮及采用该叶轮的离心式风机.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106939902A(43)申请公布日2017.07.11(21)申请号201710221642.8(22)申请日2017.04.06(71)申请人王尚锦地址710049陕西省西安市咸宁西路28号西安交通大学(72)发明人王尚锦(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所61215代理人段俊涛(51)Int.Cl.F04D29/30(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称节能型直壁前、后盘变曲率曲线元素三元叶轮及采用该叶轮的离心式风机(57)摘要一种节能型直壁前、后盘变曲率曲线元素三元叶轮，包括前盘、叶片、后盘及轴盘，前盘和后盘均为直壁构造，叶片为变曲率曲线元素三元扭曲叶片，即：风机叶轮的前、后盘仍采用传统风机直壁结构，而原二元叶片被变曲率曲线元素三元叶片取代，通过调整叶片在叶轮进口叶高方向的曲率，使得当叶轮旋转时叶片对气流施加的叶片力能够适当平衡气流由轴向转为径向时离心惯性力，从而弱化气流在进口处速度的剧烈变化；本发明还要求保护采用所述三元叶轮的离心式风机；本发明通过变曲率曲线元素三元叶轮叶片力消除了小半径拐弯惯性力的不利影响，采用直壁前、后盘传统结构，设计出直壁前、后盘变曲率曲线元素三元叶轮，实现了上述风机三元叶轮的节能效果。CN106939902ACN106939902A权利要求书1/1页1.一种节能型直壁前、后盘变曲率曲线元素三元叶轮，包括前盘、叶片、后盘及轴盘，所述前盘和后盘均为直壁构造，其特征在于，所述叶片为变曲率曲线元素三元扭曲叶片。2.根据权利要求1所述节能型直壁前、后盘变曲率曲线元素三元叶轮，其特征在于，所述变曲率曲线元素三元扭曲叶片是叶片在高度以及流向方向均具有扭曲，且叶片在叶轮进口叶高方向的曲率与其余位置的曲率不同。3.根据权利要求1或2所述节能型直壁前、后盘变曲率曲线元素三元叶轮，其特征在于，叶片在叶轮进口叶高方向的曲率，使得当叶轮旋转时叶片对气流施加的叶片力Fb能够适当平衡气流由轴向转为径向时离心惯性力Fi，从而弱化气流在进口处速度的剧烈变化。4.根据权利要求1所述节能型直壁前、后盘变曲率曲线元素三元叶轮，其特征在于，所述叶片的设计方法如下：给定叶片顶端、根部所期望的沿子午流线m的速度分布即叶轮内气流相对速度与气流流动角即叶片安装角β满足以下关系式：其中，Wθ表示切向分速度，W表示气流相对速度，则β的取值为：又因为：其中，r是圆弧叶片至回转轴的半径，则叶片角坐标值θ由以下积分式得知：叶顶、叶根空间流线s在子午面的投影即子午流线m即为前、后盘型线m＝f(r,z)，从而获取叶顶空间流线θs及叶根θh的空间流线公式如下：θs＝f(rs,zs)θh＝f(rh,zh)以叶顶及叶根空间流线各等参数点作为空间扭曲叶片的变曲率曲线元素的二个端点，并给出各曲线元素曲率沿准正交线q期望的分布值，从而得到整个空间曲面。5.根据权利要求4所述节能型直壁前、后盘变曲率曲线元素三元叶轮，其特征在于，根据所得到的叶片曲面，采用离心式或混流式压缩机跨盘盖相对流面上流动分析方法，进行直壁前、后盘变曲率曲线元素离心式风机的三元流动设计。6.采用权利要求1所述节能型直壁前、后盘变曲率曲线元素三元叶轮的离心式风机。2CN106939902A说明书1/5页节能型直壁前、后盘变曲率曲线元素三元叶轮及采用该叶轮的离心式风机技术领域[0001]本发明属于径、混流式透平机械技术领域，涉及离心式通风机、鼓风机及压缩机等设备，特别涉及一种节能型直壁前、后盘变曲率曲线元素三元叶轮及采用该叶轮的离心式风机(通风机、鼓风机、压缩机)。背景技术[0002]自从我国吴仲华教授上世纪五十年代在美国发表了“轴流、径流及混流式透平机械亚音速、超音速三元流动普遍理论”后，随着计算机技术飞速发展，在高端能源装备领域三元流动透平机械获得广泛应用。目前国内外在径、混式透平机械领域广泛采用美国NREC的直线元素三元叶轮，主要包括前盘1、叶片2、后盘3、蜗壳4、吸风管5等，叶片2为直线元素三元叶片。所谓直线元素三元叶轮，特指叶轮的三元扭曲叶片中心面的构成是按如下规律形成的：制造图纸只给出叶片顶端及根部二条空间曲线的x、y、z坐标，由这二根空间曲线的等参数对应点得到一组空间直线，这一组空间直线所形成的空间曲面即为直线元素三元叶轮的叶片中心面，美国NREC称其为“任意空间直线元素三元叶轮”。显然这一组空间直线的方向与叶轮子午通道二侧边界——前、后盘曲线基本垂直(由于前、后盘不可能是同心圆弧，不存在公法线，不可能严格与前、后盘垂直)，正因为如此，当叶轮旋转时，在叶轮进口区域叶片2对气流产生的叶片力也基本上与气流由轴向转为径向时所产生的法向惯性力垂直(图2)，该惯性力正是产生叶片高度方