[发明专利]一种基于载荷法设计的离心通风机叶片

权利要求书

1.一种基于载荷法设计的离心通风机叶片，其特征在于：采用的载荷计算公式为：

δ＝ρ·ω·Δω(1)

其中，δ为载荷；ρ为流向方向的流体密度，对于不可压缩流体ρ为恒值；ω为流体在叶道中线的平均相对速度，Δω为流体在吸力面和压力面的平均相对速度差；

由于叶道中线平均相对速度与吸力面和压力面的相对速度平均值近似，因此(1)式可以写成：

δ＝ρ·S·ω²(2)

S=Δωω=ωs-ωpω=2(ωs-ω)ω---(3)]]>

其中，S为载荷系数，ω_s和ω_p分别为流体在吸力面和压力面的平均相对速度；

因此，通过流体在叶道中线的平均相对速度值和载荷系数可得相应的载荷；将叶道中线位置基准化处理，取L＝0.5为叶道中线中心点位置，L＝0为叶道中线入口位置；设定流体在叶道中线位置L处的平均相对速度，并设定载荷的一个极大值位置为L＝0.25位置，L＝0.25处的载荷系数为0.9，载荷的另一个极大值位置为L＝0.7，L＝0.7处的载荷系数为0.85；由此可得L为0.25和0.7处的载荷；

记L＝0.7处的载荷为基准载荷，位置L处与基准载荷的比值为载荷比；设定载荷的极小值位置为L＝0.5处的载荷，即中部载荷；中部载荷与基准载荷的比值取四个不同值，建立四个载荷比分布函数模型，设载荷比分布函数为三段分段函数，L取0.25和0.7为载荷比分布函数对应的分界位置；其中一个载荷比分布函数模型的第二段函数为两个极大值点的连线直线方程；另外三个载荷比分布函数模型的第一段和第三段均为二次函数，中间的第二段均为四次函数，第二段函数的中部载荷与基准载荷的比值分别取0.8、0.7、0.6；各个载荷比分布函数的系数由L为0、0.25、0.5、0.7和1处的载荷比以及载荷比在极小值、极大值处导数为0的边界条件求得；

由动量矩定理，可得：

dM＝Zδpbrdr＝ρQd(rC_u)(4)

式中，d为微分算子，M为力矩，r为叶轮半径，Z为叶片数，b为叶道宽度，p为流体压力，C_u为流体周向速度，Q为容积流量；

即：

dδ=ρQd(rCu)Zbrdr=ρQZbr(Cur+dCudr)---(5)]]>

由叶轮内任意半径处的速度三角形矢量关系式，可得：

Cu=u-Crcotβ=rω-Crcotβ=πn30-Crcotβ---(6)]]>

式中，n为转速，u叶轮半径处的线速度，β为叶片角，C_r为流体径向速度；

由此可得叶片出口角与叶片载荷之间的关系：

d cotβdr=nπ15Cr+cotβbdbdr-ZbdδρQψCr---(7)]]>

式中，ψ为压力系数；

由式(7)得到四组不同载荷分布对应的叶片中线型线，由于上周线与下周线平行，只需给出叶片中线与叶片厚度即可得到叶片上周线与下周线；

对四种叶片型线建立离心通风机整机三维模型并通过CFD软件对三维模型进行数值模拟；将流量系数在原始模型工况范围内的全压效率大于原始模型，且原始模型工况范围内全压效率均值最高的一个三维模型选为最佳模型；以叶轮旋转中心为坐标原点建立坐标系，在最佳模型对应的叶片中线型线上选取离散点，并记录各离散点的横坐标与纵坐标，即设计完成基于载荷计算公式的离心通风机叶片。