[发明专利]一种包括局部台阶状叶片的叶轮及其设计方法

说明书

本发明涉及一种包括局部台阶状叶片的叶轮及其设计方法，在目前广泛应用的后向离心通风机闭式叶轮内，离心通风机的闭式叶轮流道内，气流的边界层分离随直径的增大不断发展恶化，在其叶片进出口角度、进出口直径、叶片数和叶道进口宽度不改变的前提下，通过在叶片外周部位设置一系列局部的微小台阶状，从而试图减弱叶道内的边界层分离及其持续发展的程度及其导致的损失，以提高叶轮对气体做功的效率进而提高叶轮及通风机的气动性能和效率，而叶轮主要结构尺寸和进出口安装角度保持不变。

技术领域

本发明涉及通风机技术领域，特别是涉及一种包括局部台阶状叶片的叶轮及其设计方法。

背景技术

通常，后向离心通风机叶轮多为闭式叶轮，主要包括后盘3、前盘2及设置于其间的若干叶片1，其中前盘的内孔为叶轮入口，如图1所示。闭式叶轮的叶片流道为相邻叶片和叶轮前盘及叶轮后盘围成的通道。叶道的进口宽度是一个重要的结构参数，是指叶片进口侧的流道宽度。叶片的进出口直径、叶片形状、安装位置和叶片数决定了叶道的形状，叶道的形状好坏，决定了叶片表面边界层分离的严重程度，对叶轮的做功效率和做功能力有较大的影响。

闭式离心叶轮内，由于叶片数不是无限多而是一定数量的有限多个叶片，因而叶道截面上沿周向的速度分布是不均匀的，这种不均匀的周向速度分布是由旋转叶道内的轴向涡流引起的，使得有限叶片数时的叶轮理论压力必定小于无限叶片数时的理论压力，前者与后者之比即为环流系数或滑移系数。由于气体介质具有粘性，在叶道内流动会产生边界层，其厚度虽然小，对流动状态的影响却很大，气体流动时的摩擦力即产生在边界层内。边界层的存在，使叶道有效通流截面积减小，因而主气流的速度略有增加，对主气流形成了干扰，更重要的是，粘性和边界层的持续发展，贴近壁面处可能会出现倒流使边界层脱离壁面而分离，形成一定的涡区，引起较大的损失。边界层对主气流的干扰及边界层分离并形成较大的损失，降低了叶轮对气体的做功效率和做功能力。

发明内容

本发明是在目前广泛应用的后向离心通风机闭式叶轮内，通过在叶片外周部位设置一系列局部的微小台阶状，从而试图减弱叶道内的边界层分离及其持续发展的程度及其导致的损失，以提高叶轮对气体做功的效率进而提高叶轮及通风机的气动性能和效率，而叶轮主要结构尺寸和进出口安装角度保持不变。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种包括局部台阶状叶片的叶轮，所述叶轮包括若干个弧形状后向叶片，所述叶片的工作面包括平滑段和台阶段；所述台阶段靠近叶片外缘；所述台阶段的内边缘为：以叶轮中心为圆心，直径为ΦD_n的圆弧段；所述台阶段包括n个连续的逐渐向外凸的台阶。

进一步地，相邻所述叶片的流道入口宽度为W，所述叶片工作面弧线的进、出口直径分别对应的叶片母线的c点和a点，W为c点至相邻的另一个叶片非工作面的最小距离，对应非工作面c’点，cc’延长线与所述叶片工作面的交点为c’’点；以c’’点与所述叶轮中心的连线为半径做第一圆，所述第一圆直径为ΦD_W；所述ΦD_n=（1.015～1.045）×ΦD_w。

进一步地，所述台阶的斜面高度小于叶片厚度。

进一步地，所述叶片出口直径为ΦD₂，所述台阶段为位于直径ΦD_n和ΦD₂之间。

本申请还提出了一种包括局部台阶状叶片的叶轮的设计方法，所述叶轮包括若干个均匀分布的弧形状后向叶片，所述叶片进、出口直径分别为ΦD₁和ΦD₂，所述叶片母线的端点为c点和a点，叶片包角为φ；

相邻叶片的流道入口宽度为W，W为c点至相邻叶片非工作面的最小距离，对应所述相邻叶片非工作面c’点，cc’延长线与所述叶片工作面的交点为c’’点；

所述设计方法包括：