阅读说明：本技术 一种仿生叶片离心通风机叶轮 (Impeller of bionic blade centrifugal ventilator ) 是由 裘霖富 张职峰 马杰凯 徐天赐 俞晓骏 刘伟 于 2020-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种仿生叶片离心通风机叶轮,包括前盘、后盘以及均匀夹设在所述前盘和后盘之间的多个叶片,所述叶片内缘为仿座头鲸尾鳍外侧边缘的光滑弧线,所述弧线从前盘侧到后盘侧依次包括舌状部“ABCD”、斜切段“DE”和上凸的圆弧段“EF”,其中A点为叶片内缘前端点,F点为叶片内缘后端点。本发明通过优化后向离心通风机叶片内缘弧线形状,减小叶片入口气流冲击损失,以提高通风机性能和效率,即提高通风机出力并节能降耗和降低噪声。(The invention discloses a bionic blade centrifugal ventilator impeller, which comprises a front disc, a rear disc and a plurality of blades uniformly clamped between the front disc and the rear disc, wherein the inner edge of each blade is a smooth arc line imitating the outer edge of a tail fin of a whale head, the arc line sequentially comprises a tongue-shaped part 'ABCD', a chamfered section 'DE' and an upwards-protruding arc section 'EF' from the front disc side to the rear disc side, wherein a point A is a front end point of the inner edge of each blade, and a point F is a rear end point of the inner edge of each blade. The invention reduces the air flow impact loss at the inlet of the blade by optimizing the arc shape of the inner edge of the blade of the backward centrifugal ventilator so as to improve the performance and efficiency of the ventilator, namely, the output of the ventilator is improved, the energy is saved, the consumption is reduced and the noise is reduced.)

一种仿生叶片离心通风机叶轮

技术领域

本发明属于通风机技术领域，尤其涉及一种仿生叶片离心通风机叶轮。

背景技术

由于设备的特殊性，机房和基站的空调需要连续不间断运行，因此，空调用通风机的性能显得尤其重要，其空气动力性能和效率直接关系到电能的消耗，此类空调通风机一般采用后向无蜗壳离心通风机，离心通风机叶轮主要由后盘、叶片及前盘构成，叶片是离心通风机叶轮的关键零件。

在叶轮子午面内，为了适应主气流从轴向进入叶轮之后的90度的大转弯、且气流在进入叶片通道之前，沿轴线方向的速度不同，叶片内缘通常设置为带直线斜切状或圆弧斜切状。

后向离心通风机叶片内缘为弧线，相对于平直内缘的叶片，已经考虑到了叶片进口端沿轴向不同位置的流场差异。其轴向不同位置的叶片进口直径和进口安装角从后盘侧至前盘侧大体上呈现逐步增大的趋势，但实际上叶片入口气流的速度和方向并非从后盘侧至前盘侧为均匀变化，因而，可进一步优化叶片进口边缘弧线的形状，以使得气流进入叶片通道的冲击角度合理，进而减小冲击损失和紊乱程度，使后续叶片通道内的主气流更加稳定。

发明内容

本发明通过优化后向离心通风机叶片内缘弧线形状，减小叶片入口气流冲击损失，以提高通风机性能和效率，即提高通风机出力并节能降耗和降低噪声。

本发明的技术方案如下：

一种仿生叶片离心通风机叶轮，包括前盘、后盘以及均匀夹设在所述前盘和后盘之间的多个叶片，相邻叶片以及前盘、后盘围成的空间为气流的流道，气流从所述前盘轴向进入叶轮，通过流道后，从叶轮外周流出；

所述叶片的边缘包括内缘、外缘、前缘和后缘，所述前缘固定连接在所述前盘的内侧，所述后缘固定连接在所述后盘的内侧，所述内缘形成流道的进口，所述外缘形成流道的出口；

所述内缘为仿座头鲸尾鳍外侧边缘的光滑弧线，所述弧线从前盘侧到后盘侧依次包括舌状部“ABCD”、斜切段“DE”和上凸的圆弧段“EF”，其中A点为叶片内缘的前端点，F点为叶片内缘的后端点。

进一步的，直线“AF”在叶轮轴向的投影即为叶片进口宽度b₁，“EF”在叶轮轴向的投影为b_E，b_E =k×b₁，其中k =0.50～0.65。

进一步的，直线“AF”与叶轮轴线方向的夹角为α，直线“ED”与叶轮轴线方向的夹角为β，圆弧段“EF”的半径R= b_E /[2×sin(α+β) ×cosα] ，其中β=4°～8°。

进一步的，圆弧段“EF”与直线“DE”相切于E点。

进一步的，舌状部“ABCD”包括竖直段“AB”、斜线段“BC”和圆弧段“CD”。

进一步的，竖直段“AB”的长度为3～6mm。

进一步的，所述斜线段“BC”与直线“AB”的夹角为10°～40°。

进一步的，所述圆弧段“CD”的半径为1.5～5mm。

一种离心通风机的仿生叶片设计方法，包括以下步骤：

第一步，所述叶片工作面与后盘内侧连接的直径最小点为F点，所述叶片工

作面与前盘内侧连接的直径最小点为A点，其连线为直线“AF”；

第二步，直线“AF”与轴线方向的夹角为α，对应的叶片进口宽度为b₁，在AF

上选取E点，“EF”在叶轮轴向的投影为b_E，使b_E =k×b₁，其中k =0.50～0.65；

第三步，过E点作直线“ED”，“ED”与轴线方向的夹角β=4°～8°；

第四步，过E点和F点，作圆弧“EF”与直线“ED”相切，圆弧“EF”的

半径为：R= b_E /[2×sin(α+β) ×cosα]；

第五步，过A点向内作垂线段AB=3～6mm；

第六步，过B点作向进气方向倾斜的线段BC，BC的倾斜角θ=10°～40°；

第七步，将直线“BC”和直线“ED”之间形成的尖角部进行倒圆角处理，

圆角半径r=1.5～5mm。

本发明的有益效果为：

低压离心通风机叶片宽度较大，叶片入口部位，因气流沿主轴中心线方向的不同位置，其转弯半径和流速的不同，因而本发明公开了一种离心通风机的叶片，叶片的前缘为仿座头鲸尾鳍外侧边缘的光滑弧线，该弧形是根据气流在进入流道前轴向分布的不均匀性设计的，使叶片的前缘从前盘侧到后盘侧呈现不同的变化规律，能改善进入流道前的气流在轴向的分布。

通过在叶片内缘设置仿生弧线状，优化气流在进入流道前在轴向的流场，提高了通风机的性能和效率、降低了能耗和噪声，并且最高效率点往大流量区偏移，即扩大了通风机的使用范围。

附图说明

图1是对比样机1叶片内缘为直线斜切的叶轮主视图；

图2是对比样机2叶片内缘为弧线斜切的叶轮主视图；

图3是本发明一种仿生叶片离心通风机叶轮实施例1、2的叶轮主视图；

图4为本发明一种仿生叶片离心通风机叶轮图3的I部放大图；

图5为本发明实施例3的叶轮主视图；

图6为实施例1与对比样机1的静压对比曲线图；

图7为实施例1与对比样机1的静压效率对比曲线图；

图8为实施例3与对比样机2的静压对比曲线图；

图9为实施例3与对比样机2的静压效率对比曲线图。

图中，1.后盘 2.叶片 3.前盘。

具体实施方式

实施例1

一种仿生叶片离心通风叶轮，包括前盘3、后盘1以及均匀夹设在所述前盘和后盘之间的多个叶片2，相邻叶片以及前盘、后盘围成的空间为气流的流道，在前盘上设置有进气口，前盘和后盘外周内侧之间为环状气流出口，气流从所述前盘轴向进入叶轮，经过90度转弯后，进入流道中，再通过环状气流出口从叶轮中流出。

在通风机的叶轮中，气流从前盘的进气口进入到叶轮中，需要经过90度转弯，后再进入流道，因此，在流道入口处的气流存在不均匀性，沿轴线方向，从靠近前盘内侧到后盘内侧的气流分布速度明显不同，流道进口处的主气流明显偏向于靠近前盘一侧，因此，靠近前盘内侧的阻力比靠近后盘内侧更大，由此造成进口气流之间的相互串动和摩擦，从而产生流动损失，恶化进口气流，进而降低通风机出口压力和通风机气动效率增大通风机噪声。

离心通风机的叶片边缘包括内缘、外缘、前缘和后缘，前缘与所述前盘的内侧连接，后缘与所述后盘的内侧连接，内缘形成流道的进口，外缘形成流道的出口；通过合理设计叶片前缘的弧线，能够改善气流在流道入口处的流动状态。本发明叶片的所述内缘为仿座头鲸尾鳍外侧边缘的光滑弧线，所述弧线从前盘侧到后盘侧依次包括舌状部“ABCD”、斜切段“DE”和上凸的圆弧段“EF”，其中A点为叶片内缘的前端点，F点为叶片内缘的后端点。这种形状的前缘能减小气流在叶片的进口端(即叶片的前缘)附近边界层的分离，减小叶轮中气流的压差阻力，防止二次流的产生，从而提高离心通风机的工作效率，降低离心通风机的噪声及功耗。

在本发明叶片中，叶轮上叶片工作面与后盘内侧连接的直径最小点为F点（对应的直径为D₁₂），叶轮上叶片工作面与前盘内侧连接的直径最小点为A点（对应的直径为D₁₁），其连线为“AF”，对应的叶片进口宽度为b₁（即AF在轴线方向的投影长度），“AF”与轴线方向的夹角为：α=tan^-1[ (D₁₁-D₁₂)/(2×b₁)] 。E为直线“AF”上的一点，“EF”在叶轮轴向的投影为b_E，使b_E =k×b₁，其中k =0.50～0.65，优选地，k =0.58～0.62。

直线“AF”相对于叶轮轴线是一条斜直线，与叶轮轴线方向的夹角为α。

直线“ED”位于直线“AE”靠近于叶轮中心一侧，也可以理解为，以E点为原点，向内偏转一定角度后得到直线“ED”，直线“ED”与叶轮轴线方向的夹角为β，优选的，β=4°～8°。

圆弧段“EF”与直线“DE”相切于E点，圆弧段“EF”的半径R= b_E /[2×sin(α+β) ×cosα]。圆弧段“EF”位于直线“AE”远离于叶轮中心一侧。

在叶片内缘靠近前盘侧，设置有舌状部“ABCD”，气流从前盘进气口进入叶轮后，在此处的气流状况是比较复杂的，阻力较大，经理论设计和实践得出，该处设计成舌状能够明显降低气流阻力。状部“ABCD”包括竖直段“AB”、斜线段“BC”和圆弧段“CD”，竖直段“AB”的长度3～6mm，斜线段“BC”与直线“AB”的夹角为10°～40°，并且斜线段“BC”偏向于进风口一侧，圆弧段“CD”的半径为1.5～5mm，圆弧段“CD”为直线“BC”和直线“DE”进行倒角后得到。

实施例2

一种离心通风机的仿生叶片设计方法，包括以下步骤：

第一步，所述叶片工作面与后盘内侧连接的直径最小点为F点，所述叶片工

作面与前盘内侧连接的直径最小点为A点，其连线为直线“AF”，相对于叶轮中心，直线“AF”与叶轮中心线呈一定的倾斜角度；

第二步，直线“AF”与轴线方向的夹角为α，对应的叶片进口宽度为b₁，在AF

上选取E点，“EF”在叶轮轴向的投影为b_E，使b_E =k×b₁，其中k =0.50～0.65；

第三步，过E点作直线“ED”，“ED”与轴线方向的夹角β=4°～8°；

第四步，过E点和F点，作圆弧“EF”与直线“ED”相切，圆弧“EF”的

半径为：R= b_E /[2×sin(α+β) ×cosα]；

第五步，过A点向内作垂线段AB=3～6mm；

第六步，过B点作向进气方向倾斜的线段BC，BC的倾斜角θ=10°～40°；

第七步，将直线“BC”和直线“ED”之间形成的尖角部进行倒圆角处理，

圆角半径r=1.5～5mm。

实施例3

如附图5所示，在实施例2的基础上：叶片内缘靠近前盘侧，A、C点直接连接成斜线；叶片内缘靠近后盘侧，有一段平直段GH；从而形成了“ACDEGH”的仿生复合弧线状。

实施例4

将包括本发明实施例1和实施例3叶片的通风机和常规的样机进行性能的比较，除了叶片内边缘弧线有区别之外，叶轮及叶片主要尺寸均完全相同，运行转速也相同。

其中，对比样机1的叶片内缘为直线斜切状，如图1所示；

对比样机2的叶片内缘为弧线斜切，如图2所示；

对比样机1和实施例1的叶片内缘主要尺寸如下：

D₁₁=293 mm

D₁₂= 255mm

b₁=151.3 mm

b_E=91 mm

β=5°

R=216 mm

h=4.5 mm

θ=35°

r=2.5 mm

对比样机2和实施例3的叶片内缘主要尺寸如下：

D₁₁=360 mm

D₁₂= 316mm

b₁ = 189.1mm

b_E=114 mm

β=5°

R=284.5 mm

h=6 mm

θ=35°

r=3 mm

两个实施例的相同风量点性能对比，见表1和表2：

表1

	转速（r/min）	风量（m<sup>3</sup>/h）	静压（Pa）	静压效率（%）
					对比样机1	2180	5400	745.6	67.1
实施例1	2180	5400	771.9	68.2

表2

	转速（r/min）	风量（m<sup>3</sup>/h）	静压（Pa）	静压效率（%）
					对比样机2	1780	8352	781.3	67.5
实施例3	1780	8352	806.1	68.7

性能曲线对比分别见：图6-图9。

从上述对比可以看出：

实施例1与对比样机1相比，静压提高了26.3Pa，静压效率提高了1.1%；

实施例3与对比样机2相比，静压提高了24.8Pa，静压效率提高了1.2%。

本发明的改进方案，其结构简单、加工方便，在不改变通风机叶轮主要尺寸、叶片出口安装角的前提下，通过在叶片进口边缘设置仿生弧线状，优化叶片进口端沿轴线方向不同位置的气体流动即优化了进入叶片流道之前的流场条件，提高了通风机的性能和效率、降低了能耗和噪声，并且最高效率点往大流量区偏移即扩大了通风机的使用范围，具有一定的经济和社会价值，值得推广应用。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。