CN107989831B - 风机集流器设计方法及风机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风机集流器设计方法及风机，属于离心式风机领域。上述方法主要包括以下步骤：a.确定第一参考线及第二参考线；b.确定入口角度及出口角度。最终使得所述入口角大于等于0°且小于等于30°，所述出口角大于等于‑20°且小于等于20°。通过对入口角及出口角的合理设计，改善了集流器内及叶轮入口的气流状态，避免了曲壁面流动分离现象从而减少了流动损失，最终提高了整台风机的效率。上述风机主要利用了上述方法所得到的集流器，从而提高了风机的效率。

Description

风机集流器设计方法及风机

技术领域

本发明涉及离心式风机领域，具体而言，涉及一种风机集流器设计方法及风机。

背景技术

风机在工作中，气流由风机轴向进入叶片空间，然后在叶轮的驱动下一方面随叶轮旋转；另一方面在惯性的作用下提高能量，沿半径方向离开叶轮，靠产生的离心力来做功的风机称为离心式风机。

气流由进风箱流入叶轮的过程，是一个气流的主流方向由径向转到轴向再转到径向的过程。而集流器位于进风箱与叶轮之间，其作用是使上游气流均匀平滑地导入叶轮，起到承上启下的作用。因此集流器的形状需要精心设计，从而提高风机运行效率。

因此，提供一种风机集流器设计方法及风机，这对于风机的发展具有比较重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风机集流器设计方法及风机，其能够提高风机的运行效率。

一种风机集流器设计方法，所述方法包括以下步骤：

a.确定第一参考线；所述风机的轴向切面与共用侧板相交形成第一参考线，所述共用侧板为与所述集流器匹配的进风箱及蜗壳所共用的侧板；

b.确定入口角的大小；

所述集流器的中部包括通孔，用于连通所述进风箱及所述蜗壳，所述集流器的轴向切面确定所述通孔的型线，所述型线绕所述集流器轴线旋转360°形成所述通孔；

所述通孔的型线靠近所述通孔进风侧的一段为入口段型线，所述入口段型线为直线或曲线，所述入口段型线或所述入口段型线的切线与所述第一参考线的夹角为入口角；

所述入口角大于等于0°且小于等于30°；

c.确定第二参考线；与所述集流器的出风口配合的前盘中部包括前盘进风孔，所述前盘的轴向切面确定所述前盘进风孔的型线，所述前盘进风孔的型线为直线或曲线，所述前盘进风孔的型线或其切线确定第二参考线；

d.确定出口角的大小；

所述通孔的型线靠近所述通孔出风侧的一段为出口段型线，所述出口段型线为直线或曲线，所述出口段型线与或其切线与所述第二参考线的夹角为出口角；

所述出口角大于等于-20°且小于等于20°。

进一步，

所述方法还包括求解效率最高时的入口角度与出口角度；具体为：

先将入口角度与出口角度列出形成多个数据组合，

然后利用计算流体力学的方法对数据组合中的每一组数据所最终产生的效率进行求解；

最后选出效率最高时的数据组合。

进一步，

所述入口段型线与所述出口段型线通过直线或曲线连接形成通孔的型线。

进一步，

所述入口角大于等于0°且小于等于20°。

进一步，

所述入口角为15°。

进一步，

所述出口角大于等于-15°且小于等于15°。

进一步，

所述出口角等于15°。

进一步，

所述入口角大于等于0°且小于等于15°，所述出口角大于等于0°且小于等于15°。

进一步，

所述入口角为15°，所述出口角为15°。

一种风机，所述风机包括蜗壳、两个进风箱及两个所述的风机集流器设计方法所设计的集流器；

所述进风箱连接在所述蜗壳的两侧，所述集流器设置在进风箱与所述蜗壳之间，用于将所述进风箱内的风导流到所述蜗壳内。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述设计得到的风机集流器设计方法及风机，通过对入口角及出口角的合理设计，改善了集流器内及叶轮入口的气流状态，避免了曲壁面流动分离现象从而减少了流动损失，最终提高了整台风机的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的风机剖分后的结构示意图；

图2是本发明实施方式提供的集流器型线、第一参考线及第二参考线的示意图；

图3是本发明实施方式提供的集流器型线、第一参考线及第二参考线的示意；

图4是本发明实施方式提供的集流器的结构示意图。

图标：100-风机；110-进风箱；112-共用侧板；120-集流器；130-蜗壳；140-叶轮转子组；142-前盘。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1：

本实施例提供了一种风机集流器设计方法，其主要用来设计风机100上的集流器120。为了便于对上述方法进行详细描述，下面先对离心风机100的基本结构及集流器120的作用进行简单介绍。

如图1，图1中F式传动双吸入离心风机100结构示意图，主要由集流器120、叶轮转子组140、进风箱110及蜗壳130等部件组成。使用时，叶轮转子组转动并将叶轮内的气体通过出风管排出，叶轮内产生负压后，气体通过进风箱110先进入到集流器120并进一步到达叶轮内，气流由进风箱流入叶轮的过程，是一个气流的主流方向由径向转到轴向再转到径向的过程。而集流器120位于进风箱与叶轮之间，其作用是使上游气流均匀平滑地导入叶轮，起到承上启下的作用。因此集流器120的形状需要精心设计，以保证叶轮入口具有良好的气流状态，从而提高风机100运行效率。

图1中，叶轮转子组包括两个前盘142和中盘，前盘142中部设置有进风孔，进风孔与集流器120中部的通孔的出气端配合装配。对于单吸入离心风机100，叶轮转子组只包括一个前盘142。

本实施例中集流器120的设计方法主要包括以下步骤：

a.如图1、图2和图3，确定第一参考线；所述风机100的轴向切面与共用侧板112相交形成第一参考线，所述共用侧板112为与所述集流器120匹配的进风箱110及蜗壳130所共用的侧板。进风箱110与蜗壳130连接，蜗壳130与进风箱110共用一块侧板。

b.确定入口角的大小。集流器120为中部设置有通孔的回转体，通孔用于连通所述进风箱110及所述蜗壳130。

所述集流器120的轴向切面确定所述通孔的型线，所述通孔的型线绕所述某一固定轴线旋转360°形成所述通孔。

所述通孔的型线靠近所述通孔进风侧的一段为入口段型线，所述入口段型线为直线或曲线，所述入口段型线或所述入口段型线的切线与所述第一参考线的夹角为入口角；

所述入口角大于等于0°且小于等于30°。

c.确定第二参考线。所述前盘142的中部包括前盘142进风孔，所述前盘142的轴向切面确定所述前盘142进风孔的型线，所述前盘142进风孔的型线为直线或曲线，所述前盘142进风孔的型线或其切线确定第二参考线；

d.确定出口角的大小；

集流器120上所述通孔的型线靠近所述通孔出风侧的一段为出口段型线，所述出口段型线为直线或曲线，所述出口段型线与或其切线与所述第二参考线的夹角为出口角；

所述出口角大于等于-20°且小于等于20°。

进一步，上述方法还包括求解效率最高时的入口角度与出口角度；具体为：

先将入口角度与出口角度列出形成多个数据组合，

然后利用计算流体力学的方法对数据组合中的每一组数据所最终产生的效率进行求解；

最后选出效率最高时的数据组合。

进一步，利用曲线拟合的方法求出效率与入口角度、出口角度的函数关系；最后求解函数的最大值及对应的入口角度及出口角度。

将入口角度及出口角度确定之后，入口段型线及出口段型线即能随之确定，通过曲线或直线将入口段型线以及出口段型线连接形成集流器通孔的型线之后，将通孔型线向外偏移一定的壁厚形成集流器的外轮廓型线，将通孔型线即外轮廓型线连接闭合绕轴线旋转360°即可形成整个集流器。

在其他实施例中，通孔外轮廓型线还可以根据装配尺寸来确定，而不限制为上述偏移的方式。

根据流体力学的基本理论，当彼此连通的两地存在静压差时，流体会产生由高压区流向低压区运动的趋势。而反应流体流动动能的动压力(0或正值)与流体的静压力是可以相互转化的。流动边界层理论指出，对于接触壁面的流体流动，壁面流体流速为0，近壁面存在一个流速延壁面法向逐渐增大的区域，即流动边界层。

所以，当流体流动过程中，在没有外界干扰及额外力作用的情况下，流动速度的降低(动压下降)，就意味着静压的升高。在某种情况下，近壁面流体局部出现动压逐渐衰减至0，此时原本流动方向静压升高，就会出现逆压(静压)梯度。局部流体在静压驱动下开始出现回流，局部流体流动方向与主流方向相反，即流动分离现象。这种现象的出现会造成不必要的流动损失，同时影响进气均匀性，进而降低气动效率。

如图4，对本实施例体用的设计方法的原理及技术效果进行说明。设计采用弧形及锥弧形集流器120时，此时需考虑逆压梯度造成流动分离。当气流进入集流器120并沿集流器120向下游流动时，流体压力会随着流动方向发生变化。

图4中，集流器120的AB段是收敛段的，对于外部的势流而言，此部分的流动是加速的(动压力增加、静压力减小)，在收敛处最低点处(B点)流速达到最大值、静压力达到最小值。即A到B为正压梯度，因此作用在边界层内流体质点上压力的合力与流动方向一致，它与边界层内阻滞流动的粘性影响起着相反的作用。过了B点之后，流体是减速的，此时受逆压梯度的影响。边界层内流体质点的速度逐渐减小，首先是靠近壁面的流体质点在某个位置上速度减小为零，靠近壁面的流动实际上变为回流或逆流，发生曲壁面流动分离现象。为了避免发生这种现象，集流器120型线的设计至关重要。

采用本发明中的设计方法所推荐的集流器120角度设计值，能降低集流器120本身的损失，最大限度避免设计出来的集流器120出现流动分离现象，使集流器120流出的气体均匀的进入叶轮，提升风机100整机气动性能。

在其他实施例中，入口角可以为0°、15°或20°；出口角可以为-15°、0°或15°。另外，相对于第一参考线，入口角逆时针偏转时为正角度，顺时针偏转为负角度；相对于第二参考线，出口角逆时针偏转时为正角度，顺时针偏转为负角度。

实施例2：

本实施例中提供了一种风机100，风机100包括蜗壳130、两个进风箱110及两个利用实施例1中设计方法得到的集流器120；进风箱110连接在蜗壳130的两侧，集流器120设置在进风箱110与蜗壳130之间，用于将进风箱内的风导流到蜗壳130内。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风机集流器设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a.确定第一参考线；所述风机的轴向切面与共用侧板相交形成第一参考线，所述共用侧板为与所述集流器匹配的进风箱及蜗壳所共用的侧板；

b.确定入口角的大小；

所述集流器的中部包括通孔，用于连通所述进风箱及所述蜗壳，所述集流器的轴向切面确定所述通孔的型线，所述型线绕所述集流器轴线旋转360°形成所述通孔；

所述通孔的型线靠近所述通孔进风侧的一段为入口段型线，所述入口段型线为直线或曲线，所述入口段型线或所述入口段型线的切线与所述第一参考线的夹角为入口角；

所述入口角大于等于0°且小于等于30°；

c.确定第二参考线；与所述集流器的出风口配合的前盘中部包括前盘进风孔，所述前盘的轴向切面确定所述前盘进风孔的型线，所述前盘进风孔的型线为直线或曲线，所述前盘进风孔的型线或其切线确定第二参考线；

d.确定出口角的大小；

所述通孔的型线靠近所述通孔出风侧的一段为出口段型线，所述出口段型线为直线或曲线，所述出口段型线或其切线与所述第二参考线的夹角为出口角；

所述出口角大于等于-20°且小于等于20°。

2.根据权利要求1所述的风机集流器设计方法，其特征在于，所述方法还包括求解效率最高时的入口角度与出口角度；具体为：

先将入口角度与出口角度列出形成多个数据组合，

然后利用计算流体力学的方法对数据组合中的每一组数据所最终产生的效率进行求解；

并利用曲线拟合的方法求出效率与入口角度、出口角度的函数关系；最后求解函数的最大值及对应的入口角度及出口角度。

3.根据权利要求1所述的风机集流器设计方法，其特征在于，所述入口段型线与所述出口段型线通过直线或曲线连接形成通孔的型线。

4.根据权利要求1所述的风机集流器设计方法，其特征在于，所述入口角大于等于0°且小于等于20°。

5.根据权利要求1所述的风机集流器设计方法，其特征在于，所述入口角为15°。

6.根据权利要求1所述的风机集流器设计方法，其特征在于，所述出口角大于等于-15°且小于等于15°。

7.根据权利要求1所述的风机集流器设计方法，其特征在于，所述出口角等于15°。

8.根据权利要求1所述的风机集流器设计方法，其特征在于，所述入口角大于等于0°且小于等于15°，所述出口角大于等于0°且小于等于15°。

9.根据权利要求1所述的风机集流器设计方法，其特征在于，所述入口角为15°，所述出口角为15°。

10.一种风机，其特征在于，所述风机包括蜗壳、两个进风箱及两个利用权利要求1至9任一项所述的风机集流器设计方法所设计的集流器；

所述进风箱连接在所述蜗壳的两侧，所述集流器设置在进风箱与所述蜗壳之间，用于将所述进风箱内的风导流到所述蜗壳内。