專利名稱：離心風(fēng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及離心風(fēng)機(jī)。
離心風(fēng)機(jī)主要用于通風(fēng)和引風(fēng)因此，提高離心風(fēng)機(jī)的效率是風(fēng)機(jī)領(lǐng)域一直在為之努力的目標(biāo)之一。離心風(fēng)機(jī)的另一個(gè)一直在為之努力的目標(biāo)是降低它的噪音，眾所周知，離心風(fēng)機(jī)在工作時(shí)將發(fā)出噪音。如果風(fēng)機(jī)裝在離居民不是太遠(yuǎn)的地方將會(huì)對(duì)他們產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音擾民。在今天，隨著城市文明建設(shè)的發(fā)展，對(duì)噪音擾民的限制將越來(lái)越高，因此，降低風(fēng)機(jī)的噪音也提到議事日程上來(lái)。
傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法假設(shè)空氣在風(fēng)機(jī)通道內(nèi)的流動(dòng)是一種一維或二維的無(wú)粘性理想流動(dòng)。實(shí)際上，風(fēng)機(jī)內(nèi)流動(dòng)的流體是粘性的，且是三維的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。正是由于現(xiàn)行的風(fēng)機(jī)基于前述一維或二維的理想流體的假設(shè)，它無(wú)法正確分析設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇對(duì)流體流動(dòng)的影響，也無(wú)法正確預(yù)估風(fēng)機(jī)的全壓和效率，而只能最后靠風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的好壞。但是，基于這種假定的設(shè)計(jì)方法對(duì)今天要求風(fēng)機(jī)能達(dá)到更高的效率和降低風(fēng)機(jī)噪音而言，在實(shí)施上是存在著困難的。
在一定的設(shè)計(jì)方法假設(shè)之下，離心風(fēng)機(jī)性能好壞決定于離心風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)形成的結(jié)構(gòu)是否合理，尤其是決定于葉輪的結(jié)構(gòu)，特別是葉片型線和輪蓋型線，或者說(shuō)是決定于葉片型線和輪蓋型線所確定的通道?，F(xiàn)行的輪蓋型線較流行的是采用雙園弧型線，這種型線有兩種形式，一種是輪蓋與集風(fēng)器接觸處的小園弧連接一個(gè)園弧再連接一條直線形成的雙園弧直輪蓋型線；另一種是由小園弧連接一個(gè)園弧然后再連接斜直線形成的雙園弧錐形輪蓋型線。但是，不論是哪一種雙園弧輪蓋型線都存在可調(diào)自由度少的缺點(diǎn)，從而影響著優(yōu)化設(shè)計(jì)的范圍，難于滿足今天對(duì)風(fēng)機(jī)需要有更高的效率和降低其噪音上的要求。
對(duì)于葉片型線的選擇，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法中或是采用等減速流型或等當(dāng)量擴(kuò)張角流型，由于只采用一種流型，因此，同樣在整個(gè)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的確定上進(jìn)行優(yōu)化選擇受到限制，不利于在要求更高效率和更低噪音的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)。
因此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種新穎的離心風(fēng)機(jī)，具體的說(shuō)，是一種具有新的葉片型線和輪蓋型線的離心風(fēng)機(jī)，它能在獲得較高效率的同時(shí)能夠降低噪音。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)附圖所示的離心風(fēng)機(jī)的實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明來(lái)實(shí)現(xiàn)的，附圖有


圖1是離心風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是說(shuō)明葉片型線在座標(biāo)系中的變化；圖3是說(shuō)明輪蓋型線與葉片型線半徑和z方向的關(guān)系；圖4是按照本實(shí)用新型的離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法的流程圖。
如
圖1所示，離心機(jī)包括一個(gè)螺旋狀的蝸殼1，在其一側(cè)有一個(gè)集風(fēng)器2，一個(gè)與集風(fēng)口2軸向塔接的葉輪3，葉輪3連接到包含電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)裝置4上，眾所周知，葉輪3可以直接連接到電動(dòng)機(jī)上，也可以通過(guò)其它裝置，如聯(lián)軸器，減速裝置連接到電動(dòng)機(jī)上。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)葉輪3工作，由于葉輪3上的葉片5對(duì)葉輪3中氣體的作用，氣體從集風(fēng)器2被吸入，經(jīng)葉輪3上的葉片通道壓縮并獲得能量，然后進(jìn)入蝸殼1，部份動(dòng)能在蝸殼1中轉(zhuǎn)化成壓力能，氣體壓力得到進(jìn)一步提高后，從蝸殼1上的出風(fēng)口(未示出)流出。
如前所述，本實(shí)用新型的離心風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)上首先改變了已有技術(shù)中把空氣在風(fēng)機(jī)通道內(nèi)的流動(dòng)是一種一維或二維的無(wú)粘性理想流體的假設(shè)，而是以三維粘性流動(dòng)的觀點(diǎn)替代之。按照這種設(shè)計(jì)方法，它是以工程設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，采用現(xiàn)代流體力學(xué)的三維粘性流動(dòng)數(shù)值方法，分析風(fēng)機(jī)通道內(nèi)部流場(chǎng)，改進(jìn)工程設(shè)計(jì)并進(jìn)行優(yōu)化選擇，最終由現(xiàn)場(chǎng)性能試驗(yàn)考核。該方法的關(guān)鍵在于開發(fā)結(jié)合風(fēng)機(jī)實(shí)際的可預(yù)測(cè)風(fēng)機(jī)全壓和效率的三維粘性計(jì)算軟件。眾所周知，近十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的三維粘性流動(dòng)計(jì)算方法(patanker,S.V.著，郭良寬譯；“傳熱和流體流動(dòng)的數(shù)值方法”，安徽科學(xué)技術(shù)出版社，1984)可以用來(lái)計(jì)算風(fēng)機(jī)內(nèi)部復(fù)雜流場(chǎng)，但在網(wǎng)格生成，邊界條件處理，湍流模式選取上將會(huì)遇到很大困難。按照本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)人所提供的軟件是以圖中所示流程實(shí)現(xiàn)。
參見(jiàn)圖4，在步驟S401，起動(dòng)本流程，進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化，初始化讀入工程設(shè)計(jì)得到的各種結(jié)構(gòu)參數(shù)，一旦初始化結(jié)束，進(jìn)入網(wǎng)格生成計(jì)算步驟S402，該步驟首先要生成和風(fēng)機(jī)通道形狀一致的貼體網(wǎng)格，合理地調(diào)節(jié)網(wǎng)格的形狀和疏密程度，在靠近物面和葉片進(jìn)出處必須加密，在保證計(jì)算收斂的條件下，使網(wǎng)格引起的計(jì)算誤差最小。在完成網(wǎng)格生成計(jì)算步驟S402后，流程進(jìn)入步驟S403，讀入初場(chǎng)及控制變量，讀入后，步驟進(jìn)入S404，在該步驟實(shí)現(xiàn)邊界條件處理，其中重要的是第一，由于葉輪出口處有一段無(wú)葉擴(kuò)壓器，該處沒(méi)有葉片，將出口條件由原來(lái)沿網(wǎng)格線相鄰兩點(diǎn)相對(duì)速度相等改為沿網(wǎng)格處相鄰絕對(duì)速度相等；第二，給出了旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度的周期性條件，數(shù)據(jù)處理時(shí)，將原來(lái)只有周向一排對(duì)應(yīng)網(wǎng)格上提周期性條件改為周向三排對(duì)應(yīng)網(wǎng)格上提周期性條件，這樣就使計(jì)算時(shí)確保滿足周期性條件。在確定邊界條件后，步驟進(jìn)入到S405，對(duì)流場(chǎng)及全壓和效率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算采用的湍流模式采用湍流能和湍能耗散率的雙方程標(biāo)準(zhǔn)模式，從計(jì)算全壓和效率的結(jié)果看，效果均佳。然后步驟進(jìn)入S406，對(duì)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行檢查，看誤差是否小于給定值，如果誤差小于給定值，步驟進(jìn)入S407，進(jìn)行后處理并輸出計(jì)算結(jié)果，然后在步驟S408結(jié)束。如果計(jì)算誤差大于給定值，程序回到S402重新計(jì)算，直到獲得符合要求的結(jié)果。
按照上述軟件所設(shè)計(jì)工況下的計(jì)算預(yù)測(cè)和風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果的全壓誤差在1-2％以內(nèi)，效率誤差在2-3％之內(nèi)，從而證明本實(shí)用新型的離心風(fēng)機(jī)按該方法設(shè)計(jì)的效果是顯著的。
按照本實(shí)用新型的離葉片型線采用新的減速流型，即WadWdS=b-cr]]>式中w,s,r分別為葉片通道中的氣流速度，弧長(zhǎng)和徑向距離；a,b,c為優(yōu)化用可控常數(shù)。該流型既包括了已有技術(shù)中使用的等減速流型(當(dāng)a=1.0,b=1,c=0)和等當(dāng)量擴(kuò)張角流型(當(dāng)a=-1.5,b=o,c=o)，更包含了其它的流型(當(dāng)選取不同a,b,c時(shí))。采用上述流型的優(yōu)點(diǎn)在于可以優(yōu)化選擇，以求最佳的結(jié)果。
對(duì)于本實(shí)用新型的離心風(fēng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施例，a=-1.55,b=2.5,c=0.05。
按照本實(shí)用新型的離心風(fēng)機(jī)的輪蓋型線是采用三園弧輪蓋型線，這就是說(shuō)在輪蓋與集風(fēng)器接觸處的小園弧之后連接了一個(gè)第一園弧，而第一園弧之后又連接了一個(gè)第二園弧。與前述的雙園弧輪蓋型線比較，顯然比它多了一個(gè)可供調(diào)節(jié)的園心位置和園弧半徑，因此，增加了可調(diào)自由度。應(yīng)該指出，由于小園弧不在葉片通道內(nèi)，它的形狀不影響風(fēng)機(jī)性能，所以在下面給出的無(wú)量綱輪蓋型線只需給出三園弧中的后兩個(gè)園弧的園心位置和園弧半徑尺寸和這兩個(gè)園弧連接處的徑向距離。
按照前述的設(shè)計(jì)方法，新的葉片型線的減速流型和三園弧輪蓋型線經(jīng)優(yōu)化處理獲得風(fēng)機(jī)的無(wú)量綱輪蓋型線(圖2)，即(z-0.6815)2+(r-0.8394)2=0.16000.541≤r≤0.760；(z-2.1017)2+(r-1.1268)2=0.34150.760≤r≤1.000；和風(fēng)機(jī)的無(wú)量綱葉片型線(圖3)，即y=0.541092+0.622112x-0.04578x2-0.585638x3+3.32244x4-2.56712x5-0.03056≤x≤0.5478 3式中，x,y,z分別為笛卡爾直角座標(biāo)系中的三個(gè)座標(biāo)，其中，r=x2+y2]]>按上述兩個(gè)無(wú)量綱型線方程的無(wú)量綱化特征長(zhǎng)度是葉輪半徑。例如，對(duì)于7-35系列風(fēng)機(jī)中的各個(gè)風(fēng)機(jī)的輪蓋型線和葉片型線坐標(biāo)值就是上述相應(yīng)的坐標(biāo)乘以該風(fēng)機(jī)的葉輪半徑。
按照本實(shí)用新型的離心風(fēng)機(jī)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，上述無(wú)量綱輪蓋型線和無(wú)量綱葉片型線尺寸的容差分別為±4％。
實(shí)驗(yàn)證明，按照本實(shí)用新型的離心風(fēng)機(jī)與6-41風(fēng)機(jī)相比，全壓提高13％，比噪音降低3dB，效率提高2％，高效區(qū)性能線非常平坦，90％最高效率對(duì)應(yīng)的最大風(fēng)量與最小風(fēng)量比值從6-41系列的1.8提高到2.6。
實(shí)驗(yàn)還證明，在原有的6-41風(fēng)機(jī)的集風(fēng)器配上按照本實(shí)用新型改進(jìn)的蝸殼和改進(jìn)的不開縫葉片葉輪，該風(fēng)機(jī)的效率為85.58％，比噪音為6.4dB,90％最高效率對(duì)應(yīng)的最大風(fēng)量與最小風(fēng)量比為2.59。上述測(cè)試結(jié)果由機(jī)械工業(yè)部風(fēng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心提供。
申請(qǐng)人已經(jīng)就本實(shí)用新型的離心風(fēng)機(jī)及其實(shí)施例作出了詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)于本專業(yè)的技術(shù)人員可以在此基礎(chǔ)上作出各種變換和改進(jìn)，但是，這些改進(jìn)和變換都沒(méi)有脫離本實(shí)用新型的精神，都在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種離心風(fēng)機(jī)，它由集風(fēng)器，蝸殼和多個(gè)葉片的葉輪所組成，其特征在于所述風(fēng)機(jī)的輪蓋型線和葉片型線分別由下列的無(wú)量綱輪蓋型線和無(wú)量綱葉片型線確定，其中風(fēng)機(jī)的無(wú)量綱輪蓋型線為(z-0.6815)2+(r-0.8394)2=0.16000.541≤r≤0.760；(z-2.1017)2+(r-1.1268)2=0.34150.760≤r≤1.000；和風(fēng)機(jī)的無(wú)量綱葉片型線為y=0.541092+0.622112x-0.4578x2-0.585638x3+3.32244x4-2.56712x5-0.03056≤x≤0.54782式中x,y,z分別為笛卡爾直角座標(biāo)系中的三個(gè)座標(biāo)，其中r=x2+y2]]>。
2.按照權(quán)利要求1所述的離心風(fēng)機(jī)，其特征在于無(wú)量綱輪蓋型線和無(wú)量綱葉片型線的尺寸容差分別為±4％。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種離心風(fēng)機(jī),該風(fēng)機(jī)改變了以往設(shè)計(jì)方法中認(rèn)為空氣在風(fēng)機(jī)通道內(nèi)的流動(dòng)是一維或二維的無(wú)粘性理想流動(dòng)的假設(shè),提出流體是粘性的,且是三維復(fù)雜運(yùn)動(dòng),并在對(duì)葉片流型和輪蓋型線改進(jìn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)獲取無(wú)量綱輪蓋型線和葉片型線,從而實(shí)現(xiàn)效率高,低噪比的新穎離心風(fēng)機(jī)。
文檔編號(hào)F04D17/08GK2349388SQ9824138
公開日1999年11月17日 申請(qǐng)日期1998年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月19日
發(fā)明者朱之墀, 盧鈺, 黃東濤, 宋山 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 北京西山風(fēng)機(jī)廠