鸟翅型高压轴流风机叶片及其对旋轴流风机

摘要

本发明公开了一种鸟翅型高压轴流风机叶片及其对旋轴流风机，叶片包括叶身和叶柄，所述叶身由叶首、叶顶、叶尾和叶根构成，叶片的迎风面为叶盆，叶片的背风面为叶弓，叶片自叶根至叶顶截面呈扭转形状，所述叶片的叶盆有一沿叶身轴线贯穿叶顶至叶根的弧形凸起。风机包括进风侧叶片和出风侧叶片，进风侧叶片和出风侧叶片分别由相对设置的独立电机驱动，所述进风侧叶片叶尾与所述出风侧叶片叶首相对设置，所述进风侧叶片叶尾和所述出风侧叶片叶首为平行于中轴线的直边。本发明改进后的叶形结构短了两组叶轮之间的距离，当进气侧叶轮工作时，与出气侧叶轮之间对旋区域空气密度基本一致，明显改善了相互作用端由于端面间距不一致所产生的气流干扰。

说明书

技术领域

本发明涉及鸟翅型高压轴流风机叶片及其对旋轴流风机。

背景技术

鸟翅型高压轴流风机叶片在实际应用中，其优势体现在高流量的同时有更高的全压，超远的送风距离得以实现，如本发明人的发明专利ZL2010105724711的“鸟翅型高压轴流风机叶片”；尽管该专利技术方案对叶片的形状进行了改进，明显提高风机的效率，减少压缩气流的径向流动，减少损失，其优势体现在高流量的同时有更高的全压，超远的送风距离得以实现；但在对旋结构的轴流风机应用中原有的叶形尚未实现理想的结果。

发明内容

在对旋结构的轴流风机中发现进气侧叶轮的尾部与出气侧叶轮叶首之间出现了不等距结合，一定程度地影响了两组叶轮之间在工作中的合理性，并产生了一些气流干扰，并且在使用发明专利ZL2010105724711的“鸟翅型高压轴流风机叶片”时发现，如果将叶片加速区凸起沿叶身轴线贯穿叶顶至叶根其效果更佳。

为此，本发明的目的是提出适合于对旋结构的轴流风机的一种鸟翅型高压轴流风机叶片的对旋轴流风机技术方案，通过对进气侧叶轮尾部和出气侧叶轮叶轮靠近叶根内凹部分的改进，使进气侧叶轮（左旋扇叶）叶尾与出气侧叶轮（右旋扇叶）叶首两直线边基本保持平行，并缩短了两组叶轮之间的距离，当进气侧叶轮（左旋）工作时，与出气侧叶轮（右旋）之间对旋区域空气密度基本一致，明显改善了相互作用端由于端面间距不一致所产生的气流干扰。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种鸟翅型高压轴流风机叶片，包括叶身和叶柄，所述叶身由叶首、叶顶、叶尾和叶根构成，叶根固定在叶柄上，叶身轴线是叶柄中心线延长到叶顶的竖直线，叶片的迎风面为叶盆，叶片的背风面为叶弓，叶片自叶根至叶顶截面呈扭转形状，其中，所述叶片的叶盆有一沿叶身轴线贯穿叶顶至叶根的弧形凸起，所述叶片的叶尾或叶首是平行于所述叶身轴线的直边。

方案进一步是：当所述叶片的叶尾是平行于所述叶身轴线的直边时，叶片的叶首是下部为翅形叶窝区、中部为叶凸区、上部为翅形叶凹区、呈鸟翅形的一平滑过渡的曲线；当所述叶片的叶首是平行于所述叶身轴线的直边时，叶片的叶尾是弧形曲线。

方案进一步是：所述弧形凸起是由叶尾侧向中轴线逐渐抬起的弧面平滑连接从叶首侧向中轴线逐渐抬起的弧面形成的弧形凸起。

一种鸟翅型高压轴流风机叶片的对旋轴流风机，包括进风侧叶片和出风侧叶片，进风侧叶片和出风侧叶片分别由相对设置的独立电机驱动，所述进风侧叶片和出风侧叶片分别有叶身和叶柄，所述叶身由叶首、叶顶、叶尾和叶根构成，叶根固定在叶柄上，叶身的中轴线是叶柄中心线延长到叶顶的竖直线，叶片的迎风面为叶盆，叶片的背风面为叶弓，所述进风侧叶片叶尾与所述出风侧叶片叶首相对设置，其中，所述进风侧叶片叶尾和所述出风侧叶片叶首分别为平行于所述叶身轴线的直边。

方案进一步是：所述进风侧叶片的叶首是下部为翅形叶窝区、中部为叶凸区、上部为翅形叶凹区、呈鸟翅形的一平滑过渡的曲线；所述出风侧叶片的叶尾是一个弧形边。

方案进一步是：所述出风侧叶片叶首直边是将原下部为翅形叶窝区，中部为叶凸区，上部为翅形叶凹区叶片形状中的下部为翅形叶窝区向前延展，并与中部叶凸区、上部翅形叶凹区削平后连接形成的直边。

方案进一步是：所述进风侧叶片和出风侧叶片的叶盆分别有一沿叶身轴线贯穿叶顶至叶根的弧形凸起加速区，所述弧形凸起是由叶尾侧向中轴线逐渐抬起的弧面平滑连接从叶首侧向中轴线逐渐抬起的弧面形成的弧形凸起。

方案进一步是：所述进风侧叶片叶尾和所述出风侧叶片叶首两个垂直于轴心直边相距的距离是10至30mm。

方案进一步是：所述出风侧叶片数量多于进风侧叶片数量至少两个。

方案进一步是：所述出风侧叶片数量与进风侧叶片数量比是6:7或9:11或11:13。

方案进一步是：所述出风侧叶片的带动电机功率大于进风侧叶片的带动电机功率。

本发明的有益效果是：改进后的叶形结构可明显看出，左旋扇叶叶尾与右旋扇叶叶首两直边保持平行，并缩短了两组叶轮之间的距离，当进气侧叶轮（左旋）工作时，与出气侧叶轮（右旋）之间对旋区域空气密度基本一致，明显改善了相互作用端由于端面间距不一致所产生的气流干扰。

有利于气流充分二次压缩，有利于气流快速通过，从而进一步提升了风机压力和效率。

本发明进风侧叶片的叶身进气边的轮廓线（曲线）的长度明显长于叶身的中轴线，可以捕捉更多的气流进行压缩。

本发明进风侧叶片的叶身进气边的叶窝区，可以有效地将通过叶轮整流罩的压缩气流进一步压缩，减少压缩气流的径向流动，减少损失。

本发明的进风侧叶片叶身进气边的叶凸区，可以有效地将越过叶窝区的径向气流收集起来进行压缩，并能防止叶片高速运行所产生的气流屏障，提高容积流量。

本发明的叶片叶盆的沿叶片轴线贯穿叶顶至叶根的凸起加速区与相邻叶片之间形成射流通道，明显起到气流加速作用，由于叶盆曲线长于叶弓曲线，当气流通过时，有效地消除了因气流通过所产生的向上托力，从而提高了风机效率。

本发明的进风侧叶片叶身进气边的叶凹区，有利于气流向叶片中心运动并向后压缩。

本发明的出风侧叶片叶身后端的叶尾轮廓线（曲线）的长度明显长于叶身的中轴线，它不仅防止了高压气流在叶片上过长的滞留所产生的高负载，还能提高气流向后运动。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1为本发明鸟翅型高压轴流风机叶片结构示意图；

图2为本发明鸟翅型高压轴流风机叶片中间横断面示意图；

图3为本发明鸟翅型高压轴流风机叶片扭转示意图；

图4为叶尾是直边的高压轴流风机叶片示意图；

图5为叶是是直边的高压轴流风机叶片示意图；

图6为本发明对旋轴流风机结构示意图；

图7为本发明进风侧叶片结构示意图；

图8为本发明出风侧叶片结构示意图；

图9为本发明进风侧叶片和出风侧叶片相对设置结构示意图；

图10为本发明进风侧叶片和出风侧叶片对旋方向示意图；

图11为本发明出风侧叶片叶首直边形成示意图。

具体实施方式

实施例1：

鸟翅型高压轴流风机叶片，如图1所示，包括叶身1和叶柄2，所述叶身由叶首101、叶顶102、叶尾103和叶根104构成，叶根固定在叶柄上，叶身轴线105是叶柄中心线延长到叶顶的竖直线，如图2所示，叶片的迎风面为叶盆106，叶片的背风面为叶弓107，如图3所示，叶片自叶根至叶顶截面呈扭转形状，其中，如图2所示，所述叶片的叶盆有一沿叶身轴线贯穿叶顶至叶根的弧形凸起加速区108，如图4所示，所述叶片的叶尾或如图5所示，叶首是平行于所述叶身轴线的直边；所述的直边是从平行于所述叶身轴线方向看过去的直边，如果从垂直于所述叶身轴线方向看过去，其直边是叶片的叶盆和叶弓形成的线条；其中，中轴线偏离叶身的叶尾接近于叶首。

实施例中：当所述叶片的叶尾是平行于所述叶身轴线的直边时，如图4所示，叶片的叶首是下部为翅形叶窝区1011、中部为叶凸区1012、上部为翅形叶凹区1013、呈鸟翅形的一平滑过渡的曲线；当所述叶片的叶首是平行于所述叶身轴线的直边时，如图5所示，叶片的叶尾是弧形曲线1031。

实施例中：所述弧形凸起是由叶尾侧向中轴线逐渐抬起（呈抛物线）的弧面平滑连接从叶首侧向中轴线逐渐抬起（呈抛物线）的弧面形成的弧形凸起。

其中，如图2所示，所述叶弓107呈弧形，所述叶盆凸起加速区的形成是：所述叶盆对应于叶尾侧为叶弦f、呈由叶尾侧向中轴线呈抛物线状逐渐抬起的弧面形，叶盆另一侧对应于叶首侧有叶内弧形凸起g，叶内弧形凸起的最高点在越过中轴线的叶首侧，弧形凸起与叶弦平滑连接并向叶首有一个下凹弧形、即从叶首侧向中轴线呈抛物线状逐渐抬起的连接面，上述形状形成了所述沿叶身轴线贯穿叶顶至叶根的凸起加速区，其中凸起的最高点厚度是凸起起始源点（叶首侧）厚度的1.8至2.3倍。

本实施例扇叶扭转角度是根据叶轮旋转运动时轴向线速度不一致，为保证扇叶整体受力基本一致而设计的。实施例中适当加大了扇叶扭转角度，其目的一是减少叶顶端与风筒之间的气流摩擦阻力，二是减少扇叶上端运动阻力过大形成的扇叶运动抖动，此设计有效地提高了风机使用寿命，降低了工作噪声。采用本发明的风机工作时，叶片组在旋转时，形成的是一个碗状曲面形状，该叶片组输出的压缩气流基本上是沿筒形整流风道的轴线运动，减少了气流与筒形整流风道壁面的摩擦，既降低了噪音，又可以提高风速。

叶片随轮毂高速转动，自叶根部到叶顶部的线速度是不同的，每个截面的进气角度也是不同的，为了尽可能提高压缩效率，减少损失，本发明采用扭转叶片。叶片自上而下的四个截面的形状及扭转角度，即叶顶部的截面形状、翅形叶凸区截面形状、翅形叶窝区截面形状、叶根部的截面形状。其中叶顶部的截面相对叶根部截面中心线扭转18°，翅形叶凸区的截面相对叶根部截面中心线扭转12°，翅形叶窝区的截面相对叶根部截面中心线扭转6°。

在本实施例中，所述翅形叶凸区中心点的高度与叶身高度的比例为36：93，当叶身高度是133毫米时，翅形叶凸区中心点的位置是距离叶根51.48毫米，翅形叶窝区中心点的位置是距离叶根11毫米。叶顶部截面的前沿（进气边）到叶身轴线的距离是21.8毫米，翅形叶凸区截面的前沿（进气边）到叶身轴线的距离是25.1毫米，翅形叶窝区截面的前沿（进气边）到叶身轴线的距离是14.2毫米。由于在叶身的叶盆面上设置内凸加速区，因此，对应于内凸加速区的气动流道的截面宽度比进气边的气动流道的截面宽度减少了2.7毫米。

实施例2：

一种鸟翅型高压轴流风机叶片的对旋轴流风机，本实施例使用了实施例1所述的鸟翅型高压轴流风机叶片，本实施例涉及的风机叶片的内容应包含了实施例1的内容。如图6所示，包括风机壳体3，机壳内侧为圆筒形，圆筒的一端为进风设有进风侧叶片4，圆筒的另一端为出风设有出风侧叶片5，进风侧叶片和出风侧叶片分别由相对设置的独立电机6和7驱动，如图7和图8所示，所述进风侧叶片和出风侧叶片分别有叶身401、501和叶柄402、502，所述叶身分别是：进风侧叶片由进风侧叶片的叶首4011、叶顶4012、叶尾4013和叶根4014构成，出风侧叶片由出风侧叶片的叶首5011、叶顶5012、叶尾5013和叶根5014构成，叶根4014、5014固定在叶柄402、502上，叶身的中轴线4015、5015是叶柄中心线延长到叶顶的竖直线，当然叶柄中心线垂直于电机轴线；如图9和图10所示，所述进风侧叶片叶尾与所述出风侧叶片叶首相对设置，叶片的迎风面为叶盆，叶片的背风面为叶弓，叶片自叶根至叶顶截面呈扭转形状，其中，所述进风侧叶片叶尾和所述出风侧叶片叶首分别为平行于所述叶身轴线的直边,所述的直边是从垂直于电机轴方向看过去的直边，如果沿电机轴纵向方向看过去，其直边是叶片的叶盆和叶弓形成的线条；其中，中轴线偏离叶身的叶尾接近于叶首。

通过图6、图9和图10可以清楚地看出：进风侧叶片（左旋扇叶）叶尾与出风侧叶片（右旋扇叶）叶首两直边基本保持平行，可以尽可能的缩短了两组叶轮之间的距离，当进气侧叶轮（左旋）工作时，与出气侧叶轮（右旋）之间对旋区域空气密度基本一致，明显改善了相互作用端由于端面间距不一致所产生的气流干扰，

实施例中：如图7所示，所述进风侧叶片的叶首是下部为翅形叶窝区a、中部为叶凸区b、上部为翅形叶凹区c、呈鸟翅形的一平滑过渡的曲线；如图8所示，所述出风侧叶片的叶尾是一个弧形边d；

所述进风侧叶片和所述出风侧叶片的加速区弧形凸起，如实施例1中所述：如图2所示，所述叶弓107呈弧形，所述叶盆凸起加速区的形成是：所述叶盆对应于叶尾侧为叶弦f、呈由叶尾侧向中轴线呈抛物线状逐渐抬起的弧面形，叶盆另一侧对应于叶首侧有叶内弧形凸起g，叶内弧形凸起的最高点在越过中轴线的叶首侧，弧形凸起与叶弦平滑连接并向叶首有一个下凹弧形、即从叶首侧向中轴线呈抛物线状逐渐抬起的连接面，上述形状形成了所述沿叶身轴线贯穿叶顶至叶根的凸起加速区，其中凸起的最高点厚度是凸起起始源点（叶首侧）厚度的1.8至2.3倍。

实施例中：如图11所示，所述出风侧叶片叶首直边5011是将原下部为翅形叶窝区，中部为叶凸区，上部为翅形叶凹区叶片形状中的下部为翅形叶窝区a向前延展，并与中部叶凸区、上部翅形叶凹区削平后连接形成的直边，其它则保持原有鸟翅型扇叶的基本结构。

实施例中：所述进风侧叶片叶尾和所述出风侧叶片叶首两个垂直于轴心直边相距的距离是10至30mm.

实施例中：所述出风侧叶片数量多于进风侧叶片数量至少两个。当为两个时，所述出风侧叶片数量与进风侧叶片数量比是6:7或9:11或11:13。

实施例中左旋扇叶及右旋扇叶均可独立应用于轴流风机，通过配合前后固定导叶设计，可适应于诸多特殊需要，在独立使用时其效率仍优于传统机翼型扇叶。

本实施例对旋使用时，出气侧叶轮（右旋）的叶轮叶片数量要多于进气侧叶轮叶片数量，比如6:7,9:11,11:13等，其原理与动叶和定叶配合一样，可以理解成出气侧叶轮是一个与进气侧叶轮反方向旋转运动的“定叶”，这种相对运动对于进气侧叶轮，其理论也是成立的。由于出气侧叶轮主要起到一个加压的作用，同时起到增加流量的作用，又由于出气侧叶轮叶片数量要多于进气侧叶轮叶片数量，其切风率明显高于进气侧叶轮，故，出气侧叶轮负载要高于进气侧叶轮，通常情况下出气侧叶轮扇叶切风角度要小于进气侧叶轮，或在同等扇叶切风角度条件下提高出气侧叶轮电机功率。本实施例中：所述出风侧叶片的带动电机功率大于进风侧叶片的带动电机功率。

本实施例扇叶扭转角度是根据叶轮旋转运动时轴向线速度不一致，为保证扇叶整体受力基本一致而设计的。实施例中适当加大了扇叶扭转角度，其目的一是减少叶顶端与风筒之间的气流摩擦阻力，二是减少扇叶上端运动阻力过大形成的扇叶运动抖动，此设计有效地提高了风机使用寿命，降低了工作噪声。

实施例左右对旋扇叶叶形是鸟翅型扇叶的分离改进，它保留了鸟翅型扇叶的基本特性和外形，只是进出风叶边有所区别，由于叶轮旋转方向不同，叶弓弯曲方向相反。

实施例中，该轴流风机有锥形整流罩601和701，机壳内侧圆筒形整流风道是一个圆筒型薄壳结构。在实际应用中，本发明的叶片是安装在一个轮毂上，进风侧轮毂前端安装锥形整流罩601，用来减少进气损失，进气气流沿整流罩向叶片流动，存在较大的径向流动分量，本发明的叶身进气边的叶窝区，可以有效地将通过叶轮整流罩的气流进一步压缩，减少压缩气流的径向流动，减少损失。

在本实施例中，所述的叶身进气边的叶凸区采用仿鸟翅造形，该叶凸区能防止叶片高速运行所产生的气流屏障，提高空气流量。可以有效地将通过叶窝区的径向气流收集起来进行压缩。常规的轴流风机叶片的进气边呈一直线边，当转速达到某一临界值时，风机的气体流量将明显下降，通常认为是产生了气流屏障。

在本实施例中，叶身进气边上部的叶凹区采用仿鸟翅造形，叶凹区有利于气流向中心运动向后压缩，提高空气流量。

采用本发明的风机工作时，进气侧叶片组在旋转时，形成的是一个碗状曲面形状，该叶片组输出的压缩气流基本上是沿筒形整流风道的轴线运动，减少了气流与筒形整流风道壁面的摩擦，既降低了噪音，又可以提高风速。

叶片随轮毂高速转动，自叶根部到叶顶部的线速度是不同的，每个截面的进气角度也是不同的，为了尽可能提高压缩效率，减少损失，本发明采用扭转叶片。叶片自上而下的四个截面的形状及扭转角度，即叶顶部的截面形状、翅形叶凸区截面形状、翅形叶窝区截面形状、叶根部的截面形状。其中叶顶部的截面相对叶根部截面中心线扭转18°，翅形叶凸区的截面相对叶根部截面中心线扭转12°，翅形叶窝区的截面相对叶根部截面中心线扭转6°。

在本实施例中，所述翅形叶凸区中心点的高度与叶身高度的比例为36：93，当叶身高度是133毫米时，翅形叶凸区中心点的位置是距离叶根51.48毫米，翅形叶窝区中心点的位置是距离叶根11毫米。叶顶部截面的前沿（进气边）到叶身轴线的距离是21.8毫米，翅形叶凸区截面的前沿（进气边）到叶身轴线的距离是25.1毫米，翅形叶窝区截面的前沿（进气边）到叶身轴线的距离是14.2毫米。由于在叶身的叶盆面上设置内凸加速区，因此，对应于内凸加速区的气动流道的截面宽度比进气边的气动流道的截面宽度减少了2.7毫米。